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產品進行了廣泛的開發。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。但由于現有變速器多與普通內燃機進行匹配，配有離合器及分離裝置，而純電動動力系統所匹配的變速器不需要離合器及分離裝置，故需重新開發連接裝置以實現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生，已在福建及遼寧出現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

研究后首先發現，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節可能導致此現象的原因，歸結如下：

通過對該批次八檔變速器主箱中間軸分析，發現在前期生產中存在包括軸類零件的問題如下：

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

（2）熱處理變形不穩定：工藝參數及零件掛裝方式需優化；返修零件會造成異常變形。

（3）產品結構設計及熱處理技術要求需優化：卡簧槽處和應力集中點容易斷裂；心部硬度過高，零件易壓斷或校不直。

（4）校直設備保養及維修不到位：國產校直機頂尖、壓頭磨損，影響測量準確性；個別設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、熟練的調整機床程序。

（6）現有國產校直機噸位不能完全滿足產品的加工要求：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 設計優化

（1）中間軸去掉兩處卡環槽，如下圖所示：

圖8 設計更改前

圖9 設計更改后

如圖所示，去掉卡環槽的作用在于：取消軸體上的2 個卡環槽，縮短加工時間和簡化加工步驟的同時，可以分散應力作用，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：設計將副箱主軸零件心部硬度更改為30-40HRC，經過靜扭實驗，主軸心部硬度辦理偏離到28-40HRC，近段時間，校直比較穩定。

4.2 工藝完善

針對以上零件的校直規范：明確校直壓點、支撐點、測量點位置。

（1）優化機床壓力、位移量、增量等機床參數并固化。

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

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，以0.04 次數最多，說明實施調整之后，初始跳動量穩定，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，減少了熱應力的影響。

3）返修件的通報

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

4）校直機的維護、保養

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

5）校直人員技能培訓

廠家技術人員對車間相關操作人員和技術員進行培訓，工研所工程師對現場工人進行內部培訓。

6）校不直零件處理

為減少損失，采取熱校，在生產間隙集中處理。

通過以上措施的陸續執行，對該時期生產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定，且零件心部硬度為34HRC 左右，根據加工記錄，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，校直比較穩定。

5 總結

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