一種雙中間軸八檔變速器的中間軸斷裂問題改進

趙玥，冉廣軍

（陜西法士特齒輪有限公司汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

隨著國家對新能源汽車的不斷支持，越來越多的主機廠對匹配新能源動力系統(tǒng)產(chǎn)品進行了廣泛的開發(fā)。為在新能源的廣闊市場中分得一杯羹，各變速器廠家也不斷推出了與之匹配的多款新型變速器。但由于現(xiàn)有變速器多與普通內(nèi)燃機進行匹配，配有離合器及分離裝置，而純電動動力系統(tǒng)所匹配的變速器不需要離合器及分離裝置，故需重新開發(fā)連接裝置以實現(xiàn)變速器總成與電機的連接。

1 問題來源

2014 年年初，重卡八檔變速器主箱中間軸斷裂問題在全國各地發(fā)生，已在福建及遼寧出現(xiàn)多起因主箱中間軸斷裂故障更換總成的重大問題。均為主箱中間軸二檔齒軸肩部位齊根斷裂。且箱號極為接近，疑為批量問題。故從多方面分析造成此現(xiàn)象的原因，制定解決問題的方案和措施。

2 雙中間軸變速器主箱中間軸的位置和作用

（1）用主、副箱組設(shè)計，主箱手操作4（小小八檔）個檔位，副箱氣操縱2 個檔位。

（2）采用雙中間軸傳動，中間軸相對主軸對角線分布，功率分流，主軸和主軸齒輪浮動。

（3）軸向尺寸短，重量輕，承載能力大，使用可靠，維護方便。

3 原因分析

研究后首先發(fā)現(xiàn)，八檔變速器斷軸問題均為主箱中間軸二檔齒軸肩部位齊根斷裂。且箱號極為接近，疑為批量問題，隨后檢測同批次的中間軸舊件，分析其材料、加工過程和熱處理等環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致此現(xiàn)象的原因，歸結(jié)如下：

通過對該批次八檔變速器主箱中間軸分析，發(fā)現(xiàn)在前期生產(chǎn)中存在包括軸類零件的問題如下：

（1）軸類校直工藝不詳細、不規(guī)范：對壓點、支撐點、壓力和機床參數(shù)的設(shè)定未細化；校直跳動要求過嚴。

（2）熱處理變形不穩(wěn)定：工藝參數(shù)及零件掛裝方式需優(yōu)化；返修零件會造成異常變形。

（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計及熱處理技術(shù)要求需優(yōu)化：卡簧槽處和應(yīng)力集中點容易斷裂；心部硬度過高，零件易壓斷或校不直。

（4）校直設(shè)備保養(yǎng)及維修不到位：國產(chǎn)校直機頂尖、壓頭磨損，影響測量準確性；個別設(shè)備壓力表不能正常顯示。

（5）校直操作人員技能需提高：部分人員不能正常、熟練的調(diào)整機床程序。

（6）現(xiàn)有國產(chǎn)校直機噸位不能完全滿足產(chǎn)品的加工要求：加工副箱主軸的最大加載能力80T 不夠，需100T。

4 改善措施

針對以上分析，采取了以下措施：

4.1 設(shè)計優(yōu)化

（1）中間軸去掉兩處卡環(huán)槽，如下圖所示：

圖8 設(shè)計更改前

圖9 設(shè)計更改后

如圖所示，去掉卡環(huán)槽的作用在于：取消軸體上的2 個卡環(huán)槽，縮短加工時間和簡化加工步驟的同時，可以分散應(yīng)力作用，減小加工過程對軸類零部件較直的影響。

（2）心部硬度

心部硬度較高時零件易校斷、校不直：設(shè)計將副箱主軸零件心部硬度更改為30-40HRC，經(jīng)過靜扭實驗，主軸心部硬度辦理偏離到28-40HRC，近段時間，校直比較穩(wěn)定。

4.2 工藝完善

針對以上零件的校直規(guī)范：明確校直壓點、支撐點、測量點位置。

（1）優(yōu)化機床壓力、位移量、增量等機床參數(shù)并固化。

（2）調(diào)整校直后跳動合格量要求：在滿足熱后磨削余量和產(chǎn)品最終齒部跳動要求前提下，適當放寬校直要求，保證節(jié)拍。

軸類校直后外圓、齒部大齒圈和小齒圈的初始跳動量都集中在0.04-0.06 的范圍內(nèi)，以0.04 次數(shù)最多，說明實施調(diào)整之后，初始跳動量穩(wěn)定，且符合要求，達到較直要求。

（3）熱處理

1）為減小零件變形，改變熱處理備料方式；

中間軸以前選擇豎直沉底備料方式，其缺陷在于：零件容易在料盤推動過程中發(fā)生傾斜，造成工件在淬火冷卻時的不對稱性，從而影響變形。 在不改變工裝夾具的情況下，充分利用現(xiàn)有的工裝，采用豎直半懸空的備料方式。

2）降低淬火溫度

為了減小副箱中間軸的變形，熱處理在保證金相組織要求的前提下，適當降低了淬火溫度，減少了熱應(yīng)力的影響。

3）返修件的通報

規(guī)范熱處理返修流程，對返修零件的熱處理工藝參數(shù)、裝爐情況、熱后剖檢情況等相應(yīng)信息詳細記錄并保存。

4）校直機的維護、保養(yǎng)

車間檢查機床易損件，將已磨損的頂尖，壓頭進行更換，保證機床測量數(shù)據(jù)和偏擺儀一致。

5）校直人員技能培訓(xùn)

廠家技術(shù)人員對車間相關(guān)操作人員和技術(shù)員進行培訓(xùn)，工研所工程師對現(xiàn)場工人進行內(nèi)部培訓(xùn)。

6）校不直零件處理

為減少損失，采取熱校，在生產(chǎn)間隙集中處理。

通過以上措施的陸續(xù)執(zhí)行，對該時期生產(chǎn)的零件校直情況進行匯總，情況如下：

（1）校斷問題有了明顯改善。同年6 月16 至20 日車間共加工了零件1147 件，全部合格，初始跳動量最大為0.4，沒有斷裂現(xiàn)象。

（2）副箱中間軸校斷零件由之前的每天加工500 件最多斷裂12 根，降低到從同年60 月4 日至6 月17 日加工零件3196 件共斷裂13 根。

（3）副箱主軸熱處理比較穩(wěn)定，且零件心部硬度為34HRC 左右，根據(jù)加工記錄，同年6 月4 日至6 月17 日加工的所有零件大約共11500 件，有157 件沒有校直合格，校直比較穩(wěn)定。

5 總結(jié)

本文針對八檔雙中間軸變速器主箱中間軸斷裂故障頻發(fā)的問題，積極開展研究工作，通過對其發(fā)生原因進行分析，明確變速器軸類零件存在校斷和校不直問題，從設(shè)計、工藝、加工過程以及熱處理多個方面出發(fā)，實施多項措施達到降低中間軸斷裂幾率的目的，同時完善和規(guī)范生產(chǎn)中的各項流程，設(shè)計優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本、提高強度，合理檢測數(shù)據(jù)，保障校直的穩(wěn)定性，最終較圓滿地解決斷軸這一問題。