變速器作為整車動力傳輸?shù)年P(guān)鍵部件，具有動力傳遞、變速及換向的功能，不僅承接著由發(fā)動機端傳來的動力，同時本身也是動力輸出端，負責(zé)將動力輸出給汽車傳動軸。而變速器內(nèi)部齒輪和軸系的協(xié)同運作則是實現(xiàn)上述功能的關(guān)鍵。一旦變速器內(nèi)部齒輪或軸系出現(xiàn)問題，則有可能造成整車動力中斷或者車輛失速。本文將重點分析變速器齒輪失效的原因，制定優(yōu)化方案。

        一、故障現(xiàn)象

　　售后市場反饋多起某D系列手動擋變速器存在掛二擋不走或二擋掛不進的問題，里程均在1萬km以上，經(jīng)技術(shù)人員分析均為變速器二擋從動齒總成斷裂，造成變速器在二擋時動力中斷。

　　對斷裂的二擋從動齒總成進行檢查，斷裂位置均位于結(jié)合齒與齒輪焊接位置旁。從動二擋齒總成斷裂位置如圖1所示。

　　根據(jù)二擋從動齒總成的結(jié)構(gòu)，可知其為反焊結(jié)構(gòu)，進而得出其焊縫位置受力分析圖，如圖2所示。

       二、二擋從動齒總成斷裂分析

　　通過對失效二擋從動齒總成的初步分析，同時結(jié)合齒輪結(jié)構(gòu)特點，初步推斷出造成二擋從動齒總成斷裂的主要原因有以下幾點：

　　1)子零件關(guān)鍵尺寸超差。

　　2)材料成分或熱處理不符合工藝要求。

　　3)焊接關(guān)鍵參數(shù)不達標(biāo)。

　　4)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷。

　　二擋從動齒總成斷裂機理分析，如圖3所示。

　　零件關(guān)鍵尺寸排查

　　對故障二擋從動齒總成所涉及對應(yīng)批次的子零件生產(chǎn)檢驗記錄進行追溯反查，相關(guān)關(guān)鍵尺寸檢測記錄結(jié)果均符合技術(shù)要求，結(jié)果詳見表1。

　　通過表1可知，故障件所涉及子零件的相關(guān)關(guān)鍵尺寸均符合要求，因此可排除子零件關(guān)鍵尺寸超差導(dǎo)致齒輪斷裂的可能。

　　齒輪材料成分及熱處理金相檢測

　　1)對斷裂二擋從動齒總成進行材料成分分析，結(jié)果見表2，其心部硬度檢測值為440HV30，在合格范圍內(nèi)(340～480HV30)。

　　通過表2可知，零件材料成分符合要求，因此可排除零件材料成分及熱處理工藝不符合要求導(dǎo)致齒輪斷裂的可能。

　　齒輪形貌觀測和分析

　　1)對斷裂二擋從動齒總成進行焊接關(guān)鍵參數(shù)檢測，結(jié)果見表3。

　　通過表3及圖4可知，斷裂二擋從動齒總成焊接關(guān)鍵參數(shù)符合要求，失效件斷口裂紋源位于焊縫尾部結(jié)合面位置并沿結(jié)合齒 45°方向擴展，因此也可排除焊接關(guān)鍵參數(shù)不達標(biāo)導(dǎo)致齒輪斷裂的可能。

　　2)使用電鏡對斷口進一步分析，結(jié)果如圖5所示。

　　由上述外觀形貌圖分析可知，故障二擋從動齒總成在焊接位置附近出現(xiàn)開裂，從D系列二擋從動二擋齒總成焊縫受力示意圖可知：正托工況下，焊縫尾部位置受壓應(yīng)力;反托工況下，焊縫尾部位置受拉應(yīng)力;而在受拉應(yīng)力作用下，焊縫尾部應(yīng)力較為集中。

　　從失效件三個位置的剖面圖可以發(fā)現(xiàn)，零件焊接深度、焊接寬度和堆高滿足技術(shù)要求，失效件斷口裂紋源位于焊縫尾部結(jié)合面位置并沿結(jié)合齒 45°方向擴展。經(jīng)掃描電鏡分析，失效件斷口裂紋源區(qū)，在高倍下可見到明顯的疲勞輝紋。

　　綜上所述，故障二擋從動齒總成在反托工況下，焊縫尾部位置會受拉應(yīng)力作用，因而焊縫尾部位置應(yīng)力較為集中，從而易導(dǎo)致二擋從動齒總成發(fā)生疲勞斷裂。

　　零件橫向?qū)Ρ确治?/strong>

　　經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與D系列變速器內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)極為相似的B/C系列手動擋變速器從未發(fā)生過二擋從動齒總成斷裂的情況，進一步對相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)進行對比，發(fā)現(xiàn)B/C系列的二擋從動齒總成為正焊結(jié)構(gòu)，而D系列的二擋從動齒總成為反焊結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

　　根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的差異，進一步對B/C系列與D系列二擋從動齒總成焊縫進行受力對比分析，如圖7～圖9 所示。

　　由上述零件橫向?qū)Ρ确治隹芍涸谡泄r下，B/ C與D系列的從二齒輪與結(jié)合齒存在貼合趨勢，二擋從動齒總成焊縫尾部受力情況一致;在反托工況下，B/C 與D系列的從二齒輪與結(jié)合齒存在分離趨勢，但B/C系列的二擋從動齒總成底部的安裝端面因受到輸出軸軸肩的限位，所以B/C從二的焊縫尾部受到的拉應(yīng)力較D系列的從二焊縫尾部受到的拉應(yīng)力要小得多。

　　因此，在同等反托工況下，D系列從動二擋齒總成的焊縫尾部所受到的拉應(yīng)力比B/C系列從動二擋齒總成的焊縫尾部所受到的拉應(yīng)力要大，二擋從動齒總成也更容易因為所受拉應(yīng)力的反復(fù)作用而發(fā)生疲勞斷裂。自此可以確定：造成二擋從動齒總成斷裂的原因為零 件結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，反托工況下易造成二擋從動齒總成斷裂，最終導(dǎo)致整車二擋無動力。

        三、改進措施制定及跟蹤驗證

　　改進措施制定

　　根據(jù)D系列變速器二擋從動齒總成零件結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，反托工況下易導(dǎo)致二擋從動齒總成斷裂的問題，主要采取的措施：更改現(xiàn)有D系列二擋從動齒總成零件結(jié)構(gòu)，由原先的反焊結(jié)構(gòu)改為正焊結(jié)構(gòu)，減少焊縫在反托工況下所受到的拉應(yīng)力(見圖10)。

　　跟蹤驗證

　　自采取上述措施后，已持續(xù)跟蹤統(tǒng)計約兩年，該 D系列變速器在客戶現(xiàn)場及售后市場的質(zhì)量表現(xiàn)，均未再發(fā)現(xiàn)二擋從動齒總成斷裂問題，證明上述措施有效、可行。

       四、結(jié)語

　　通過以上措施的實施以及長時間、多批量的跟蹤驗證，結(jié)果證明上述措施有效，因零件結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷導(dǎo)致的二擋從動齒總成斷裂問題得到徹底解決。僅以此文為變速器齒輪斷裂問題的分析、解決提供一些實踐參考。

　　參考文獻略.