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變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉，變換檔位時合存在一個"同步"問題。兩個旋轉速度不一樣齒輪強行嚙合必然會發生沖擊碰撞，損壞齒輪。因此，舊式變速器的換檔要采用"兩腳離合"的方式，升檔在空檔位置停留片刻，減檔要在空檔位置加油門，以減少齒輪的轉速差。但這個操作比較復雜，難以掌握精確。
因此設計師創造出"同步器"，通過同步器使將要嚙合的齒輪達到一致的轉速而順利嚙合。本篇文章主要是講述用PPS材料開發新型重型車變速箱同步器環。
一、技術背景
常用同步環材料介紹
名稱 | 優點 | 缺點 |
銅合金同步器環 | 摩擦性能優良 | 成本高，強度低， 銅材加工浪費多 |
粉末冶金燒結 同步器環 | 成本低 | 工藝不穩定，應用 環境有限 |
碳纖維布同步器環 | 摩擦性能優良，耐溫性好 | 成本較高 |
鋼基噴鉬同步器環 | 材料強度較高，摩擦性能優良，耐溫性好 | 工藝較為復雜 |
鋼基酚醛樹脂同步器環 | 成本低，耐溫性好 | 抗沖強度低，承載性較低 |
樹脂基同步器環：
1、具有減震緩沖效果，提高換擋柔順性；
2、摩擦性能可調，適應性強。
舍弗勒新一代同步器環
本項目創新性
材料以-PPS樹脂為耐磨層；工藝-機加+注塑
1.PPS 聚苯硫醚
PPS聚合物主要性能特點
耐熱性好（HDT>250℃）
耐腐蝕性好（與氟樹脂媲美）
尺寸穩定好（收縮率0.1%）
絕緣、疏水、易加工
2.PPS樹脂在商用車上的典型應用
二、PPS材料開發試驗
1.PPS（聚苯硫醚）主要性能測試數據
項目 | 單位 | 結果 |
拉伸強度 | MPa | 200（70） |
彎曲強度 | MPa | 205（80） |
IZOD缺口沖擊強度 | KJ/m2 | 13（3） |
熱變形溫度 | ℃ | 260（/） |
摩擦系數（油浴） | / | 0.02 |
磨耗量（油浴） | mg/120min | 0.1 |
2.同步環材料摩擦磨損對比試驗
項目 | 單位 | 噴鉬 | 錫青銅 | PPS |
摩擦系數 | / | 0.18 | 0.1 | 0.16 |
磨耗量（100N，180r/min） | mg/120min | 鉬層磨完 | 0.36 | 0.2 |
3.PPS（聚苯硫醚）熱摩擦性能
面壓P（kg/cm2） | 速度V（m/min） | 溫度（℃） | 動摩擦系數u | 比摩耗量（mm3/kg.km） | |
PPS樹脂 | 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 | ||
試驗結果分析
1、表1數據顯示PPS樹脂具有優異的機械強度、耐熱性能以及摩擦磨損性能；
2、表2為幾種同步環用摩擦材料對比試驗，同樣試驗條件下PPS摩擦性能最佳；
3、表3為考察PPS在同步器工作溫度上限（120℃）下摩擦性能變化，其摩擦面未發生熱粘滯現象，摩擦性能反而有所上升。（注：S45C為與PPS試樣對磨材料45鋼）回復“汽車”查詢跟多信息
三、PPS同步器環結構設計及試制
目標零件：DF14S變速箱后附箱同步器錐環
PPS同步器環試制件：
1、PPS試制材料分別為碳纖增強PPS（牌號：東麗A310MX04B），玻纖增強PPS（牌號：東麗A504X90 ）
2、試制件PPS樹脂層平均厚度3.5mm。
目標零件：DF六檔箱變速箱后附箱同步器錐環
四、PPS同步器環零件性能試驗
1.同步器環單體磨耗試驗
試驗目的
同步器環單體磨耗試驗可模擬零件在設定的變速箱油溫、轉速、同步壓力、同步時間等工作條件下，測試同步器環的摩擦系數及磨損量。該試驗可較為準確的判斷同步器環零件性能及使用壽命。回復“汽車”查詢跟多信息
試驗參數設定
試驗設備：武漢協和齒環有限公司單體磨耗評價試驗（日本KYOWA）
試驗樣品
1701543-90201 | 鋼基+噴鉬 | NO1 |
鋼基+碳纖維PPS 密槽紋結構 | NO2 | |
鋼基+玻纖PPS密槽紋結構 | NO3 |
試驗結果
項目 | 試驗數 | 單位 | 試驗結果 | ||
滑動摩擦系數 | 1#噴鉬同步環 | 2#噴鉬同步環 | 3#噴鉬同步環 | ||
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 | |
磨損厚度 | mm3 | 1.12 | 0.02 | 0.11 | |
試驗后零件錐面照片
同錐度檢測
2.PPS材料耐熱性、耐油性、耐候性試驗驗證
摩擦磨損試驗 （PPS件與黃銅件對比）
摩擦轉速：400r/m
壓強：1Mpa
試驗時間：1h
試驗溫度：85-90℃，
試驗介質：試樣表面涂MT-5齒輪油
摩擦磨損試驗結果
Ih前質量 | Ih后質量 | 損量（g） | 磨損V(mm3) | 摩擦系數 | ||
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 | |
試驗目的：評價零件冷熱交替條件是否發生鐵芯剝離，樹脂開裂等異常現象。
3.零件熱循環試驗
試驗條件：取樣件4 件，兩件進行純加熱，另兩件油浸（變速箱油），置于熱老化試驗箱，150℃，加熱8 小時，自然冷卻，每天1次，重復4 天，模擬樣件的實際熱工況。回復“汽車”查詢跟多信息
熱循環試驗結果
尺寸 | 純加熱 | |||
32h加熱前 | 32h加熱后 | |||
1# | 2# | 1# | 2# | |
寬（PPS） 高（PPS） | 17.94 10.54 | 17.94 10.52 | 17.96 10.54 | 17.96 10.54 |
直徑（45鋼） | 17.94 | 17.94 | 17.94 | 17.94 |
尺寸 | 油浸加熱 | |||
32h加熱前 | 32h加熱后 | |||
寬（PPS） | 1# | 2# | 1# | 2# |
高（PPS） | 17.96 10.56 | 17.96 10.56 | 17.96 10.56 | 17.92 10.56 |
直徑（45鋼） | 17.94 | 17.94 | 17.94 | 17.94 |
4.零件耐熱性試驗
試驗條件
將經歷過32小時熱循環試驗的油浸樣件（仍舊油浸，變速箱油）和非油浸樣件，置于耐熱試驗箱中，120℃，連續加熱168小時，自然冷卻，評價樣件外觀尺寸的變化和金屬-PPS結合部的情況。
尺寸 | 純加熱 | |||||
32h加熱前 | 32h加熱后 | 168h加熱后 | ||||
1# | 2# | 1# | 2# | 1# | 2# | |
寬 | 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 |
直徑 | 17.94 | 17.94 | 17.94 | 17.94 | 17.92 | 17.94 |
尺寸 | 油浸加熱 | |||||
32h油浸加熱前 | 32h油浸加熱后 | 168h油浸加熱后 | ||||
1# | 2# | 1# | 2# | 1# | 2# | |
寬 | 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 |
直徑 | 17.92 | 17.92 | 17.94 | 17.94 | 17.92 | 17.94 |
試驗結果分析
1、PPS同步器環耐候性、耐熱性優良，尺寸穩定性佳；
2、PPS同步器環樣件耐磨損性能均明顯優于噴鉬材料，其中玻纖增強PPS磨損量最小，磨損厚度僅為噴鉬件的2%；
3、PPS同步器環樣件摩擦系數要小于噴鉬件。如需提高摩擦系數，可通過修改模具增加PPS接觸面紋理，提高其表面粗糙度來達到。
4、單體磨耗試驗過程中3種樣件均未觀察到強噪聲、異響、磨損不均等異常現象。
五、總結
1、本項目在行業內首次開發出以PPS材料作為內襯耐磨層的同步器環，在用材及制品成型工藝方面均體現了技術創新的特點；
2、與現生產用噴鉬環相比，PPS同步環磨耗量更低，耐用性更好；
3、單件PPS同步器環零件減重25%，其注塑成型工藝較噴鉬工藝更為簡易，工藝成本及能耗更低。
4、零件長期使用可靠性有待裝車試驗驗證。回復“汽車”查詢跟多信息
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本文作者為東風商用車技術中心——李謙，艾邦高分子整理，轉載請先聯系我們
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