粉末冶金齿轮加工工艺流程粉末冶金齿轮配方润

发布日期:2020-07-02 20:45

  当年我们这帮试车员还没辞职创业时,就扎堆玩起了手动宝马。自己淘,自己修,自己改,很多诺粉也是因为喜欢手动宝马而认识我们的,我们都认为这才是真正的宝马,可惜国内太少。

  国内相对多见的是E90底盘的320i手动,相当经典。至今我名下仍有一台,20多万公里了,状态非凡,变速箱手感紧致而柔畅,我一直认为这是台开不烂的变速箱,但今天我的认识被颠覆了。

  这是一位上海诺粉的手动320i,3档挂不上,还伴有异响,我很想看看究竟,车主也很想知道是否存在某种设计缺陷。

  工程师试车判断是变速箱问题(这可不是废话,因为还是需要一些判断去排除离合器的嫌疑的),开单子要求拆解变速箱分析。

  技师动作很快,等我闻讯赶回店里时,变速箱已经打开了。惊讶的是,我发现变速箱壳体上有很多“外伤”, 说明这个箱子曾经被修理过,粉末冶金齿轮润滑油供应商而且手段极其粗暴残忍。

  上面是输出轴左侧壳体一个受损的螺纹孔,这种材料被墩粗的痕迹,是受到锤击或大力挤压的结果。右侧的相同部位受损更严重,整块材料都崩没了(见下图)。

  正好店里还有另一台320i手动在换离合器总成,给大家看看变速箱这个部位正常应该是啥样的哈!

  再来看看可怜的输出轴,竟然被磨成了尖头!原因很简单,之前修理时拆输出轴,应该是用铁锤直接砸的,把轴端部砸粗了,所以不磨成尖头就装不回去,也算是小聪明咯。输出轴法兰上还有深深的牙齿印,说明法兰的拆卸方法也很粗暴,而且在装夹时未做保护。

  好了,同理,我们来看看变速箱输入轴,我提供照片,诺粉们试着自己分析一下吧。

  还有很多损伤,比如密封面拗烂了,难怪渗油呢。我就不多啰嗦了,总之变速箱很受伤,看着就痛。

  此车是车主自己淘的二手车,虽然对之前历史不了解,但已经正常使用一段时间,才出现的故障。严格来说,壳体外伤只能说明修理条件简陋,过程粗暴罢了,不至于直接影响功能。

  为什么修完了当时好用,而现在突然坏掉?真的是“维修粗暴”引起的故障么?诺诺得等变速箱进一步解体至单个零件时,看看还能发现什么证据。

  对每个档位的动作进行验证,确认3档的故障是在同步器内部,而非换挡机构,接下来我们重点研究3档同步器里面发生了什么。

  OK!粉末冶金齿轮技术要求大半天工夫,中间轴拆开了,其中还必须感谢无店长跑五金店加工了一个“专用工具”。如果你能现场看到这个工具是怎么回事的话,就明白为什么上一家修理厂简单粗暴地采用“锤击法”了。此处不讲工具,讲变速箱。

  其实在技师清洗零件的时候,故障已经很清晰了,3档的同步齿环已经断了,所以挂不进3档了。

  为了更好理解后面的内容,得先明白同步器是咋回事。网上有很多介绍,大家也很容易搜到。在这里我用诺式风格简单描述一下吧,对技术细节不感兴趣的诺粉可以跳过。

  上图是一个常规同步器拆散示意图。齿套是个母的,齿都在里面,齿毂是个公的,齿都在外面。空档时,齿套老老实实地跟齿毂咬在一起滚床单(如下图)。

  但齿套比较花心,时常“脚踏两只船”。当司机要“切三档”时,齿套就得向左出轨,把三档齿轮上的那圈小齿(简称“小三”,上图中的2)含入口中,同时半截身体仍然骑在齿毂上(上图中的5)。正是由于齿套勇敢的3P行为,三档齿轮才能参与动力传递。

  同理,当司机下令“切4档”时,齿套又得吐掉小三,立刻扑向右边的小四,粉末冶金齿轮粉末配方动力改由四档齿轮传递。

  大家可别羡慕齿套哈,别忘了,这些男男女女都不是等闲之辈,不是里面带齿,就是外面长牙,步调稍有出入就会粉身碎骨。工程师为了让齿套可以瞬间从2P切换到3P,请了一个中间人来负责前戏,它就是同步齿环(前面图中的金色零件),简称“同步环”。

  齿套出轨时,最先遇到的是同步环,此时三档齿轮还没进入角色,完全在另一个转速上漂泊,同步环一边告诉齿套“别急”,一边赶紧摩擦三档齿轮,直到三档齿轮完全进入状态,再开闸泄洪,让齿套放心地扑过去。我写到这里,草草画了几笔,大致角色就是这个样子吧。

  一个同步环只负责一个齿轮,每个档位都会有一个专用的同步环把门儿。大家听见过一些低端轿车在刚停稳时挂倒档,会有“嘎——”的打齿声吧?那是因为它的倒档没有同步器,转速不一致就硬上,很疼的!还好,BMW倒档也有同步器,完全不怕!

  需要说明的是,这些零件上的牙齿角度,摩擦面角度都是经过精心设计的,保证在齿轮完全同步之后,齿套才会通过,怎么个设计原理,这里就不多扯了。总之请记住,设计精良的同步器在换挡时能提供更充足的摩擦力矩,可以更快地把齿轮“调戏”到同步转速,这样换挡手感就会更加顺畅,换挡时间也会更短,我们把同步环的调戏手法叫做“同步能力”,同步能力除了跟设计有关,也跟变速箱油品有关。

  这个箱子里断掉的零件就是三档同步环。为啥这个东西会断掉呢?诺诺带着好奇,继续侦破。

  在拆解和清洗时,工程师反映有一些“渣渣”夹杂在三档同步器内,怀疑是这些东西造成了同步器卡滞,这些渣渣到底是哪里来的?又一个疑问钻了出来。

  好吧,接下来是翻来覆去地端详每一个零件,这是我夜班时最喜欢做的事情,安安静静地猫在角落,暖暖的台灯下,一边擦拭一边品鉴,就跟珠宝收藏家一样。

  说到同步环这个零件,在技术过硬的情况下,是用粉末冶金的方法做出来的,这种工艺的好处就是材质成分有很大的可调范围,可以省去不少机械加工工序,而且由于中间有很多空隙,零件还可以比较轻。对于同步环这种需要依靠“摩擦”工作的零件,粉末冶金会带来天然的表面粗糙度。从下面这张放大特写里,就可以看到颗粒了。

  同步环的内表面是摩擦面,要越糙越好,结果接触位被磨得如此光溜,摩擦系数一定损失不少!

  显然,这里发生过过度摩擦,摩擦产生的高热量留下了烧蚀的痕迹,这可不是几下子就能磨出来的。到底是异常磨损在先,还是同步环断裂在先呢?谁是因,谁是果,现在还不好判断,我们继续研究。

  这是齿毂花键里面的泥垢,看看之前的变速箱油有多脏!当我用牙签去刮擦时,发现泥垢里面有很硬的成分,应该不是泥垢那么简单,变速箱里一定存在过硬质异物。

  仔细观察这个齿毂,上面也留下了磨损痕迹。下图是它面对四档的那一侧,侧壁上的加工纹理还历历在目。(这个纹理并不代表齿毂是车削出来的哈,而是模具上的加工痕迹被“倒模”下来了,这玩意也是粉末冶金件,比较轻。)

  而齿毂在三档的那一侧就被磨掉了很多,看,纹理基本磨没了。无法挂上三档是刚发生的故障,而这个痕迹足以说明在三档同步环损坏前的很长一段时间里,三档的工作就很不正常了,经常进档卡滞造成的换挡力增加,零件走位而发生不应有的摩擦,日积月累,齿毂上就留下了磨损痕迹,这就是蛛丝马迹的魅力。

  同样的道理,当你发现一个疑似磨损的痕迹后,就要去寻找与它摩擦的“对象”,来验证推论。下面是三、四档齿轮的端面特写,正是三档齿圈端面跟齿毂发生了摩擦,推断被验证了!

  赶紧寻找“搞基对象”!哈哈,原来是中间轴上的滚针磨出来的,粉末冶金齿轮加工工艺流程看来很多迹象表明,变速箱内部的润滑长期以来都不怎么好。这也说明,凡事只要接触必留痕迹,做人、做事都是一个道理,各位诺粉平时要多加注意哈,最好的无痕法就是不碰!

  说到滚针轴承,这个变速箱的中间轴也是被两个大大的滚针轴承支撑的。拆卸发现靠近车尾的那个轴承也坏了,轴承保持架滚碎掉,滚针也掉出来了,保持架是尼龙的,碎片相信也在变速箱里面,随着油液一起滚来~滚去~

  回过头仔细看轴承里的滚针,也不是纯圆柱了,上面也有一棱一棱的压痕,惨烈!润滑不良,进入异物都可能导致这种损坏。

  接着看拨叉哈,3/4的档拨叉完好,我借用上厕所的机会,无事生非地去楼下翻腾看到5/6档的拨叉时,竟然发现了异常!

  拨叉的一个推动块已经粉碎,露出金属骨架来。OK,给大家看一个节操没碎的推动块是啥样的。

  这玩意相当于拨叉的“手指头”,就是它直接接触并拨动齿套一会滑向小三,一会滑向小四的。我倒是第一次看到这玩意碎掉的!仔细研究了一下损坏的地方,不但尼龙外壳碎了,拨叉架上还留有半毫米深的磨损沟槽,这一定是5/6档的齿套边缘磨出来的,赶紧把齿套找出来看看!

  感谢万编帮我拍了一组很直观的照片,我们可以很清楚地看到,5/6档齿套上有明显的磨损烧蚀痕迹。

  而且这个拨叉异常的紧,崩掉一块肉后还是很难装回齿套上去。看下面的照片,必须得超级使劲按压,才可以卡到箭头处,也说明这个拨叉之前一直在夹着5/6档齿套摩擦哦!(还记得客户抱怨变速箱有异响么?就是这里发出的丝丝声。)

  细心的小金帮忙测量了公母尺寸,拨叉宽度比齿套外径少了3mm,一个83的母的硬要骑到86的公的上面,怎么会不出问题呢?

  接下来仔细端详这把拨叉,不可能造出来就窄3mm吧?不一会,我在框架上发现了砸痕,证明这个拨叉受到过人为损伤,叉臂向里发生了形变(见下图)。

  应该没有修理工蠢到拿榔头去砸拨叉吧?从拨叉浑身的磕碰伤看得出来,之前一次维修时,拆下的零件存放保管不佳,比如乱扔、乱堆,碰巧又有很重的零件丢进去砸到拨叉上,受力点巧了,导致拨叉变形。下图是砸痕迹特写,能把钢砸这么深痕迹,还是很猛的哦。

  2B的是,之前的修理工在装回去时,一定也发现很紧,但并没有引起警觉和做调整,而是硬给塞进去了,于是就有了后面的事情。

  拨叉受损→强行安装→发生异响→磨坏拨叉→碎片进入中间轴轴承,损坏保持架和轴头

  碎片进入三档同步器→换挡不畅→烧蚀摩擦锥面→某次切3档时,胀坏同步环→3档彻底下课

  写到这里,可能还会有诺粉忍不住要问,为啥推不进档会胀坏同步环呢?万编帮我拍了几张照片说明一下。

  还记得前面说到的“小三”么?浑身烧蚀痕迹的那个齿圈,仔细看,它的摩擦面是有锥度的(下图)。

  当同步环被齿套挤上来摩擦时,小三就变成了一个“扩张器”。只是在正常换挡情况下,扩张力是低于肛裂极限的。但是,本次案例中同步环出现异物卡滞后,同步困难,再加上锥面上磨出烧蚀痕迹,摩擦系数大大降低,同步更加困难,导致换挡力大增,就撑坏了同步环。大家平时开车,如果换挡动作太粗暴,对同步环也会有一定损伤哈。

  下面这张照片就是一个很好的对比。右边是正常情况,摩擦锥面接触时,两个零件端面还有1mm左右的间隙;左边就是同步环肛裂后才可以到达的境界了。

  撑坏的三档同步环,直径比原来大了一圈,而且裂缝附近的齿发生错位,齿套当然无法通过了,自然就再也别想挂上三档了。

  结论我就不需要多说了,已经快五千字了,能看到这里的都是金刚粉了。结局仍然跟其他修车帖一样:爱车的诺诺帮这位客户修好了车子,车主高高兴兴地提车走人。

  宝马3系的这款变速箱是德国公司格特拉克造的,比较经典,也有很多说道,今天就不多聊了。以后再找机会跟大家聊聊如何评价一款手动变速箱好坏,以及怎么使用和维护你们的手动宝马吧!