變速器倒擋滑塊脫出問題分析

盤洵

柳州上汽汽車車車車有限公司 廣西柳州 545000

宏光S1車型市場售后反饋變速器倒擋同步器滑塊脫出，整車主要故障表現為倒擋無法掛入。經過對售后數據的篩選分析，故障反饋起始時間為2016年8月，且故障數量較多，對應的變速器生產日期較為集中。考慮到宏光S1車上市時間為2015年8月，而2015年8月至2016年8月這段時間內市場并未出現該故障的投訴，由此可以判定，零件質量變異有著不可忽略的因素。在對零件質量進行嚴格控制以后，故障比例已有明顯下降，但是依然不能完全杜絕。相對于宏光S搭載的SC16M5C型號變速器從未出現過該故障模式，通過對相關零件設計對比，兩者存在一定的差異。所以，必須從零件質量和零件設計兩個方面對該故障進行分析。

問題分析

1.故障總成倒擋掛不進直接原因

手動掛擋檢查，故障變速器無法掛進倒擋。拆解發現一個五倒擋同步器滑塊往倒擋側脫出滑塊槽，齒套無法下行，導致無法掛入倒擋，如圖1所示。

圖1 正常同步器與故障件

根據同步器工作原理，能引起滑塊脫出的相關零件并不多，只有兩種：同步器總成和同步器滑塊總成。其中以同步器的偏擺量、同步器齒套花鍵及梅角和滑塊鋼球自由高度等尺寸為主要檢查對象。

2.故障總成相關零件外觀表現及測量

觀察同步器齒套，發現對應滑塊掉出位置的齒套小徑梅角處有異常塌陷，且花鍵上有明顯車刀紋；在擠齒梅角處有倒角（產品圖樣上無倒角要求），如圖2所示。經對零件尺寸檢測，發現以下三點異常。

圖2 梅角處有明顯塌陷（車刀紋和倒角）

1）五倒擋同步器總成偏擺量不合格，要求0.3～1.1mm，實測1.14～1.25mm。

2）齒套內花鍵內孔尺寸要求78mm±0.1mm，實際尺寸為78.02+0.067×2=78.154mm。

3）齒套齒頂端有倒角0.391mm，塌陷1.420mm，因此，鋼球處于塌陷處。

3.故障總成倒擋掛不進根本原因

通過對尺寸鏈進行核算得出，梅角對滑塊鋼球的最小覆蓋長度為1.2mm。同步器掛入五擋后，齒套梅角壓住滑塊鋼球，不讓其跑出；若梅角凹陷或有倒角，鋼球與梅角接觸面積變小，在偏擺量存在的情況下，滑塊受掛擋力影響導致鋼球極易脫出（見圖3）。

圖3 同步器齒套和滑塊匹配原理

（1）同步器偏擺量不合格分析 拉刀的M值參數設定與齒轂M值匹配不兼容（一拉M值為73.20～73.26mm；二拉M值為73.24～73.30mm），偏擺量不合格齒套M值均處在上偏差位置，即73.26～73.28mm（要求73.169～73.319mm），導致齒套齒轂選配時同步器偏擺量合格率低。員工未按作業指導書操作，在檢測偏擺量時只檢測1～2點（作業指導書規定測量3點，3點均要求在0.3～1.1mm，三點偏擺量測量值的極差不能超過0.2mm），導致不合格品的流出。

（2）齒套梅角倒角產生原因 為了在一拉花鍵工序的拉刀有導向作用，因此在精坯精車1工序設計上有0.3×45°的車倒角。由于倒角尺寸為未注公差（未注要求范圍為±0.2mm），后續車一端面，倒斜角工位，倒角尺寸偏大的零件不能完全被去除，所以齒套成品零件中倒角有大有小，或沒有倒角，如圖4所示。

圖4 齒套花鍵梅角處倒角起導向作用

（3）花鍵擠齒處塌陷和殘留車刀紋原因 擠齒工序會引起金屬往外圓及端面流向（端面方向有設備壓頭壓力，所以零件擠齒處只往外圓方向撐開），進而引起內圓尺寸變大形成塌陷輪廓；二拉工序拉刀未能將精車1工序的車刀紋路全部拉去，如圖5所示。

圖5 齒套車刀紋和塌陷

4.設計方面存在的缺陷

（1）與宏光S對應相關零件結構對比 經對宏光S和宏光S1兩種型號變速器五倒擋同步器結構對比發現，掛上五擋后，S1型五擋滑塊與齒轂存在間隙，滑塊有往下掉的風險。而S型五擋滑塊在掛五擋時始終與齒轂滑塊槽靠平接觸，滑塊被限位，無往下掉的可能。兩種型號齒轂滑塊槽臺階高度圖樣要求對比，S1：mm，S：mm，如圖6所示。

圖6 齒轂滑塊槽臺階高度對比

（2）設計尺寸核算 滑塊外圓頂到齒套花鍵頂死狀態，判斷滑塊是否越過擋邊，即B是否大于0，如圖7所示。

圖7 滑塊在離心力作用下徑向被壓縮，越過擋邊逃出的風險

當滑塊在離心力作用下，滑塊與齒轂擋邊的接觸重合區域B=0.722mm。考慮注塑件圓角0.3mm、齒榖圓角0.3mm，重合區域0.122mm，高速運轉時，滑塊稍微傾斜，即有脫出風險,見表1。

表1 滑塊與齒轂各部位尺寸 （單位：mm）

優化措施

（1）針對偏擺量不合格 重新修磨拉刀，將一拉刀M值由原來的73.20～73.26mm改為73.15～73.21mm；二拉刀M值由原來的73.24～73.30m m改為73.19～73.25mm。

（2）針對花鍵擠齒處有倒角 修改精車1和精車2作業指導書，通過控制車削余量將原來精車1、精車2內圓倒角0.3mm改為最大0.2mm，可通過車端面倒斜角工序將0.2mm的倒角車去。

（3）針對花鍵車刀紋和塌陷措施 修改精車1內孔尺寸，將原來φ77.75～φ77.80mm改為φ77.60～φ77.65m m，將夾緊壓力由原來的0.15M P a改為0.12MPa；修改拉刀導向位置尺寸，將拉刀導向位置尺寸由原來φ77.70mm改為φ77.60mm。如圖8所示。

圖8 拉刀優化位置示意

（4）設計方面上的風險優化措施 更改滑塊彈簧力設計，彈簧力加大，160N以內彈簧不會被壓縮到極限；同步器齒轂滑塊槽臺階加高1mm。取消滑塊拔模斜度，并增大滑塊小徑以增加滑塊底邊厚度（見圖9）。

圖9 滑塊取消拔模斜度

結語

經對故障模式進行全面的分析發現，故障原因既有零件尺寸不合格因素，同時在設計上也存在風險。零件質量表現一直是大多數企業質量損失來源，因此我們不能放松對供應商零件質量的關注。另外，企業在優化開發階段，應該積極汲取市場表現良好的產品作為設計經驗，并注重優化設計給零件和結構相互兼容帶來的影響。