變速箱鋁合金后蓋開裂故障原因探查及整改

趙娜 梁豪

摘 要：本文針對某主機廠反饋多起某變速箱鋁合金后蓋殼體開裂故障，進行了有限元計算及靜扭臺架試驗，結果均顯示殼體安全。為了進一步探查故障產生的原因，進行了不同車型不同懸置方式的整車路試，確定低速行駛過程中猛的掛倒檔這種誤操作產生的沖擊是導致殼體開裂的主要原因，懸置選擇不合理是殼體開裂的次要原因，同時對該殼體進行了改進，有限元計算結果顯示，改進效果非常明顯。

關鍵詞：后蓋;故障;路試;改進;有限元計算

中圖分類號：U463.212 文獻標識碼：A

0 引言

隨著主機廠對于整車振動、噪音等要求的不斷提升以及國六發動機的普及，越來越多的主機廠將主懸置布置在變速箱后蓋殼體或變速箱殼體上，在實際匹配時，整車廠沒有對懸置經過系統性的分析與研究，造成了變速箱各個殼體開裂的故障，嚴重影響公司的口碑。本文通過對變速箱懸置后蓋開裂的研究，為以后的變速箱懸置殼體開裂研究提供方向和數據積累。

1 問題現象

成都大運反饋多起某變速箱鋁合金后蓋殼體裂紋漏油故障，均為云內D25發動機、一體式懸置。其中杭州4起、其它地區6起，散發故障。具體部位如下圖所示：

2 原因分析

故障后蓋非同一批次，排除質量問題。靜扭計算顯示后蓋在掛前進檔和倒檔時均安全，靜扭實驗顯示在扭矩持續加載至1 160 Nm時，殼體并未產生裂紋，完好。

為了進一步控查故障原因，進行整車各工況路試，并對比懸置方式對后蓋應變的影響，測試車型如表1所示。

2.1 測試車型

路試能更好的反映整車配置對后蓋開裂位置應力的影響，通過試驗分別測試四種工況（表1），排查出實際整車工作時最為惡劣的工況。對同車不同懸置情況進行整車測試，對比懸置方式不同，對后蓋開裂位置應變和振動的影響。

三種車型正常前進檔和倒檔行駛時，應變都很小。A車在前進檔時，振動大于B車和C車，這是因為整體式懸置對于變速箱的約束略弱于分體式懸置。在低速行進中由一檔快速掛倒檔時產生瞬間沖擊力，應變突增，A車應變增至4 153，這種誤操作工況最為惡劣，是后蓋開裂的主要原因。

同等工況下，C車變速器后蓋應變和振動均明顯小于A車，誤操作工況應變降幅達70%以上，明顯優于整體式懸置，懸置選擇不合理是后蓋開裂的次要原因。

將懸置更改為分體式，后蓋應變1 202（應力約75 MPa，安全系數2.9），殼體安全。分體式懸置在沖擊發生時，能更好的約束變速箱6個方向的自由度，進而會大幅降低故障率，測試結果顯示，應變非常小，理論上不會再發生殼體斷裂故障。

3 解決/改進措施

（1）對客戶進行規范操作培訓，盡量避免車輛在低速行進中由一檔快速掛倒擋。

（2）將聯同新車型一起，將故障車型懸置全部換成分體式。

（3）應主機廠要求對該殼體開裂部位進行加強改進，改進前后三維如下圖所示：

由于改進之前的三維的出模限制，不好在原基礎上加筋，因此，將殼體破裂位置的平面上抬，與螺栓孔位置齊平，在背面加環形筋，并將殼體外側螺栓孔附近整體拉平，這樣，殼體破裂處應力集中的位置會大幅減少。相應殼體上的應力也會大幅減少，進而殼體的故障率會進一步下降。

對后蓋改進前后進行計算。改進前掛倒檔時，后蓋殼體開裂部位的最大主應力在筋的附近，111 MPa，改進后掛倒擋殼體正面開裂部位的最大主應力不超過23 MPa，反面不超過10 MPa。殼體的最大主應力明顯小于改進前，改進是有效的。

改進前掛一檔時，后蓋殼體開裂部位的最大主應力為126 MPa，改進后掛倒擋的最大主應力為26 MPa，反面不超過10 MPa。殼體的最大主應力明顯小于改進前，因此，改進是有效的。

結論：改進后后蓋破裂位置在掛一檔和倒檔時，應力顯著下降，改進效果明顯。

4 結束語

本文針對用戶反饋的某變速箱殼體開裂故障利用應變和振動測試的方法在不同車型之間對比，找出故障產生的原因，對主機廠提出改進建議，并且同時這對故障產生部位進一步加強，使安全系數發幅度提升。目前該主機廠將新開發車型及故障車型的懸置全部切換為分體式;改進后殼體在小批量驗證后全部切換并向其他主機廠推廣。

參考文獻：

[1]陳家瑞，馬天飛.汽車構造[M].人民交通出版社，2006.

[2]徐志生.汽車理論[M].機械工業出版社，2009.