離合器接合沖擊導(dǎo)致無級變速器推力鋼帶失效的分析

李良　藍(lán)余永　文敏

摘 要：對一例推力鋼帶失效的無級自動變速器（CVT）進(jìn)行分析，通過工作原理、失效件檢查、失效模式分析、數(shù)據(jù)調(diào)查和故障復(fù)現(xiàn)等方法，確認(rèn)了離合器接合沖擊對推力鋼帶損傷的影響，為CVT推力鋼帶失效分析提供了一種參考方法。

關(guān)鍵詞：無級變速器 金屬帶 推力鋼帶 離合器 沖擊扭矩 失效 斷裂

Analysis the Failure of CVT Pushbelt caused by Clutch Engagement Shock Load

Li Liang， Lan Yuyong， Wen Min

Abstract：This is? a case of Continuously? Variable Transmission（CVT ） failure pushbelt by the ways of? studying the working principle， failed parts inspection， failure mode analysis? ，data investigation and failure recurrence， at late it was confirmed that the clutch engagement impact cause? the damage of pushbelt， it provides a references way for CVT pushbelt? failure analysis.

Key words：Continuously? Variable Transmission， Metal belt， Pushbelt， Clutch， Shock load， Failure

1 引言

在目前乘用車的自動變速器類型中，推力鋼帶式的無級自動變速器（CVT）因其駕乘舒適、節(jié)省燃油、結(jié)構(gòu)相對簡單和經(jīng)濟耐用等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。推力鋼帶是無級變速系統(tǒng)的核心件之一，在CVT的開發(fā)過程中，對推力鋼帶的控制保護尤為重要。下面介紹一例由離合器前進(jìn)檔控制引起沖擊扭矩而導(dǎo)致鋼帶失效的分析，為CVT推力鋼帶的應(yīng)用和問題解決提供一種方法參考。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

無級自動變速器常見的一種布置結(jié)構(gòu)如圖1所示，其扭矩傳動部分主要由液力變矩器（TC）、離合器、無級變速機構(gòu)、齒輪和差速器組件構(gòu)成。離合器為濕式摩擦片和行星輪系構(gòu)成，通過液壓和電控，起到前進(jìn)檔（D檔）、空檔（N檔）和倒檔（R檔）的作用。無級變速機構(gòu)為V形主動槽輪、從動槽輪組件和推力鋼帶構(gòu)成，扭矩主要依靠鋼帶與槽輪錐面的摩擦進(jìn)行傳遞，而摩擦則依靠液壓和油缸對鋼帶和摩擦錐面進(jìn)行夾緊，在傳遞扭矩的同時，通過電液控制改變主動槽輪和從動槽輪的軸向位移，從而改變鋼帶的傳動半徑，實現(xiàn)變速。又因鋼帶可控制停留在錐面的任意位置，所以可實現(xiàn)無級調(diào)速。

離合器D檔N檔結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由輸入軸、摩擦片副、液壓缸和復(fù)位彈簧等組成。通過往液壓缸內(nèi)通入或撤去壓力油，推動摩擦片副接合或分離，從而實現(xiàn)D檔或N檔。

鋼帶結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要由鋼片和左右兩側(cè)鋼環(huán)組構(gòu)成，鋼片的側(cè)面與槽輪錐面摩擦接觸，鋼環(huán)組承受張緊力，按照鋼環(huán)組應(yīng)力分配，左右內(nèi)1#鋼環(huán)（從內(nèi)往外數(shù)第1層）承受的應(yīng)力最大，且與鋼片的鞍面直接接觸，是鋼帶防護中的重點關(guān)注部位。

鋼帶的軸向夾緊力Fc和安全系數(shù)Sf計算公式：

Fc=T.Sf.cosλ/（2.μ.R）=P.A或Sf= P.A.2.μ.R/T.cosλ

T—傳遞的扭矩，Sf—安全系數(shù)，λ—摩擦錐面角度，μ—鋼片與錐面的摩擦系數(shù)，R-夾緊槽輪的工作半徑，P—夾緊油缸壓力，A—夾緊油缸面積。其中，扭矩T扭矩可來自發(fā)動機端或驅(qū)動車輪端，此次分析僅探討扭矩來自發(fā)動機端的。

3 問題來源

在某型號CVT研發(fā)過程中，一臺CVT完成并通過了整車道路測試，在例行拆解時檢查發(fā)現(xiàn)，鋼帶的左1#鋼環(huán)斷裂（如圖4），但未出現(xiàn)整體斷裂和鋼片錐面打滑磨損現(xiàn)象。

4 失效模式和原因分析

4.1 失效模式

對照推力鋼帶失效模式檢查清單（圖5），逐項查找對應(yīng)故障特征，復(fù)查裝機數(shù)據(jù)和液壓閥板測試數(shù)據(jù)，快速排除了明顯無關(guān)聯(lián)的模式ACDEH。將鋼環(huán)放到顯微鏡下觀察，另對鋼環(huán)斷口進(jìn)行疲勞源分析，未發(fā)現(xiàn)有與模式F模式G對應(yīng)的特征。排除后僅剩下失效模式B沖擊扭矩。

鋼帶和錐輪沖擊扭矩失效模式的3個標(biāo)準(zhǔn)特征（圖6a）：

B1-錐面有連續(xù)的清晰的足形印痕;甚至有冷焊材料堆積現(xiàn)象。

B2-鋼環(huán)內(nèi)1#環(huán)上有橫向的線狀壓痕。

B3-鋼片兩側(cè)面有典型三角狀磨痕或壓痕。

和故障件對比（圖6b），對比結(jié)果如表1。

判斷此故障與沖擊扭矩失效模式相似。列出魚骨分析圖，對沖擊扭矩故障原因進(jìn)行展開（圖7）。

4.2 數(shù)據(jù)調(diào)查

按照魚骨圖內(nèi)容逐項檢查，其中發(fā)現(xiàn)，車輛在測試過程中反饋有過該車掛N檔進(jìn)D檔時車輛前后抖動。檢查測試數(shù)據(jù)（圖8），分析工況。

全油門起步，發(fā)動機轉(zhuǎn)速約3700rpm;

N檔掛到D檔，主動轉(zhuǎn)速0.03s內(nèi)從0rpm升高到2300rpm;

此時速比仍維持在ELOW速比，主/從動壓力基本無變化;

換算為TC輸入扭矩約480N.m。

根據(jù)上述安全系數(shù)公式，T=T發(fā)動機輸入扭矩+T沖擊載荷扭矩，額外增加的480N.m沖擊扭矩，使安全系數(shù)Sf小于1.0。沖擊的時間非常短，鋼片未發(fā)生打滑。但瞬時的沖擊扭矩可導(dǎo)致鋼片歪斜偏轉(zhuǎn)，鋼片的鞍面在1#鋼環(huán)上產(chǎn)生壓印痕甚至切斷。檢查魚骨圖中其它項未發(fā)現(xiàn)異常。

4.3 故障復(fù)現(xiàn)和原因確認(rèn)

通過上述排查，認(rèn)為離合器的換擋沖擊關(guān)聯(lián)很大。為了確認(rèn)原因，將此CVT更換新鋼帶后修復(fù)，復(fù)裝到原試驗車，模擬原換檔操作，進(jìn)行專項的換檔測試。測試完成后拆機檢查，錐面鋼環(huán)鋼片表現(xiàn)如圖9。從圖可見，該故障特征與原故障極為相近，認(rèn)為復(fù)現(xiàn)了故障，確認(rèn)了根本原因為離合器接合不當(dāng)，沖擊扭矩致使鋼帶失效。

5 對策和方法

經(jīng)過優(yōu)化檔位識別和離合器接合控制策略，在整車上進(jìn)行復(fù)測驗證，換檔抖動消失，并經(jīng)過多臺樣本測試考核，復(fù)檢錐面鋼片鋼環(huán)均完好無損傷。最終確認(rèn)根本原因和措施對應(yīng)有效。

6 結(jié)語

推力鋼帶失效關(guān)聯(lián)的因素眾多，本文對應(yīng)單一因素，采用對照故障特征快速排查法，可有效縮短分析時間。對于復(fù)合因素的故障模式，也可做一定的參考。