某汽车变速器五档齿烧蚀分析

 　　[摘要] 文章以某商用车变速器在市场上发生的五档齿烧蚀问题为研究对象，主要从齿轮的轴向间隙设计、卡环的装配要求及齿毂的孔口倒角等几个方面进行了原因分析，并且通过实验再现了市场上发生的故障现象，最后提出质量控制的关键点，从而为解决类似问题提供了一定的思路。

　　关键词：烧蚀，倒角，间隙

　　1前言

　　在采用同步器换档的商用车汽车变速器中，同步器通常布置在二轴(输出轴)上，在同步器齿毂的两侧分别布置有档位齿轮。齿轮及齿毂均需要在二轴进行轴向限位，轴向限位的方式一般有轴肩限位、卡环限位、衬套限位等。图1所示为某商用车五档变速器中R/五档同步器及齿轮在二轴总成上的结构布置图，五档齿、倒档齿及同步器齿毂在二轴上轴向采用轴肩和卡环相结合的限位方式。

　　根据市场统计信息，该五档变速器自2015年1月至4月份，共计发生90起五档齿烧蚀故障，特别是山东某客户购买10台车，均为2015年4月份购买，车辆在使用倒车档后，不能走车，经排查变速箱出现故障，拆解后发现五档齿烧蚀。进一步的市场信息分析与确认结果显示：五档齿烧蚀故障均发生于挂倒档行车后，且故障均为主五齿烧蚀。

本文通过对该变速器倒车后五档烧蚀问题的分析，识别出产生故障的主要影响因素。通过对识别出的要因进行质量控制，避免了该类故障的再次发生，提高了用户的满意度。

　　2 原因分析与故障再现

　　五档齿烧蚀的故障件如图2所示。故障箱拆解发现，故障件均为齿轮后端面部位烧蚀，烧蚀部位均烧糊、拉毛，严重者烧死。从图1中可以看出，倒档齿轮在二轴上旋转并通过二轴轴肩和R/五档齿毂进行轴向限位，齿毂通过二轴轴肩和卡环进行轴向限位，五档齿轮在二轴上旋转并通过齿毂和轴肩进行轴向限位;设计上对倒档齿轮和五档齿轮轴向需要留有合理的间隙。图3从不同的方面对五档齿的烧蚀问题进行了原因分析。

　　

　　

　　五档齿轮间隙计算结果为：0.2~0.38，经确认该轴向间隙符合设计要求。

　　为进一步对查找原因，我们对改进后同样状态的变速器进行实验。实验策划如下：

　　变速箱挂倒档，加载50%(150N.m)进行疲劳试验，输入转速2200rpm,实时监控扭矩变化，当扭矩出现异常波动，立即停止试验，拆箱确认变速箱状态;如无异常，运行4h后认定试验完成，且拆箱确认试验结果。

　　在实际实验过程中，变速器的输入输出扭矩无异常波动，运转4个小时后，拆箱发现：主五齿前后端面均烧蚀，与市场发生的故障现象基本一致。在实验前，变速器零部件的检测结果均满足设计要求，却依然发生五档齿烧蚀现象，说明齿轮的轴向间隙在实际受载过程中发生了变化，需要对五档齿轴向间隙变化的原因进行进一步确认。

　　3 要因分析与确认

　　前面计算五档齿的轴向间隙为0. 2~0.38，这个间隙是通过对图4中五档接合齿的左端面和五档齿的右端面限位获得的。在对实验变速器拆解的过程中，发现同步器齿毂轴向限位卡环的端面有一道环形亮线，如图5所示，说明在实际受载工作状态下卡环与齿毂及卡环槽边缘有接触，即卡环与齿毂右端面接触不好。通过对受力状况和零件的接触关系进行进一步分析，可知：挂倒档时，倒档

齿轮对齿毂产生向右的轴向推力，使得齿毂推动卡环向右移动，而此处卡环为选择装配，选择时保证齿毂轴向移动量最小，即使齿毂有位移，在零部件合格及卡环选择正确(即实验再现时的状态)的情况下，五档齿的轴向最小间隙0.2仍能保证;齿毂右侧孔口大，会造成卡环实际接触位置不是在齿毂的端面，而是在孔口倒角面上，造成五档齿设计计算的轴向间隙大大减小，甚至无间隙。

　　为了验证倒角对间隙的影响，我们将齿毂的孔口倒角按图纸要求加工(即小倒角，使得卡环装配后不会落在孔口倒角的锥面上)，按此状态装配变速器总成进行同样的实验验证。通过多台总成的验证，没有发生主五齿烧蚀现象。

　　由此可见，造成五档齿烧蚀的主要原因是齿毂的孔口倒角大。该倒角偏大造成装配后卡环与齿毂接触位置不正确，导致五档齿的轴向间隙不能满足设计要求，使得在倒档受载状态下，齿毂与五档齿端面压紧并相互摩擦，产生端面烧蚀。

　　4 结论

　　通过对该变速器五档齿烧蚀故障的分析，我们识别出了零部件质量控制的关键点包括：齿毂孔口倒角大小、卡环轴向间隙的选择。同时我们也得出解决市场质量问题时的一般思路：弄清故障模式，进行原因分析，结合实验进行故障再现，不放过零部件的细节，分析要因再验证确认。