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变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个"同步"问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速器的换档要采用"两脚离合"的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂，难以掌握精确。
因此设计师创造出"同步器"，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。本篇文章主要是讲述用PPS材料开发新型重型车变速箱同步器环。
一、技术背景
常用同步环材料介绍
|
名称 |
优点 |
缺点 |
|
铜合金同步器环 |
摩擦性能优良 |
成本高，强度低， 铜材加工浪费多 |
|
粉末冶金烧结 同步器环 |
成本低 |
工艺不稳定，应用 环境有限 |
|
碳纤维布同步器环 |
摩擦性能优良，耐温性好 |
成本较高 |
|
钢基喷钼同步器环 |
材料强度较高，摩擦性能优良，耐温性好 |
工艺较为复杂 |
|
钢基酚醛树脂同步器环 |
成本低，耐温性好 |
抗冲强度低，承载性较低 |
树脂基同步器环：
1、具有减震缓冲效果，提高换挡柔顺性；
2、摩擦性能可调，适应性强。
舍弗勒新一代同步器环
本项目创新性
材料以-PPS树脂为耐磨层；工艺-机加+注塑
1.PPS 聚苯硫醚
PPS聚合物主要性能特点
-
耐热性好（HDT>250℃）
-
耐腐蚀性好（与氟树脂媲美）
-
尺寸稳定好（收缩率0.1%）
-
绝缘、疏水、易加工
2.PPS树脂在商用车上的典型应用
二、PPS材料开发试验
1.PPS（聚苯硫醚）主要性能测试数据
|
项目 |
单位 |
结果 |
|
拉伸强度 |
MPa |
200（70） |
|
弯曲强度 |
MPa |
205（80） |
|
IZOD缺口冲击强度 |
KJ/m2 |
13（3） |
|
热变形温度 |
℃ |
260（/） |
|
摩擦系数（油浴） |
/ |
0.02 |
|
磨耗量（油浴） |
mg/120min |
0.1 |
2.同步环材料摩擦磨损对比试验
|
项目 |
单位 |
喷钼 |
锡青铜 |
PPS |
|
摩擦系数 |
/ |
0.18 |
0.1 |
0.16 |
|
磨耗量（100N，180r/min） |
mg/120min |
钼层磨完 |
0.36 |
0.2 |
3.PPS（聚苯硫醚）热摩擦性能
|
面压P（kg/cm2） |
速度V（m/min） |
温度（℃） |
动摩擦系数u |
比摩耗量（mm3/kg.km） |
|
|
PPS树脂 |
S45C |
||||
|
1 |
100 |
23 |
0.25 |
1.5 |
1.0 |
|
120 |
0.23 |
0.6 |
0.4 |
||
|
5 |
60 |
23 |
0.36 |
12 |
6 |
|
120 |
0.37 |
6 |
3 |
||
试验结果分析
1、表1数据显示PPS树脂具有优异的机械强度、耐热性能以及摩擦磨损性能；
2、表2为几种同步环用摩擦材料对比试验，同样试验条件下PPS摩擦性能最佳；
3、表3为考察PPS在同步器工作温度上限（120℃）下摩擦性能变化，其摩擦面未发生热粘滞现象，摩擦性能反而有所上升。（注：S45C为与PPS试样对磨材料45钢）回复“汽车”查询跟多信息
三、PPS同步器环结构设计及试制
目标零件：DF14S变速箱后附箱同步器锥环
PPS同步器环试制件：
1、PPS试制材料分别为碳纤增强PPS（牌号：东丽A310MX04B），玻纤增强PPS（牌号：东丽A504X90 ）
2、试制件PPS树脂层平均厚度3.5mm。
目标零件：DF六档箱变速箱后附箱同步器锥环
四、PPS同步器环零件性能试验
1.同步器环单体磨耗试验
试验目的
同步器环单体磨耗试验可模拟零件在设定的变速箱油温、转速、同步压力、同步时间等工作条件下，测试同步器环的摩擦系数及磨损量。该试验可较为准确的判断同步器环零件性能及使用寿命。回复“汽车”查询跟多信息
试验参数设定
试验设备：武汉协和齿环有限公司单体磨耗评价试验（日本KYOWA）
试验样品
|
1701543-90201 |
钢基+喷钼 |
NO1 |
|
钢基+碳纤维PPS 密槽纹结构 |
NO2 |
|
|
钢基+玻纤PPS密槽纹结构 |
NO3 |
试验结果
|
项目 |
试验数
|
单位 |
试验结果 |
||
|
滑动摩擦系数 |
1#喷钼同步环 |
2#喷钼同步环 |
3#喷钼同步环 |
||
|
10 |
/ |
0.1 |
0.09 |
0.08 |
|
|
500 |
/ |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
|
|
1000 |
/ |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
|
|
10000 |
/ |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
|
|
磨损厚度 |
mm3 |
1.12 |
0.02 |
0.11 |
|
试验后零件锥面照片
同锥度检测
2.PPS材料耐热性、耐油性、耐候性试验验证
摩擦磨损试验 （PPS件与黄铜件对比）
摩擦转速：400r/m
压强：1Mpa
试验时间：1h
试验温度：85-90℃，
试验介质：试样表面涂MT-5齿轮油
摩擦磨损试验结果
|
Ih前质量 |
Ih后质量 |
损量（g） |
磨损V(mm3) |
摩擦系数 |
||
|
P31B |
1# |
32.4797 |
32.4723 |
0.0074 |
0.83 |
0.12-0.13 |
|
2# |
32.5891 |
32.5838 |
0.0053 |
0.60 |
0.12-0.13 |
|
|
PPS |
A |
5.6508 |
5.6500 |
0.0008 |
0.48 |
0.05-0.07 |
|
B |
5.6643 |
5.6636 |
0.0007 |
0.42 |
0.05-0.07 |
|
试验目的：评价零件冷热交替条件是否发生铁芯剥离，树脂开裂等异常现象。
3.零件热循环试验
试验条件：取样件4 件，两件进行纯加热，另两件油浸（变速箱油），置于热老化试验箱，150℃，加热8 小时，自然冷却，每天1次，重复4 天，模拟样件的实际热工况。回复“汽车”查询跟多信息
热循环试验结果
|
尺寸 |
纯加热 |
|||
|
32h加热前 |
32h加热后 |
|||
|
1# |
2# |
1# |
2# |
|
|
宽（PPS）
高（PPS） |
17.94
10.54 |
17.94
10.52 |
17.96
10.54 |
17.96
10.54 |
|
直径（45钢） |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
|
尺寸 |
油浸加热 |
|||
|
32h加热前 |
32h加热后 |
|||
|
宽（PPS） |
1# |
2# |
1# |
2# |
|
高（PPS） |
17.96
10.56 |
17.96
10.56 |
17.96
10.56 |
17.92
10.56 |
|
直径（45钢） |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
4.零件耐热性试验
试验条件
将经历过32小时热循环试验的油浸样件（仍旧油浸，变速箱油）和非油浸样件，置于耐热试验箱中，120℃，连续加热168小时，自然冷却，评价样件外观尺寸的变化和金属-PPS结合部的情况。
|
尺寸 |
纯加热 |
|||||
|
32h加热前 |
32h加热后 |
168h加热后 |
||||
|
1# |
2# |
1# |
2# |
1# |
2# |
|
|
宽 |
17.94 |
17.94 |
17.96 |
17.96 |
17.96 |
17.96 |
|
高 |
10.54 |
10.52 |
10.54 |
10.54 |
10.56 |
10.54 |
|
直径 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.92 |
17.94 |
|
尺寸 |
油浸加热 |
|||||
|
32h油浸加热前 |
32h油浸加热后 |
168h油浸加热后 |
||||
|
1# |
2# |
1# |
2# |
1# |
2# |
|
|
宽 |
17.96 |
17.96 |
17.96 |
17.92 |
17.96 |
17.92 |
|
高 |
10.56 |
10.52 |
10.56 |
10.56 |
10.56 |
10.54 |
|
直径 |
17.92 |
17.92 |
17.94 |
17.94 |
17.92 |
17.94 |
试验结果分析
1、PPS同步器环耐候性、耐热性优良，尺寸稳定性佳；
2、PPS同步器环样件耐磨损性能均明显优于喷钼材料，其中玻纤增强PPS磨损量最小，磨损厚度仅为喷钼件的2%；
3、PPS同步器环样件摩擦系数要小于喷钼件。如需提高摩擦系数，可通过修改模具增加PPS接触面纹理，提高其表面粗糙度来达到。
4、单体磨耗试验过程中3种样件均未观察到强噪声、异响、磨损不均等异常现象。
五、总结
1、本项目在行业内首次开发出以PPS材料作为内衬耐磨层的同步器环，在用材及制品成型工艺方面均体现了技术创新的特点；
2、与现生产用喷钼环相比，PPS同步环磨耗量更低，耐用性更好；
3、单件PPS同步器环零件减重25%，其注塑成型工艺较喷钼工艺更为简易，工艺成本及能耗更低。
4、零件长期使用可靠性有待装车试验验证。回复“汽车”查询跟多信息
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本文作者为东风商用车技术中心——李谦，艾邦高分子整理，转载请先联系我们
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