汽車差速器的常見(jiàn)故障分析

陳永麗　苗國(guó)良

摘 要：汽車差速器故障是汽車驅(qū)動(dòng)橋品質(zhì)的主要問(wèn)題之一，也是差速器總成的重要售后問(wèn)題，常常帶來(lái)巨大的市場(chǎng)損失，影響產(chǎn)品的市場(chǎng)美譽(yù)度。文章針對(duì)某汽車產(chǎn)品中差速器總成產(chǎn)品出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，尋找差速器故障產(chǎn)生的原因及解決方案。

關(guān)鍵詞：汽車驅(qū)動(dòng)橋；差速器；十字軸

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）09-0066-03

1 汽車差速器介紹及工作原理

1.1 汽車差速器介紹

汽車驅(qū)動(dòng)橋位于汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的末端，主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。其功用是：

①將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過(guò)主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩。

②通過(guò)主減速器錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。

③通過(guò)差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪的差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。

1.2 工作原理

汽車差速器的工作原理是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)車輪以不同的角速度滾動(dòng)，以保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪與地面間作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。差速器能起差速作用，主要是行星齒輪起了重要作用。行星齒輪有三種運(yùn)動(dòng)方情況，即：公轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)。

兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車輪邊滾動(dòng)，邊滑移；內(nèi)側(cè)車輪邊滾動(dòng)，邊滑轉(zhuǎn)如圖1所示。

①當(dāng)汽車直線行駛時(shí)：兩側(cè)車輪以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則行星齒輪繞半軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即被兩半軸齒輪緊固中央，不能自轉(zhuǎn)，只能公轉(zhuǎn)。

②當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛：內(nèi)側(cè)車輪駛過(guò)的距離短，外側(cè)車輪駛過(guò)的距離長(zhǎng)，此時(shí)內(nèi)輪受到的地面阻力大于外輪受到的地面阻力，行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)，還繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即是自轉(zhuǎn)。因此，兩半軸齒輪就能帶動(dòng)兩側(cè)車輪以不用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 汽車差速器的構(gòu)成

汽車差速器有錐齒輪式和圓柱齒輪式，本文重點(diǎn)講述汽車上廣泛應(yīng)用的對(duì)稱式錐齒輪差速器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。對(duì)稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、十字軸、半軸齒輪和差速器殼等構(gòu)成，裝配關(guān)系為：差速器殼由左殼1和右殼5組成，并用螺栓6緊固。裝合時(shí)，十字軸8的四個(gè)軸頸嵌在差速器殼兩半端面上相應(yīng)的凹槽所形成的孔內(nèi)，差速器殼的剖分面通過(guò)十字軸各軸頸的中心線。每個(gè)軸頸上套著一個(gè)直齒行星齒輪4，它們均與兩個(gè)直齒半軸齒輪3嚙合。而半軸齒輪的軸頸分別支承在差速器殼相應(yīng)的左、右座孔中，并借花鍵與半軸相連。動(dòng)力從主減速器的從動(dòng)錐齒輪依次經(jīng)差速器殼、十字軸、行星齒輪、半軸齒輪及半軸輸出給驅(qū)動(dòng)輪。當(dāng)兩側(cè)車輪以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪繞半軸軸線運(yùn)動(dòng)（即公轉(zhuǎn)）；若兩側(cè)車輪阻力不同，則行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)，還繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)（即自轉(zhuǎn)）。因此，兩半軸齒輪帶動(dòng)兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 汽車差速器常見(jiàn)故障及分析

汽車在行駛中，主要存在以下差速器常見(jiàn)故障。

3.1 差速器損壞

3.1.1 駕駛員對(duì)差速鎖操作不當(dāng)，導(dǎo)致差速器損壞

差速器的作用主要用于汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速行駛，實(shí)現(xiàn)左右車輪的自動(dòng)差速功能，避免磨損輪胎和造成機(jī)械損壞。

當(dāng)汽車單邊車輪駛?cè)牍饣蚰酀袈访娑蚧?，汽車無(wú)法駛出時(shí)，此時(shí)將差速鎖掛合，左右半軸成為一根剛性連接軸，汽車自然會(huì)駛出故障路面。當(dāng)汽車駛出故障路面時(shí)，應(yīng)立即將差速鎖摘除，否則會(huì)產(chǎn)生輪胎嚴(yán)重磨損和打壞差速器的故障。

3.1.2 油位低、油質(zhì)差導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，造成差速器損壞

汽車行駛中，駕駛員未及時(shí)觀察油面孔，造成油位線過(guò)低，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良。有時(shí)因油品價(jià)格問(wèn)題，添加了市場(chǎng)上劣質(zhì)油品，也會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，從而造成差速器損壞。

3.2 差速器中十字軸斷裂

車輛行駛中，有時(shí)會(huì)突然聽(tīng)到響聲，此時(shí)傳動(dòng)軸傳動(dòng)但車輛無(wú)法行駛。經(jīng)拆解主減速器總成，打開(kāi)差速器殼發(fā)現(xiàn)十字軸已發(fā)生斷裂，同時(shí)損壞了差速器殼、主錐齒輪、半軸齒輪、墊片等相關(guān)零件，斷裂圖片如圖3所示。

經(jīng)對(duì)十字軸的斷裂件做理化分析，圖紙要求的材質(zhì)為20 CrMnTi。采用國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3077-1999檢驗(yàn)化學(xué)成份，其C、Si、Mn、Cr、Ti等元素全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

采用QC/T262-1999、JB 8925-2008、GB/T230等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)十字軸的表面硬度、心部硬度、淬硬層深及金相組織進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)個(gè)別斷裂件的心部組織不合格，為中等粗細(xì)板條馬氏體+較多鐵素體（5級(jí)），超出1～4級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)要求，還有淬硬層深超過(guò)0.8～1.2 mm標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。

由此分析，十字軸在滲碳工藝處理中，形成了非馬氏體的組織。非馬氏體組織的存在，降低了十字軸的表面硬度，降低了耐磨性及零件疲勞極限，并且在組織內(nèi)部容易產(chǎn)生細(xì)微裂紋，導(dǎo)致產(chǎn)品斷裂。此外，滲碳層深也容易產(chǎn)生非馬氏體的組織，導(dǎo)致產(chǎn)品有斷裂的隱患。

3.3 差速器不差速

十字軸軸頸磨損失圓、行星齒輪墊片研損等，導(dǎo)致行星齒輪無(wú)法自轉(zhuǎn)，差速器不差速的故障。售后市場(chǎng)最常見(jiàn)的就是十字軸軸頸部位的磨損，造成差速器不工作。

從差速器的工作原理可知，十字軸異常磨損會(huì)引起車輛差速時(shí)異響。主要表現(xiàn)為車輛在轉(zhuǎn)彎、凹凸不平路面或泥濘路等路況行駛，會(huì)聽(tīng)到異響。

因此，在判斷異響是否為十字軸原因引起時(shí)首先向用戶了解清楚車輛是否在差速時(shí)有異響。

若是車輛在轉(zhuǎn)彎、凹凸不平路面或泥濘路等路況行駛時(shí)產(chǎn)生異響，此時(shí)十字軸可能發(fā)生了問(wèn)題。

其故障原因分析見(jiàn)表1。

4 差速器故障的解決方案

4.1 差速器損壞

對(duì)差速器損壞問(wèn)題的正向分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的產(chǎn)生原因是駕駛員對(duì)差速器操作不當(dāng)或齒輪油質(zhì)量差、油位低引起的損壞故障。因此，解決方案是編制驅(qū)動(dòng)后橋的維修保養(yǎng)手冊(cè)，明確差速鎖的正確使用方法，差速鎖操作中的注意事項(xiàng)，差速鎖的檢查方法等。在車輛進(jìn)站保養(yǎng)中，指導(dǎo)駕駛員應(yīng)經(jīng)常檢查主減速器的油面高度，不足時(shí)及時(shí)添加。首次運(yùn)行2 000～4 000 km的強(qiáng)制保養(yǎng)時(shí)應(yīng)更換齒輪油，強(qiáng)保后車輛每運(yùn)行20 000 km應(yīng)更換一次齒輪油。嚴(yán)禁添加市場(chǎng)上劣質(zhì)油品，嚴(yán)格按規(guī)定加油和換油，才能避免差速器的損壞。

4.2 差速器十字軸斷裂

對(duì)差速器十字軸的斷裂件進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)十字軸產(chǎn)品的金相組織和滲碳層深是問(wèn)題發(fā)生的主要原因。經(jīng)討論，采用以下解決方案：

①將十字軸產(chǎn)品的材質(zhì)由20 CrMnTi更改為22 CrMoH，下面做一對(duì)比說(shuō)明，見(jiàn)表2。

由表2可以看出，合金鋼22 CrMoH與20 CrMnTi對(duì)比，在化學(xué)成份、淬透性、有效滲碳層深、非馬氏體組織的厚度等方面，均具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。22C rMoH鋼的淬透性高，在滲碳淬火工藝中更容易滲碳到零件心部，避免心部產(chǎn)生較多的鐵素體，減少非馬氏體組織的厚度，提高零件的疲勞極限。

{2}增加十字軸產(chǎn)品的表面磁粉探傷工藝。

十字軸產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝：

下料→鍛造→正火→拋丸→粗加工→滲碳→精加工→成品

由生產(chǎn)工藝得知，十字軸在鍛造及滲碳工藝時(shí)，容易產(chǎn)生細(xì)微裂紋，影響零件的質(zhì)量，造成斷裂隱患。因此，采用在鍛造和滲碳工藝后增加兩次表面磁粉探傷工藝，杜絕十字軸細(xì)微裂紋件流出。

4.3 差速器十字軸異常磨損

對(duì)差速器十字軸異常磨損的失效件進(jìn)行分析，主要是十字軸軸頸位磨傷和磨痕、發(fā)亮問(wèn)題。對(duì)于軸頸位磨傷問(wèn)題，要求各服務(wù)站指導(dǎo)駕駛員及時(shí)檢查油品質(zhì)量、油位高低，并且更改了十字軸的材料，提高了表面硬度及耐磨性。

對(duì)于軸頸位磨痕、發(fā)亮問(wèn)題，由于十字軸與行星齒輪之間發(fā)生公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，且十字軸與行星齒輪均屬剛性零件，必然會(huì)發(fā)生表面的發(fā)亮現(xiàn)象。因此，在判定十字軸產(chǎn)品是否有異常磨損，不能僅以目測(cè)的發(fā)亮作為依據(jù)，還需依靠外徑千分尺對(duì)四個(gè)軸頸位分別進(jìn)行測(cè)量，記錄磨損后的實(shí)際外徑尺寸，與磨損極限做對(duì)比，從而決定是否需更換十字軸。

根據(jù)表3的十字軸尺寸，需選用25-50/0.01規(guī)格的外徑千分尺進(jìn)行測(cè)量十字軸外徑尺寸，測(cè)量時(shí)需檢測(cè)十字軸每個(gè)軸頸外徑尺寸并記錄數(shù)據(jù)（注意：測(cè)量前需將十字軸軸頸表面擦拭干凈），當(dāng)檢測(cè)尺寸小于十字軸磨損極限時(shí)，則認(rèn)為十字軸已經(jīng)磨損此時(shí)需更換十字軸，當(dāng)檢測(cè)尺寸大于十字軸磨損極限時(shí)，可繼續(xù)使用，無(wú)需更換十字軸。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)汽車后橋差速器做了簡(jiǎn)單介紹，闡述了差速器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成。針對(duì)汽車差速器售后市場(chǎng)常見(jiàn)的故障逐條進(jìn)行了詳細(xì)的原因分析。結(jié)合市場(chǎng)的失效件分析結(jié)果，制定了有效的解決方案，大大減少了市場(chǎng)賠償損失，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

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