某CVT變速箱D檔無動力無輸出問題淺析

覃澤遙 龐世松 馬保仁 梁甲 何易崇

摘 要： DNR離合器是CVT變速箱實現(xiàn)換擋的機構(gòu)，本文針對柳州上汽汽車變速器有限公司柳東分公司某型號CVT變速器，在項目開發(fā)試驗階段出現(xiàn)的D檔無動力輸出問題進行分析并解決。

關(guān)鍵詞：變速器 DNR離合器 太陽輪焊合件 焊接 脫落

1 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，人民生活水平不斷提高，汽車得到了廣泛普及。在汽車產(chǎn)品不斷普及的過程中，人們對汽車乘坐舒適性和質(zhì)量穩(wěn)定性的要求也不斷提高。CVT無極變速器因其具有換擋平順和省油的特性，配備CVT無極變速器的汽車越來越受到人們的認可。

變速箱是人們常說的“汽車三大件”之一，其設(shè)計的好壞和質(zhì)量穩(wěn)定性直接決定汽車的正常運行和用戶的使用體驗。DNR離合器總成是CVT無極變速器中的換擋機構(gòu)，該機構(gòu)將發(fā)動機的動力傳遞到變速箱下級機構(gòu)，并實現(xiàn)了CVT無極變速器前進擋、倒擋和空擋切換。下文就針對某型號CVT變速器掛D擋無動力輸出問題的進行分析并解決。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，DNR離合器總成包含了外轂壓裝總成、前進擋活塞、前進擋彈簧組、平衡活塞、太陽輪焊合件、前進擋鋼片、摩擦片、齒圈、行星架、倒擋鋼片、摩擦片、倒擋活塞、鋼片彈簧、擋圈等主要零件;DNR總成安裝在中殼內(nèi)，與輸入軸和主動帶輪軸構(gòu)成動力傳輸鏈。

2.2 工作原理

1、當汽車掛入D檔時，前進擋活塞受液壓力向右移動，壓緊前進擋鋼片&摩擦片;此時動力傳輸路徑為：輸入軸—外轂壓裝總成—前進擋鋼片&摩擦片—太陽輪焊合件—主動帶輪—從動帶輪—差速器—汽車半軸;

2、當汽車掛入R檔時，倒擋活塞受液壓力向左移動，壓緊倒擋鋼片&摩擦片;此時動力傳輸路徑為：輸入軸—外轂壓裝總成—齒圈—行星架—太陽輪焊合件—主動帶輪—從動帶輪—差速器 —汽車半軸;

3、當汽車掛入空擋時，前進擋和倒擋活塞均不動作，輸入軸帶動外轂壓裝總成、齒圈和行星架空轉(zhuǎn)，無動力輸出;

3 失效現(xiàn)象及原因分析

3.1 問題現(xiàn)象

某CVT在項目開發(fā)階段，進行低速比耐久試驗時出現(xiàn)變速器掛D檔無動力輸出現(xiàn)象，車輛無法正常行駛，經(jīng)拆解故障變速器，發(fā)現(xiàn)太陽輪座焊合件在焊縫處脫落，失效狀態(tài)如圖3所示。

3.2 根本原因分析及確認

在確認車輛故障直接原因為太陽輪焊合件焊縫失效后，我們對故障件信息進行收集調(diào)查。首先對太陽輪焊合件進行切割并進行測量分析，以便確認零件是否滿足圖紙設(shè)計標準。再根據(jù)零件圖紙焊縫要求，對生產(chǎn)制造工藝、工裝檢具尺寸、檢測方式等方面進行檢查確認，從而確零件焊縫失效問題的發(fā)生與生產(chǎn)工藝的關(guān)聯(lián)性。完成生產(chǎn)過程確認后，再次對設(shè)計標準進行分析校核，確認設(shè)計是否對零件所有焊縫尺寸形成完整約束。

3.2.1 零件與圖紙符合性確認

將太陽輪焊合件進行切割，對焊縫處使用電子顯微鏡和光學電鏡設(shè)備進行檢測，發(fā)現(xiàn)焊縫總深度滿足圖紙要求，但是焊縫不對稱，導致單側(cè)融合深度不足，融合最小處159微米，遠低于設(shè)計標準。所以確認焊縫不對稱，焊縫融合深度不足是太陽輪焊合件失效的主要因素。電鏡下焊縫狀態(tài)如圖5。

3.2.2 子零件配合尺寸分析

太陽輪焊合件由太陽輪座和太陽輪齒輪2個零件焊接而成，當2個零件配合尺寸不合格時，會造成焊接時融合不均勻，從而出現(xiàn)焊縫不對稱的問題。檢測2零件配合尺寸，發(fā)現(xiàn)實際檢測尺寸結(jié)果符合圖紙設(shè)計尺寸要求，且零件配合時未見明顯臺階或縫隙，所以子零件尺寸非該問題原因。

3.2.3 焊接工裝確認

針對焊縫融合區(qū)域不對稱問題，懷疑焊接定位工裝尺寸不合理。使用游標卡尺檢測焊接工裝（如圖6），發(fā)現(xiàn)工裝尺寸實測34.92mm，而零件尺寸下限為35mm，工裝和零件之間間隙較大，導致零件放置在工裝上出現(xiàn)徑向竄動，焊接時出現(xiàn)焊縫不對中，從而出現(xiàn)焊縫融合區(qū)域不對稱，零件單側(cè)焊縫融合深度不足問題。由此可知，焊接工裝尺寸偏小為問題原因之一。

3.2.4 焊接設(shè)備參數(shù)確認

調(diào)查生產(chǎn)記錄，該零件焊接生產(chǎn)時，焊接工藝已經(jīng)進行了多輪焊接驗證，焊接參數(shù)已經(jīng)鎖定（如圖7）。使用鎖定參數(shù)的設(shè)備進行再次焊接驗證，并檢測零件焊接深度尺寸，實際測量發(fā)現(xiàn)焊接深度尺寸滿足設(shè)計要求。

3.2.5 設(shè)計參數(shù)確認

檢查圖紙關(guān)于太陽輪焊合件焊縫質(zhì)量相關(guān)要求，發(fā)現(xiàn)圖紙僅定義了焊縫熔接深度，缺少焊縫位置、寬度及偏移量等相關(guān)尺寸約束。當焊接軌跡未與2個配合件的縫隙重合的情況下，會出現(xiàn)其中一個子零件熔融深度滿足圖紙要求，但另一個件熔融深度不足，導致兩個配合零件未融合的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)本次失效情況。所以設(shè)計參數(shù)不合理，未能對零件形成完全約束，是本次零件失效的主要原因之一。

4 解決措施

經(jīng)過以上各方面分析和驗證，本次CVT變速箱D檔無動力無輸出問題的根本原因已經(jīng)得到確認，對各個具體原因制定對應解決措施如下：

4.1 生產(chǎn)制造方面質(zhì)量控制

針對上述焊縫不對稱，導致焊縫深度不足的現(xiàn)象，該問題主要原因為焊接工裝尺寸偏小，導致焊接時出現(xiàn)竄動，焊縫與零件配合縫隙不重合;針對該問題，生產(chǎn)現(xiàn)場重新制作焊接工裝，加大焊接工裝的定位尺寸，使得零件焊接時不易出現(xiàn)竄動問題，從而消除焊縫偏移，導致零件熔融區(qū)域不對稱現(xiàn)象。

4.2 圖紙設(shè)計參數(shù)方面糾正

經(jīng)前述分析可知，圖紙未對焊縫質(zhì)量形成完整約束，是造成問題未能及時識別，導致問題發(fā)生的主要原因之一。針對該問題，重新修正圖紙焊縫質(zhì)量的相關(guān)要求，增加焊接中心位置、焊縫正面寬度、焊縫背面寬度、焊縫偏移量等相關(guān)約束。并修訂焊接質(zhì)量相關(guān)的企業(yè)標準，對太陽輪焊接行成完整約束。

5 效果驗證

上述解決措施實施后，隨機抽檢太陽輪焊合件，確認零件焊縫深度、寬度、焊縫位置及內(nèi)部質(zhì)量等均符合圖紙焊縫相關(guān)要求（如圖8）。隨機抽取零件，裝配成變速箱總成進行低速比耐久實驗，實驗過程中未出現(xiàn)異常。實驗完成后拆解檢查太陽輪焊合件完好，切割檢測太陽輪焊合件焊縫，發(fā)現(xiàn)零件焊縫未出現(xiàn)異常，相關(guān)尺寸與試驗前同批次零件無差異。綜上，本次CVT變速箱D檔無動力無輸出問題從根本上得到解決。

6 結(jié)束語

CVT變速箱D檔無動力無輸出問題是一個比較嚴重的質(zhì)量問題，該問題嚴重影響客戶體驗，在項目開發(fā)階段必須得到圓滿解決。本次故障原因涉及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)要求、焊接工裝工藝等方面。對于類似問題，在項目前期設(shè)計階段就需要使用CAE等軟件進行分析，做好設(shè)計校核，對零件相關(guān)尺寸進行全面約束。在項目試制階段，應對根據(jù)設(shè)計要求充分識別零件關(guān)鍵控制點，在樣件試制時對生產(chǎn)所使用的工裝進行充分驗證，并對零件關(guān)鍵特性制定嚴格的質(zhì)量控制方案。