同步器系统的粉末冶金零件.pdf

第 3 l卷第 2期 2 0 1 3年 4月 粉末 冶金 技术 Powde r M e t a l l ur g y Te c hnol o gy Vo 1 ． 31， No ． 2 Ap r ． 2 01 3 同步器系统的粉末冶金零件 L o r e n z S S i g l ，GU n t e r Ra u P MG F t l s s e n G mb H， H i e b e l e r s t r a B e 4， F i i s s e n D一 8 7 6 2 9 ，德国 摘 要 近年来 ， 手动变速器的同步器系统 中的关键零件 ， 诸如 同步器齿毂与 同步器锁环 ， 都在用粉末 冶金工 艺大量生产。本文首先介绍 近年来生产先进 同步器齿毂 用的高强 度粉 末冶金钢 ； 然后对碳纤维 、 烧结摩擦层及 M o丝喷涂衬面 3 种 同步器锁环用摩擦衬面进行了比较 ， 根据压力与滑动速度讨论 了其摩擦性能与寿命 长短 ； 最 后 ， 特别强调 了粉末冶金 的新发 展 ， 诸如滑动齿套 与负 载齿 轮 ， 给出并讨论 了滑动齿套 的应 用试验结 果 ， 阐述 了表面致密化螺旋齿轮 的使用性能 ， 给出 了运转一 时间试验 的结果 ， 并和常规的锻钢齿 轮进行了比较 。 关键词 粉末 冶金 ； 手动变速器 ； 同步器齿 毂 ； 同步器锁环 ； 滑动齿套 ； 表面致密化齿 轮 P／ M c o mpo n e nt s f o r s y nc h r o n i z e r s y s t e ms Lor e n z S S i g l ，Gi i nt e r Ra u P M G F i i s s e n G m b H， Hi e b e l e r s t r a g e 4 ， F fi s s e n D 一 8 7 6 2 9 ， G e r m a n y Abs t r ac tDu rin g t h e p a s t y e a r s，k e y c o mpo n e n t s f o r s y nc hr o ni z i n g s y s t e ms i n ma n ua l t r a n s mi s s i o n g e a r b o x e s s u c h a s s y n c h r o n i z e r hu b s an d s y nc h r o n i z e r r i n g s ha v e b e e n ma nu f a c t u r e d i n l a r g e q u a nt i t i e s by P ／M t e c h no l o g y ． Af t e r p r e s e nt i n g r e c e nt d e v e l o pme n t s i n hi g h s t r e n g t h P ／M s t e e l s for a dv a n c e d s y n c hr o n i z e r hu b s，t h i s p a pe r c o mp a r e s t hr e e f r i c t i o n a l l i n i n g s for s y n c h r o n i z e r r i n g s b a s e d o n c a r b o n f a b r i c，s i n t e r e d f ri c t i o n l a y e r s a n d mo l y b d e n u m w i r e s p r a y e d l i n i n g s ． Re s ul t s o n f ric t i o n p e r f o r ma nc e a nd l i f e t i me t e s t s a r e di s c u s s e d i n t e rm s o f p r e s s u r e a n d s l i d i ng s p e e d ． Fi n a l l y，s p e c i a l e mp ha s i s i s g i v e n t o n e w P ／M d e v e l o pme n t s s u c h a s s l i di n g s l e e v e s a n d l o a d b e a ring g e a r s ． Ap pl i c a t i o n t e s t r e s ul t s for s l i d i ng s l e e ve s a r e de s c r i b ed a n d di s c us s e d wi t h r e s p e c t t o fie l d t e s t r e s u l t s ．Ev e nt u a l l y， t h e p e rfo rm a nc e o f s u r f a c e de n s i f i e d h e l i c a l P／ M g e a r s i s o u t l i ne d ．Re s ul t s o b t ai n e d f r o m r un t i me t e s t s a r e p r e s e n t e d a nd c o mp a r e d t o s t a n da r d wr o u g ht s t e e l g ea r s ． Ke y wo r dsp o wd e r me t a l l u r g y；ma n ua l t r a n s mi s s i o n g e a r b o x；s y nc h r o n i z e r h u b；s y n c h r o n i z e r r i n g；s l i d i n g s l e e v e； S u rfa c e d e ns i fie d P ／M g e a r s 轿车与载货车的手动变速器都装备有同步器装 置 ， 以保证齿轮运转平稳和换档方便。除了轴与轴 承外 ， 同步器装置中有 5个关键零件 装在 驱动 轴上 的 同步器齿 毂 ； 从轴／ 齿毂组件传递转矩的滑动齿套 ； 离 合 器 齿 轮及 与其 牢 固连 接 的 离合 器 接 合 锥 ， 离合器接合锥采用 焊接等方式与离合器齿轮 固 定 ； 自由旋转 的变速器齿轮 ， 当滑动齿套与离合 器齿轮连接时， “ 自由” 旋转 的变速器齿轮就被锁定 在驱动轴上 ， 并将转矩传递给刚性 固定在输 出轴上 的 中间轴 变速 器齿 轮 同步器锁环 ， 在滑动齿套与离合器齿轮啮合 之前 ， 和离合器接合锥相连接 的同步器锁环 已保证 驱动轴与输出轴之间的旋转速度同步。 图 1 是 同步器系统中关键零件的分解图。 要使变速 器正 常运行 和驾驶 员换 档舒适 ， 同 步器装置 的使用性 能非 常关键 。因此 ， 同步器 系 统 的所 有零 件都 必 须符 合可 靠 性 与舒适 性 的要 求 。多年来 ， 粉末冶金 同步器齿毂一 直 占有优势 ， 近 1 0年 1 9 9 72 0 0 7 来 ， 粉末冶金齿毂 的产量一 直在增长 ， 在 当今 的 同步器 齿毂市 场上 已 占有 约 6 5 ％ 的份额 ； 另 一方 面 ， 如 同 步 器 锁 环 与 离 合 器 接 合锥之类的粉末冶金零件在市场上 占有 的份额 1 5 ％ ； 滑动齿套与齿轮一 向都 由锻钢生 产， 鉴 于粉 末冶金工艺的主要优势是诸如可成形为最终形状 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 O 粉末冶金技术 与降低 生 产 成 本 等 ， 这 些 也 都 适 用 于 滑 动 齿 套 与 齿 轮 。 因此 ， 采 用 粉 末 冶 金 工 艺 开 发 这 些 新 的应 用 是 充 满机 遇 的 。 1一同 步器 齿 毂 ； 2一同步 器 锁 环 ； 3一滑 动齿 套 ； 4一离合器齿轮与接合锥 ； 5一同步器齿轮 图 l 同步器系统 的关键零件分解 图 Fi g ．1 Ex p l o d e d v i e w o f t he k e y c o mp o ne n t s o f a s y n c h r o n i z e r s y s t e m 在手动变速器零件领域 ， 粉末冶金零件生产的 困难在 于 需 要进 一 步开 发 粉 末 冶金 材 料 与生 产 工 艺， 同时还必须保持粉末冶金工艺的传统优势 ； 另外 还要 为汽 车市场 提供性 能适 当的产 品 。在 这种 意义 上 ， 本 文 阐述 了当前 和未 来 粉 末 冶金 零 件 在 同步 器 装置 中 的应 用 ， 并 且 对 最 近 的一 些 发展 重 点 进行 了 简要 述评 。 1 粉末冶金 同步器齿毂 过 去 ， 粉末 冶 金 同步 器齿 毂 在 市场 中一直 占有 相 当大 的份额 ， 是 手 动变 速器 中应 用 最广 的粉 末 冶 金零件 ， 这主要是 由于其性价 比高所致。倘若能对 高转矩应用的齿毂 的使用性能 明显改进 ， 粉末冶金 齿 毂就具 有可 进 一 步增 长 的应 用前 景 。笔 者 认 为 ， 这种进 展 的主要先 决条件 是开 发力 学性能优 异 的粉 末冶金钢。除了降低孔隙度之外 ， 使和淬透性相关 的合金 组成 最优化 ， 对 于有 效 地 强化 粉 末 冶金 钢 是 关键 因素 。 开发 高性能 同步器 齿毂 ， 最有前 景 的是 C r 合金 化的粉末冶金钢 。大批量生产 的预合金化 F e 一 C r ， Mo 粉末 的特 点 是 显微 组 织 完 全 均 一 ； 而 在 同 步器 齿毂的当前生产中使用的主要是扩散合金化粉末冶 金钢， 其显微组织中不可避免地含有诸如 N i 稳定的 奥氏体、 铁素体或珠光体之类 的软组分⋯ ， 这种多 相性会使零件的静态强度 、 硬度以及 耐疲劳性能恶 化 。 同步 器齿毂 基本 上是在 交变转 矩 和在 内花键 与 同步槽前 有严 重 凹 口的效应 下 加 载 的 。而且 ， 齿毂 易 于磨损 ， 特别 是 当轴 向力 将其压 向齿 轮或轴 承 时 。 因此 ， 齿 毂需要 兼具 优异 的疲 劳强度 与表面硬 度 。 图 2比较 了各 种 高 强 度 粉 末 冶 金钢 的 力学 性 能 。显然 ， 铬 钢在 向兼 具 优 异 的疲 劳 强度 与 硬 度性 能的领域扩展。由于 c r 与 Mo具有优异的淬透作 用 ， 只要使用的生产工艺合适 ， 很容易形成位于全贝 氏体与全马 氏体之间的均一显微组织 I 3 。此外 ， C r ， M o 粉末 冶金钢 还兼具 优异 的强 度 与硬度 和适 当的韧 度 与 延 性 。 图 2表 明 ， C r ， Mo 合 金 化 的 S I R O N 牌 号 钢 的 硬 度 与 疲 劳 强 度 都 优 于 F e 一 Mo 一 N i C u混 合 合 金 钢 的性 能 。特 别是 ， F e 一 C r ， Mo 基材料的轴 向疲劳强度 o r 。 超过 2 4 0 MP a 。如 图 2所示 ， 尽管 F e 一 C r ， Mo 钢 的含 碳 量 比 2种 F e 一 Mo - N i C u混合合金钢低 ， 但其使用性 能 耐疲 劳 性 却优于 F e 一 Mo ． N i c u混合合金钢 。当零件 的使用性能同时要求静态强度与疲 劳性能时， 这种 性 能结合 特别 重要 。 矮 唇 暴 表面硬 度 ffl V5 图 2密度水平为 6 ． 8～ 7 ． 2 g ／ c m 的各种粉末 冶金钢系列可达到的“ 疲劳强度／ 硬度领域” 比较 注 同步器齿毂用的 P MG的 S I R O N 粉末 台金钢牌号 的数字表 示抗拉强度／ M P a Fi g ． 2 A c o m p a r i s o n o f t h e “ f a t i g ue s t r e n g t h ／h a r d n e s s f i e l d s ” a t t a i n a b l e b y v a r i o u s P ／M s t e e l f a mi l i e s a t a d e n s i t y l e v e l o f 6 ．8 7 ． 2g ／e m 2 粉末冶金同步器锁环 在变 换 齿轮 时 ， 齿 轮 同步 系统 要保 证 轴 和被 啮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m