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變速箱實現換擋的機構，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，在項目開發試驗階段出現的D檔無動力輸出問題進行分析并解決。

關鍵詞：變速器 DNR離合器 太陽輪焊合件 焊接 脫落

1 引言

隨著經濟發展，人民生活水平不斷提高，汽車得到了廣泛普及。在汽車產品不斷普及的過程中，人們對汽車乘坐舒適性和質量穩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，其設計的好壞和質量穩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，該機構將發動機的動力傳遞到變速箱下級機構，并實現了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 系統結構及工作原理

2.1 系統結構

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，與輸入軸和主動帶輪軸構成動力傳輸鏈。

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，無動力輸出;

3 失效現象及原因分析

3.1 問題現象

某CVT在項目開發階段，進行低速比耐久試驗時出現變速器掛D檔無動力輸出現象，車輛無法正常行駛，經拆解故障變速器，發現太陽輪座焊合件在焊縫處脫落，失效狀態如圖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計標準。再根據零件圖紙焊縫要求，對生產制造工藝、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生與生產工藝的關聯性。完成生產過程確認后，再次對設計標準進行分析校核，確認設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備進行檢測，發現焊縫總深度滿足圖紙要求，但是焊縫不對稱，導致單側融合深度不足，融合最小處159微米，遠低于設計標準。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，從而出現焊縫不對稱的問題。檢測2零件配合尺寸，發現實際檢測尺寸結果符合圖紙設計尺寸要求，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），發現工裝尺寸實測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徑向竄動，焊接時出現焊縫不對中，從而出現焊縫融合區域不對稱，零件單側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 焊接設備參數確認

調查生產記錄，該零件焊接生產時，焊接工藝已經進行了多輪焊接驗證，焊接參數已經鎖定（如圖7）。使用鎖定參數的設備進行再次焊接驗證，并檢測零件焊接深度尺寸，實際測量發現焊接深度尺寸滿足設計要求。

3.2.5 設計參數確認

檢查圖紙關于太陽輪焊合件焊縫質量相關要求，發現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象，從而出現本次失效情況。所以設計參數不合理，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 生產制造方面質量控制

針對上述焊縫不對稱，導致焊縫深度不足的現象，該問題主要原因為焊接工裝尺寸偏小，導致焊接時出現竄動，焊縫與零件配合縫隙不重合;針對該問題，生產現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竄動問題，從而消除焊縫偏移，導致零件熔融區域不對稱現象。

4.2 圖紙設計參數方面糾正

經前述分析可知，圖紙未對焊縫質量形成完整約束，是造成問題未能及時識別，導致問題發生的主要原因之一。針對該問題，重新修正圖紙焊縫質量的相關要求，增加焊接中心位置、焊縫正面寬度、焊縫背面寬度、焊縫偏移量等相關約束。并修訂焊接質量相關的企業標準，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、焊縫位置及內部質量等均符合圖紙焊縫相關要求（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，發現零件焊縫未出現異常，相關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量問題，該問題嚴重影響客戶體驗，在項目開發階段必須得到圓滿解決。本次故障原因涉及零件結構設計、參數要求、焊接工裝工藝等方面。對于類似問題，在項目前期設計階段就需要使用CAE等軟件進行分析，做好設計校核，對零件相關尺寸進行全面約束。在項目試制階段，應對根據設計要求充分識別零件關鍵控制點，在樣件試制時對生產所使用的工裝進行充分驗證，并對零件關鍵特性制定嚴格的質量控制方案。