0AM雙離合器變速器機電單元蓄能器座斷裂故障分析

文：李洪峰、李偉、蘇文緒、賈偉紅、李俊峰

大眾公司是在國內(nèi)最早推廣雙離合器變速器的整車廠商，而0AM 7 擋干式雙離合器變速器（以下簡稱0AM 變速器）作為其代表產(chǎn)品，由于其換擋效率高、結(jié)構(gòu)相對簡單而廣泛應(yīng)用于大眾系列車型上。早期搭載0AM 變速器的車型，因為換擋平順性等問題遭受很多車主的詬病，但隨著技術(shù)的進步，0AM變速器的一些不良特性早已經(jīng)得到了改善，人們對于雙離合器變速器的認可度也越來越高。

在對0AM 變速器的故障研究中筆者發(fā)現(xiàn)，該變速器機電單元蓄能器座斷裂故障，對于維修人員來說診斷排除比較困難。因此筆者結(jié)合該變速器的相關(guān)結(jié)構(gòu)和控制原理，對0AM 變速器機電單元蓄能器座斷裂故障的原因進行綜合分析。

1.機電單元蓄能器結(jié)構(gòu)及故障

0A M 變速器的機電單元機械部分（圖1），內(nèi)部有一套完整的高壓泵站結(jié)構(gòu)（圖2），用于為機電單元液壓機構(gòu)提供高達4～6 MPa 的工作油壓。相較于很多傳統(tǒng)自動變速器不足1 MPa 的工作油壓來說，0AM 變速器屬于相當(dāng)高的工作壓力等級。在0AM 變速器的機電單元中，采用了低轉(zhuǎn)速高扭矩的無刷電機和小流量高壓力的齒輪泵提供油壓。

圖1 機電單元總成（機械部分）

圖2 機電單元高壓泵站結(jié)構(gòu)示意圖（部分）

但是由于用油元件工作的間歇性和隨機性，很難單純依靠改變電機轉(zhuǎn)速提供及時穩(wěn)定的工作油壓，并且油泵和電機長時間運行也會導(dǎo)致磨損和發(fā)熱，嚴重影響齒輪泵和電機的使用壽命。因此，0AM 變速器機電單元采用了蓄能器，來穩(wěn)定油壓和減少油泵與電機的工作時間。

蓄能器安裝座用于連接機電單元的油路板和蓄能器（圖3），起到固定和密封作用。但是在0AM 變速器的使用過程中，蓄能器安裝座從油路板上斷裂的故障是很常見的（圖4）。一旦蓄能器座斷裂，蓄能器就會漏油，系統(tǒng)油壓會急劇降低，導(dǎo)致機電單元失效。離合器推桿也因此無法支撐使2個離合器全部釋放，換擋機構(gòu)無法完成擋位切換，致使車輛無法行駛。

圖3 機電單元油路板和蓄能器

圖4 0AM 變速器機電單元蓄能器

此外，蓄能器座斷裂導(dǎo)致的蓄能器漏油，還會使機電單元的齒輪泵和電機長時間空轉(zhuǎn)發(fā)熱磨損，甚至機電控制單元也會因為無刷電機驅(qū)動電路電流過大而損壞。

2.蓄能器安裝座斷裂原因分析

引起蓄能器座斷裂故障的原因，是由于機電單元油路板機械設(shè)計上存在一定的缺陷。為此生產(chǎn)廠家針對該問題進行了多批次的改進，但仍未能杜絕。

0AM 變速器的蓄能器安裝在機電單元的內(nèi)部油路板上，該油路板由鋁合金材料壓鑄成形后，再經(jīng)過鉆（各油路孔和螺栓孔等）、攻（小尺寸螺紋）、銑（各主要安裝配合平面）以及磨（擋位推桿活塞內(nèi)孔等）等機械加工而成。筆者通過對發(fā)生斷裂的機電單元進行分析，發(fā)現(xiàn)引發(fā)這個故障的設(shè)計缺陷竟然是多方面的。

（1）溫度

0AM 變速器機電單元的機械部分工作溫度夏天可達30～70℃（冷車行駛），冬季可達-40～60℃（行駛），因此其工作溫差能達到40～100℃甚至更高。這種情況下，蓄能器安裝座的大圓環(huán)形狀鋁合金內(nèi)螺紋薄壁結(jié)構(gòu)，其圓周方向膨脹和收縮量將遠大于與其根部連接的平底結(jié)構(gòu)的脹縮量。這將導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的脹縮應(yīng)力，該應(yīng)力作用于安裝座的桶狀立壁根部與平板底面的交接處，會產(chǎn)生巨大的剪切力，從而導(dǎo)致安裝座從根部發(fā)生斷裂。

（2）振動和沖擊

蓄能器是一個較厚的鋼結(jié)構(gòu)零件，直徑較大，長度較長，由一個罐體和內(nèi)部一個厚重活塞組成，此外還有少量塑膠材料的密封環(huán)。在實際使用中，蓄能器是水平方向安裝在安裝座上的，這樣就導(dǎo)致其一端懸空。在其工作過程中，蓄能器內(nèi)部會充入上百毫升的液壓油，進一步增加了其質(zhì)量。并且蓄能器內(nèi)部活塞也在充放油過程中，從靠近根部一側(cè)到靠近尾部一側(cè)往復(fù)移動，因此蓄能器的重心是在不斷變化的。

另外，車輛在行駛中不可避免會遇到不平坦的路況，造成車輛顛簸振動。而懸空且沉重的蓄能器在振動過程中會對安裝座壁和根部產(chǎn)生較大杠桿力和沖擊力，進而在側(cè)壁與底面連接處產(chǎn)生徑向的扭轉(zhuǎn)力和軸向的拉伸力，從而造成綜合性的破壞作用。

（3）應(yīng)力

由于加工工藝原因，包含蓄能器安裝座的油路板是壓鑄成形的鋁合金整體結(jié)構(gòu)，但其底面、內(nèi)壁、內(nèi)螺紋和端面需要經(jīng)過鉆、銑等切削加工。在各種切削加工過程中，去除了較多的材料結(jié)構(gòu)，特別是桶壁根部與底面連接處。桶壁較深的內(nèi)螺紋，形成了深且銳利的環(huán)槽，不但減薄了壁厚，而且形成了應(yīng)力集中區(qū)。筆者通過對實際故障部件的斷裂情況觀察，也證實了這一點。

（4）壓力

0AM 變速器機電單元是高壓直驅(qū)形式的油路，其工作油壓大于4 MPa，而蓄能器的最高油壓可達6 MPa 以上，因此蓄能器本體采用了厚實的冷沖鋼材料。但是由于機械設(shè)計方面的誤差，這個高工作油壓竟然不完全作用于蓄能器本體，而是同時作用于蓄能器安裝座的底面上。

更為嚴重的是，蓄能器與底面連接處沒有密封環(huán)，導(dǎo)致高油壓直接通過螺紋間隙進入了外壁與蓄能器外殼的接觸面。

簡單估算可知，6 MPa 的油壓將在每平方厘米的面積上產(chǎn)生高達600 N 的壓力。而蓄能器底座面積有幾十平方厘米，而曲折的螺紋面更是增大了桶狀薄壁的承壓面積，導(dǎo)致其承受了幾千甚至上萬牛的內(nèi)壓力。作用于底面的壓力將在蓄能器與底座間產(chǎn)生巨大的軸向反作用力，而作用于外壁的徑向壓力使單薄的圓桶產(chǎn)生了嚴重的外膨脹變形。這2個方向的作用力最終集中于桶壁和底面連接部根部的尖銳螺紋面上，嚴重破壞了底座脆弱的鋁合金結(jié)構(gòu)。

（5）結(jié)構(gòu)

蓄能器安裝座是一種大尺寸、平底、薄壁、中深孔并具有內(nèi)螺紋的圓桶結(jié)構(gòu)，在靠內(nèi)一側(cè)的外壁旁邊，有3 個螺栓孔柱相連，起到一定的加強作用。但在靠外一側(cè)沒有任何輔助支撐和加固結(jié)構(gòu)，僅有一層平均厚度5 mm 左右的鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)。在強大的應(yīng)力作用下，這層薄壁不斷承受各種沖擊、剪切、拉伸、扭轉(zhuǎn)以及脹縮的綜合作用，從而在強度不足的情況下，不可避免地發(fā)生斷裂。

（6）材料

0AM 變速器的機電單元油路板采用的是鋁合金壓鑄制造。鋁合金材料的柔韌性和延展性遠不如壓延工藝制成的純鋁材料，雖然硬度高但是脆性大。在上述各種不利因素的作用下，很容易產(chǎn)生累積性結(jié)構(gòu)破壞，進而超過材料的疲勞強度而發(fā)生斷裂。

研究發(fā)現(xiàn)，上述原因有可能幾種同時并存，并綜合發(fā)生作用，從而導(dǎo)致了0AM 變速器機電單元蓄能器安裝座的斷裂故障。因此維修人員在診斷過程中，需要多方面考慮各種因素，找到產(chǎn)生該故障的真正成因，才能進一步從根本上找出此類故障的解決辦法。