设计缺陷？宝马变速箱被玩坏！

【写在前面】
我是一个汽车爱好者，偏执的手动控。
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l了。
【接到报案】
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。
好了，侦破即将开始，各位看官请先上个厕所，端好零食……
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。

图：王师傅正在拆解变速箱
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，而且手段极其粗暴残忍。

图：输出轴左侧壳体遭受过锤击挤压

图：锤歪了伤及无辜的痕迹
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）。


图：右侧整块材料崩掉，螺纹孔开放
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！

图：状态完好的样子
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。

图：输出轴和法兰损伤

图：输出轴端部特写

图：完好的输出轴是这样的
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。

图：输入轴打磨痕迹
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。

图：其他损伤
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。
为了让诺粉们了解这款变速箱，诺诺特意做了一个图来表示各个档位的关系。

图：E90手动挡变速箱拆解图
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。

图：王师傅正在检修3档同步器
接下来拆卸中间轴，把3、4档同步器拆解开，看看故障缘由。

图：这才是正确的挤出方式，而不是锤击

图：技师正在拆卡簧
OK！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。

图：变速箱拆解零件图
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。

图：断裂的三档同步齿环
【同步器是什么？】
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。

图：单锥面同步器结构
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）。

图：空档时的齿套位置

图：挂三档时的齿套位置
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，动力改由四档齿轮传递。

图：齿套实物图
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。

图：同步环的中间角色（诺诺）
如果我们换用教科书风格的讲解，大致就是下图这样了，大家喜欢哪种？

图：变速箱挂三档的全过程
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。
手动变速箱设计和调校这个话题，我想我也可以写上两万来字，改天再细聊吧。
【继续侦破】
好了，科普结束，回到主题。
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。
再次感谢技研部小沈，帮我把零件搜集好端上楼。嘻嘻，有男人伺候真好！

图：我的办公桌不算大

图：中间轴零件被拆散（3/4档）
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。
这就是那个坏掉的同步环，再来一张特写给大家看看。

图：损坏的三档同步环


图：同步环开裂处特写
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。

图：同步环断口特写
把同步环翻过来，内圈还可以看到很多磨损烧蚀的痕迹。

图：同步环内锥面磨损痕迹

图：磨损痕迹特写
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！
我又在跟它配合的三档齿轮（小三）摩擦锥面上发现了相应的烧蚀痕迹。

图：摩擦锥面上的烧蚀痕迹
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。
这个零件就是一直老老实实呆在中间的齿毂了，一直觉得它造型很酷，很厚道。

图：3/4档同步齿毂
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。

图：花键齿间的垃圾
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。）

图：齿毂的4档侧
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。

图：齿毂的3档侧（磨损）
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！

图：三、四档齿轮端面特写
有没有感觉我们正在一步一步地接近真相？哈哈，喝点咖啡，继续看。
咦？三档齿轮内壁怎么有两道类似磨砂的痕迹？

图：三档齿轮的内壁磨痕
赶紧寻找“搞基对象”！哈哈，原来是中间轴上的滚针磨出来的，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！

图：中间轴的滚针轴承
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~

跟这个轴承配合的中间轴上，也被啃出了“花”。

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！

图：注意，就是这个拨叉！

图：拨叉上损坏的推动块
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。

图：推动块对比
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）。

图：5/6档拨叉上的砸痕
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。

图：拨叉上的砸痕特写
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。
变速箱里的异物来源终于找到了，就是推动块上的尼龙衬套！
综合了一下所有的线索，还原了全部过程：
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）。

图：三档齿轮结合齿圈
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。

图：同步环相对结合齿圈的位置
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。

图：损坏的三档同步环
于是，这起宝马手动变速箱的命案就这样水落石出了。
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。

淘手动宝马找诺诺，玩手动宝马也找诺诺，玩坏了更要记得找诺诺。
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！