0AM双离合器变速器机电单元蓄能器座断裂故障分析

文：李洪峰、李伟、苏文绪、贾伟红、李俊峰

大众公司是在国内最早推广双离合器变速器的整车厂商，而0AM 7 挡干式双离合器变速器（以下简称0AM 变速器）作为其代表产品，由于其换挡效率高、结构相对简单而广泛应用于大众系列车型上。早期搭载0AM 变速器的车型，因为换挡平顺性等问题遭受很多车主的诟病，但随着技术的进步，0AM变速器的一些不良特性早已经得到了改善，人们对于双离合器变速器的认可度也越来越高。

在对0AM 变速器的故障研究中笔者发现，该变速器机电单元蓄能器座断裂故障，对于维修人员来说诊断排除比较困难。因此笔者结合该变速器的相关结构和控制原理，对0AM 变速器机电单元蓄能器座断裂故障的原因进行综合分析。

1.机电单元蓄能器结构及故障

0A M 变速器的机电单元机械部分（图1），内部有一套完整的高压泵站结构（图2），用于为机电单元液压机构提供高达4～6 MPa 的工作油压。相较于很多传统自动变速器不足1 MPa 的工作油压来说，0AM 变速器属于相当高的工作压力等级。在0AM 变速器的机电单元中，采用了低转速高扭矩的无刷电机和小流量高压力的齿轮泵提供油压。

图1 机电单元总成（机械部分）

图2 机电单元高压泵站结构示意图（部分）

但是由于用油元件工作的间歇性和随机性，很难单纯依靠改变电机转速提供及时稳定的工作油压，并且油泵和电机长时间运行也会导致磨损和发热，严重影响齿轮泵和电机的使用寿命。因此，0AM 变速器机电单元采用了蓄能器，来稳定油压和减少油泵与电机的工作时间。

蓄能器安装座用于连接机电单元的油路板和蓄能器（图3），起到固定和密封作用。但是在0AM 变速器的使用过程中，蓄能器安装座从油路板上断裂的故障是很常见的（图4）。一旦蓄能器座断裂，蓄能器就会漏油，系统油压会急剧降低，导致机电单元失效。离合器推杆也因此无法支撑使2个离合器全部释放，换挡机构无法完成挡位切换，致使车辆无法行驶。

图3 机电单元油路板和蓄能器

图4 0AM 变速器机电单元蓄能器

此外，蓄能器座断裂导致的蓄能器漏油，还会使机电单元的齿轮泵和电机长时间空转发热磨损，甚至机电控制单元也会因为无刷电机驱动电路电流过大而损坏。

2.蓄能器安装座断裂原因分析

引起蓄能器座断裂故障的原因，是由于机电单元油路板机械设计上存在一定的缺陷。为此生产厂家针对该问题进行了多批次的改进，但仍未能杜绝。

0AM 变速器的蓄能器安装在机电单元的内部油路板上，该油路板由铝合金材料压铸成形后，再经过钻（各油路孔和螺栓孔等）、攻（小尺寸螺纹）、铣（各主要安装配合平面）以及磨（挡位推杆活塞内孔等）等机械加工而成。笔者通过对发生断裂的机电单元进行分析，发现引发这个故障的设计缺陷竟然是多方面的。

（1）温度

0AM 变速器机电单元的机械部分工作温度夏天可达30～70℃（冷车行驶），冬季可达-40～60℃（行驶），因此其工作温差能达到40～100℃甚至更高。这种情况下，蓄能器安装座的大圆环形状铝合金内螺纹薄壁结构，其圆周方向膨胀和收缩量将远大于与其根部连接的平底结构的胀缩量。这将导致材料内部产生巨大的胀缩应力，该应力作用于安装座的桶状立壁根部与平板底面的交接处，会产生巨大的剪切力，从而导致安装座从根部发生断裂。

（2）振动和冲击

蓄能器是一个较厚的钢结构零件，直径较大，长度较长，由一个罐体和内部一个厚重活塞组成，此外还有少量塑胶材料的密封环。在实际使用中，蓄能器是水平方向安装在安装座上的，这样就导致其一端悬空。在其工作过程中，蓄能器内部会充入上百毫升的液压油，进一步增加了其质量。并且蓄能器内部活塞也在充放油过程中，从靠近根部一侧到靠近尾部一侧往复移动，因此蓄能器的重心是在不断变化的。

另外，车辆在行驶中不可避免会遇到不平坦的路况，造成车辆颠簸振动。而悬空且沉重的蓄能器在振动过程中会对安装座壁和根部产生较大杠杆力和冲击力，进而在侧壁与底面连接处产生径向的扭转力和轴向的拉伸力，从而造成综合性的破坏作用。

（3）应力

由于加工工艺原因，包含蓄能器安装座的油路板是压铸成形的铝合金整体结构，但其底面、内壁、内螺纹和端面需要经过钻、铣等切削加工。在各种切削加工过程中，去除了较多的材料结构，特别是桶壁根部与底面连接处。桶壁较深的内螺纹，形成了深且锐利的环槽，不但减薄了壁厚，而且形成了应力集中区。笔者通过对实际故障部件的断裂情况观察，也证实了这一点。

（4）压力

0AM 变速器机电单元是高压直驱形式的油路，其工作油压大于4 MPa，而蓄能器的最高油压可达6 MPa 以上，因此蓄能器本体采用了厚实的冷冲钢材料。但是由于机械设计方面的误差，这个高工作油压竟然不完全作用于蓄能器本体，而是同时作用于蓄能器安装座的底面上。

更为严重的是，蓄能器与底面连接处没有密封环，导致高油压直接通过螺纹间隙进入了外壁与蓄能器外壳的接触面。

简单估算可知，6 MPa 的油压将在每平方厘米的面积上产生高达600 N 的压力。而蓄能器底座面积有几十平方厘米，而曲折的螺纹面更是增大了桶状薄壁的承压面积，导致其承受了几千甚至上万牛的内压力。作用于底面的压力将在蓄能器与底座间产生巨大的轴向反作用力，而作用于外壁的径向压力使单薄的圆桶产生了严重的外膨胀变形。这2个方向的作用力最终集中于桶壁和底面连接部根部的尖锐螺纹面上，严重破坏了底座脆弱的铝合金结构。

（5）结构

蓄能器安装座是一种大尺寸、平底、薄壁、中深孔并具有内螺纹的圆桶结构，在靠内一侧的外壁旁边，有3 个螺栓孔柱相连，起到一定的加强作用。但在靠外一侧没有任何辅助支撑和加固结构，仅有一层平均厚度5 mm 左右的铝合金薄壁结构。在强大的应力作用下，这层薄壁不断承受各种冲击、剪切、拉伸、扭转以及胀缩的综合作用，从而在强度不足的情况下，不可避免地发生断裂。

（6）材料

0AM 变速器的机电单元油路板采用的是铝合金压铸制造。铝合金材料的柔韧性和延展性远不如压延工艺制成的纯铝材料，虽然硬度高但是脆性大。在上述各种不利因素的作用下，很容易产生累积性结构破坏，进而超过材料的疲劳强度而发生断裂。

研究发现，上述原因有可能几种同时并存，并综合发生作用，从而导致了0AM 变速器机电单元蓄能器安装座的断裂故障。因此维修人员在诊断过程中，需要多方面考虑各种因素，找到产生该故障的真正成因，才能进一步从根本上找出此类故障的解决办法。