汽车变速箱输出轴断裂失效及改进研究

葛晶

摘 要：汽车变速箱输出轴是变速箱与传动轴联动的重要构件，输出轴发生断裂，传动轴将很难受到驱动作用、传动比调整作用，导致汽车运行出现故障，有必要重视汽车变速箱输出轴断裂失效分析，认为可以在理化检验的基础上，对输出轴失效问题进行综合探讨，随之，为有效避免变速箱输出轴断裂，归纳改进措施。

关键词：变速箱 输出轴断裂 失效分析 改进措施

1 引言

失效分析是输出轴失去效用的原因进行综合分析，运用理化检验的形式，可以较为客观的收集输出轴断裂面信息、组成成分、硬度数据等，辅助断裂性质、原因的归纳，透过失效分析，可以根据所得断裂数据指导输出轴的质量、性能、成分改进工作，有效避免输出轴再度发生断裂现象，对公司产品质量增强存在积极意义。

2 变速箱输出轴理化检验方案

变速箱输出轴理化检验内容包括宏观痕迹检测、微观痕迹检测、化学成分分析、金相检验、硬度检验、氢含量检验，一般可以较为全面的把握输出轴断裂面信息，辅助断裂原因、性质分析工作。从宏观痕迹检测来看，检验人员可以凭借直观观察及工作手册、维修经验，对断裂面形貌进行观察，可以了解输出轴是否存在异常机床加工、磕碰磨损、有无明显形变，从微观痕迹检测来看，检验人员可以运用扫描电子显微镜对断裂处进行扫描，观察是否存在塑性变形、表面是否存在疏松、杂质较多等状况，同时分析裂纹起点、裂纹形貌等，从化学成分分析来看，对检测输出轴取样，分析输出轴化学成分，了解输出轴与其标识的规格是否吻合，是否存在假冒伪劣现象，从金相检验的角度来看，金相检验可以了解输出轴的金相组织特点，基本流程是先从输出轴上取样、抛光、4%硝酸酒精溶液侵蚀，对样品进行显微观察，把握金相组织是马氏体、奥氏体，亦或者是其他，从硬度检验来看，硬度是材料基础性能指标之一，进行硬度检验，取得硬度阶梯分布、硬度数值等数据，了解变速箱输出轴是否是因为硬度不足导致断裂，从氢含量检验来看，氢含量检验数据可以作为氢脆的判断依据，测试氢含量时，先取样，后运用低浓度酒精溶液降温至50℃以下，再运用四氯化碳清洗样品，最后用氢含量检测仪，了解样品表面氢含量、心部氢含量[1]。

3 变速箱输出轴断裂常见原因

变速箱输出轴断裂主要是输出轴存在明显磕碰、加工工艺不达标、选材质量不合格等原因。从磕碰的角度来看，变速箱输出轴磕碰可以通过痕迹检测的方式，把握断裂处是否存在明显缺陷，输出轴存在缺陷时，会在扭力等作用下，造成裂纹拓展延伸，最终发生断裂，因而，有必要在生产、运输、安装等过程中，避免器件发生严重的磕碰、磨损，从加工工艺来看，回火工艺、脱氢处理、机床成型等流程不符合标准，也会残留应力，延伸应力形变，也可以是在氢含量不达标下，形成氢脆，机床成型效果差，导致器件加工面存在异常，也可能会造成变速箱输出轴发生断裂现象，从选材质量来看，选材质量直接影响到输出轴质量上限，在变速箱输出轴质量无法达到既定标准的状况下，变速箱很难支撑扭力、转速比调整，导致输出轴承担负荷过大出现断裂情况，因而，充分重视选材质量，同样可以规避传输轴断裂的状况[2]。

4 变速箱输出轴断改进措施

4.1 重视变速箱输出轴原料质量

变速箱输出轴材料质量可以直接影响到输出轴强度上限、抗应力形变能力上限，考虑到输出轴在车辆运行中的重要性，有必要在抉择变速箱输出轴时，高度重视输出轴原料质量。从生产资质角度来看，生产输出轴之前，应当对毛胚件提供厂商的生产资质充分考核，防止取得的原料强度、韧性、切削性能等不负荷既定要求或不符合标准，导致输出轴本身材质存在质量缺陷，影响到输出轴工作稳定性、工作性能，从质量检验的角度来看，应当在厂家提供的毛胚件到货后，运用金相检验等方式，抽检毛胚件，确保质量合格下，方能入库保存，或运用生产加工过程中。

例如，以20CrMnTi钢作为毛胚时，应当根据20CrMnTi钢的执行标准、企业信用、市场交易、样品质量等，对毛胚提供厂商的生产资质进行综合评价，以此为基础，确保毛胚件质量，避免对后续输出轴生产活动造成负面影响，另外，厂商到货至入库保存之间，采购方还要对毛胚件的金相组织、强度、可加工性能等参数进行技术检验，确保无误后，方能入库并进入到生产加工活动中。

4.2 重视变速箱输出轴加工工艺

变速箱输出轴加工工艺主要包括回火工艺、机床加工工艺、脱氢处理工艺等，旨在消除毛胚件内应力，加强毛胚件韧性、强度、可加工性能，并在机床加工下，最终成型。首先应当重视工艺改进，针对输出轴性能需求，尽可能的消除工件的氢含量，有效规避氢脆等现象的产生，其次，重视技术规程编制及设备及时更新，贴合生产技术进步下，强化生产能力，整体改善生产工艺水准，保障传输轴生产质量，最后，针对生产流程中可能存在的缺陷，或导致工件加工质量的风险进行披露，审视生产工艺是否有必要进行改善，或在风险生产风险下，编制风险规避方案，在生产环节出现差错时，可以及时纠正，或采取止损手段[3]。

例如，传输轴生产流程中，一般需要先对将毛胚件锻造成型，然后正火处理，尽可能的降低工件的内应力，随之进行调质处理，最后粗加工、精加工工件，在此流程之间，还需要运用去毛刺、清洗、冷却、保温等一系列工序，具体运用可以根据品控要求、性能要求，改善生产工艺，为保障生产工艺能发挥效用，应当重视配套设备、技术手册、风险规避方案制定，以此充分确保传输轴生产质量。

4.3 重视变速箱输出轴生產质量

变速箱输出轴生产质量与设备、人员、制度规范等存在关联。从生产设备角度来看，应当对氢含量测试仪精度、机床加工精度、温控精度、量尺精度等高度重视，推进精细化加工的同时，保障输出轴生产质量，另外，需要根据生产设备重要程度、精准度要求、性能稳定性，拟定检修维护计划，除了可以及时响应设备故障之外，还可以定期披露设备运作健康状态下，了解设备运作质量、性能，便于识别质量、安全风险，从生产人员来看，应当重视人员培训、企业文化渗透，应当根据传输轴质检手段、生产流程、设备操作方法编制技术手册，帮助职员适应传输轴生产活动，企业文化中的安全生产、高效生产、质检严谨等理念，可以改善职员工作态度，规制主观偏差风险，确保传输轴生产质量，从制度规范来看，生产厂商应当重视绩效考核制度、奖惩制度、责任及任务分配机制等拟定，以此激励、约束职员行为，客观约束员工主观偏差风险，确保变速箱输出轴生产质量。

例如，生产输出轴时，运用标准氢含量件校准氢含量精准度，就可以更加精准的披露工件的氢含量，可以确定脱氢工艺执行的必要性、保温脱氢时间，还可以对脱氢工艺后的工件的氢含量进行精准测定，判断脱氢工艺效果，重视人员培训，操作氢含量测试仪时，数值记录偏差风险可以得到约束，尤其是操作人员在惩罚制度约束下，会更加认真对待本职工作，保障变速箱输出轴生产质量。

4.4 重视变速箱输出轴与工作环境的适宜性

变速箱输出轴发生断裂除了本身内在质量缺陷下，疲劳断裂，或工作环境超出输出轴负荷极限的状况同样较多，因而，设计变速箱时，应当输出轴性能需求、寿命期限需求、工作稳定性需求高度重视，根据变速箱本身实际状况，抉择相适宜的输出轴，可以降低输出轴突然断裂概率，保障行车安全。

例如，家用轿车在动力方面的需求相对较低，对运行稳定性较高，在设计变速箱时，可侧重输出轴性能稳定性，采购输出轴时，重视品控强、寿命期限长、性能衰减幅度低等参数，一般能在增强变速箱输出轴与工作环境的适宜性上，强化输出轴运用效能。

4.5 重视变速箱输出轴安装前质量检验

变速箱输出轴安装前质量检验可以进一步的保障传输轴的使用安全，保障输出轴运用效能。变速器组装厂商可以从理化检验的角度，针对输出轴样品的外观形貌、化学成分、金相组织、氢含量等数值进行测检，在质量合格下，方能用于变速器安装，反之，应当对同批次样品继续抽检，合格率较差下，进行退货，另外，还可以进行模拟测试，模仿变速器工作环境下，观察输出轴在扭力负荷等状况下运作质量，若出现裂纹、断裂、齿轮啮合不佳等情况，应谨慎对待同批次输出轴。

例如，输出轴初步通过外观形貌、化学成分、金相组织、氢含量等环节测试后，一般可以说明输出轴本身质量较佳，考虑到质检活动的全面深入，还可以运用模拟测试形式，进行二次质检，发现齿轮啮合、运作噪音、断裂痕迹等处于理想状况下，可以进一步佐证变速箱輸出轴质量较佳。

5 结语

变速箱输出轴理化检验内容包括宏观痕迹检测、微观痕迹检测、化学成分分析、金相检验、硬度检验、氢含量检验，一般可以较为全面的展开失效分析，另外，在确保传输轴质量上，可以从原料质量、生产工艺、生产质量、与工作环境适宜性、安装前质检五方面落实。

参考文献：

[1]杨永刚，陈德鑫，李松松，等.汽车变速器输出轴齿座限位花键轴向断裂失效分析与试验研究[J].汽车技术，2017，000（007）：16-19.

[2]银俊鹰，赵勇桃.汽车变速箱齿轮轴断裂失效分析研究[J]. 铸造技术，2018，039（010）：2398-2400.

[3]周洪涛，崔兰芳，李洪，等.汽车变速箱输出轴断裂失效分析[J].期刊论文， 2016，52（2）.