某DCT變速器結合齒斷齒問題淺析

崔東偉　李本軍

摘 要：就某DCT變速器臺架混合耐久試驗中出現的齒輪結合齒斷齒問題，對其硬化層深度、齒根硬度、裂紋形貌等進行分析，得出焊接深度及焊接方法為結合齒斷齒的根本原因。關鍵詞：結合齒;硬化層深度;焊接深度;焊接方法中圖分類號：U463.212 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-149-03

Abstract：?Based on the analysis of the hardening layer depth， the tooth root hardness， the crack morphology of the broken teeth in the mixed durability test， it is concluded that the welding depth and the welding method are the root causes of the engagement ring broken teeth.Keywords： Engagement ring; Hardening layer depth; Welding depth; Welding methodCLC NO.： U463.212 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）11-149-03

前言

結合齒在變速器齒輪中主要作用為換擋時平穩傳遞扭矩、輸出動力，若結合齒失效，輕則會引起換擋困難，重者會產生動力中斷，給駕駛人員帶來極大的安全隱患。目前，大多數汽車變速器齒輪采用結合齒與齒體分別加工后焊接在一起的方式生產[1-2]。為了獲得良好的機械性能，一般的結合齒與齒體采用壓裝一起后熱處理的方式加工。但是有一部分齒體由于受結構限制，需要結合齒與齒體分別熱處理及其他精加工完成后，再焊接在一起的方式，若焊接工藝不合理，極易使結合齒齒根硬度降低，造成結合齒提前失效。本文就某變速器臺架混合耐久試驗中出現的齒輪結合齒斷齒問題，通過對其硬化層深度、齒面硬度、齒根硬度、裂紋宏貌等進行分析，通過結合齒焊接前后硬度測量對比，最終找出結合齒斷齒的根本原因并通過工藝優化有效解決了斷齒問題，為開發人員提供此類問題的解決思路。

1?背景描述

某DCT變速器混合耐久試驗546h出現換擋報警，拆機檢查發現七擋從動齒輪結合齒斷齒（圖1）。七擋齒輪包含結合齒與齒體，其生產工藝路線如表1。結合齒材料為16Mn Cr5，滲碳淬火，有效硬化層深度0.4-0.7mm至硬度550HV1處，表面硬度700HV min，心部硬度35～48HRC。

2 結合齒齒根硬度檢測

經對失效件心部硬度檢測，心部硬度為HRC38.4，符合設計要求。

各斷齒間齒根位置表面硬度檢測（圖2），檢測結果均小于設計值，結果如表2所示。

3?硬化層檢驗

在失效件的齒部切取試樣并制樣后，在顯微鏡下觀察試樣未見氣孔、夾雜等冶金缺陷。

檢測失效件的硬化層深度為0.26mm（至550HV1），遠小于設計值0.4-0.7mm，如表3。

4 裂紋形貌

對失效件斷齒部位觀察和分析，零件斷裂屬于疲勞斷裂，斷裂起始位置從齒根（紅色箭頭方向）沿內部（紅色波浪曲線）呈振蕩破壞造成疲勞性斷裂。該斷裂面可分三個區域：疲勞源區、穩定擴散區、快速斷裂區（圖4）。

斷裂起始位置位于受力側圓角底部（紅色箭頭所示），疲勞源區較光滑平整，無肉眼可見冶金缺陷，說明此區域加工較理想。穩定擴展區面積較大，大部分區域表面光滑，隱約可見少量疲勞弧線;快速斷裂區所占面積較小，表面粗糙。

5 原因分析及改進措施

5.1 原因分析

根據失效件檢測結果可知：失效件硬化層深度、齒根硬度不合格是引起斷齒的主要原因。影響硬化層深度、齒根硬度的工序主要有兩個：1）結合齒熱處理工序;2）結合齒與齒體焊接工序。為進一步確認根本原因，對同批次件結合齒熱處理后（焊接前）及焊接后進行硬化層深度、齒根硬度檢測，檢測結果如表4。

通過上述測量結果可知，焊接前后結合齒硬化層深度、齒根硬度下降明顯，結合齒與齒體焊接工序是造成結合齒硬化層深度、硬度降低的根本原因。

5.2 改進措施及驗證效果

通過進一步確認，由于結合齒齒根離焊接位置只有3mm（圖4），當離子束焊接時，熱量比較大，焊接的熱影響區會傳遞到結合齒齒根處，從而造成齒根強度降低。優化措施如下：

1）優化焊接深度、焊接寬度、堆高等工藝參數;

2）改變焊接方法，將離子束焊接更改為激光焊接。

優化后對結合齒齒根硬度、硬化層深度測量，結果如表5：

通過新樣件裝機驗證，順利通過了臺架混合耐久試驗。

6 結束語

七擋從動齒輪采用齒體與結合齒焊接一體工藝，因結構空間限制，實際生產加工中焊縫工藝參數設定不合理同時焊接方法選取不當極易引起結合齒齒根硬度降低，從而造成混合耐久試驗中斷齒。通過優化工藝參數、更改焊接方法，有效解決了七擋齒輪結合齒斷齒問題。

參考文獻

[1] 芩韓，覃偉欽，變速器齒輪焊接失效分析[J].裝備制造技術，2015，03?（3）：56-57.

[2] 駱靜，汽車變速器結合齒精密成形及模具關鍵技術研究[D].重慶：重慶理工大學，2012.