驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出問題分析與解決

劉永珍 于春博 武杰 張秀明 楊福強(qiáng) 張孟恩 王強(qiáng) 胡念明

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車技術(shù)研究中心）

驅(qū)動(dòng)軸作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)不可缺少的一部分，為了保證具有較好的動(dòng)力性與操縱性，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)（FF）布置形式，驅(qū)動(dòng)軸必須同時(shí)具有轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)2種功能。對(duì)于轉(zhuǎn)向輪，則要求驅(qū)動(dòng)軸在車輪偏轉(zhuǎn)過程中以相同的角速度不斷地把動(dòng)力從主減速器傳到車輪，等速萬向節(jié)（CVJ）將車輪和驅(qū)動(dòng)軸兩者連接起來，使兩軸以相同的角速度傳遞動(dòng)力[1]。在現(xiàn)代汽車上，獨(dú)立懸架因?yàn)樽陨淼膬?yōu)勢(shì)（更好的舒適性和布置空間）得到了廣泛應(yīng)用，為滿足獨(dú)立懸架上下跳動(dòng)的要求，其驅(qū)動(dòng)軸必須分段，并且需要在靠近差速器處增加一個(gè)軸向滑移型等速萬向節(jié)（以下稱為移動(dòng)節(jié)）。文章以某車型驅(qū)動(dòng)軸跳動(dòng)校核失誤引起的驅(qū)動(dòng)軸失效為例，系統(tǒng)地闡述了驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出問題的分析及解決過程。

1 三銷節(jié)脫出問題描述

汽車市場(chǎng)反饋，某車型陸續(xù)發(fā)生5例左前驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)從移動(dòng)節(jié)脫出問題，行駛里程在400～15 000 km，失效件狀態(tài)，如圖1所示。驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出導(dǎo)致汽車動(dòng)力傳輸失效，造成客戶強(qiáng)烈抱怨，影響公司形象。

圖1 驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出失效件圖

2 三銷節(jié)脫出問題原因分析

依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及過程排查分析，對(duì)失效驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行拆解分析，依據(jù)失效件移動(dòng)節(jié)實(shí)際滑移曲線判斷（拆解過程及結(jié)果，如圖2所示），初步確認(rèn)驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出問題真因?yàn)樵谲囕嗊\(yùn)動(dòng)到下極限同時(shí)方向盤左打死的極限狀態(tài)下，移動(dòng)節(jié)三銷節(jié)中心滑出球籠所致。

圖2 驅(qū)動(dòng)軸失效件內(nèi)球籠拆解結(jié)果

通過對(duì)失效件拆解得知，驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)三銷節(jié)滾輪中心在極限狀態(tài)下距離球籠外邊界1.7 mm，小于設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留的安全余量（5 mm），對(duì)失效狀態(tài)驅(qū)動(dòng)軸車輛數(shù)據(jù)重新進(jìn)行跳動(dòng)校核調(diào)查分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)軸滑移曲線及極限校核分析

經(jīng)校核計(jì)算，僅考慮半軸公差，極限狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)滾輪中心到球籠外邊界距離僅2.2 mm；考慮懸架及動(dòng)力總成公差，車輛下極限右轉(zhuǎn)及下極限左轉(zhuǎn)，三銷節(jié)滾輪中心距離球籠外邊界分別為-1.2 mm與-1 mm，存在脫出風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合拆解結(jié)果及數(shù)據(jù)分析，判定為驅(qū)動(dòng)軸跳動(dòng)校核錯(cuò)誤導(dǎo)致極限工況下驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出。

3 驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)脫出問題整改及驗(yàn)證過程

針對(duì)驅(qū)動(dòng)軸脫出問題的失效原因及機(jī)理，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸重新進(jìn)行跳動(dòng)校核，將左右驅(qū)動(dòng)軸軸桿長(zhǎng)度分別增加7.5 mm和4.5 mm，使移動(dòng)節(jié)三銷節(jié)滑移行程內(nèi)移，確保極限狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)滾輪距離球籠外邊界保留足夠的安全余量（如圖4所示），并針對(duì)更改后驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)整改后效果。

圖4 更改后驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)滑移曲線校核

整改方案確認(rèn)后，針對(duì)更改后樣件進(jìn)行整車臺(tái)架耐久試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果，如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)試驗(yàn)件拆解圖

經(jīng)拆解分析，驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)左半軸向外滑移約12 mm，向內(nèi)滑移約18 mm；右半軸向內(nèi)滑移約12 mm，向外滑移約18 mm；三銷節(jié)滾輪到球籠邊界距離均滿足≥5 mm的安全余量要求，且新狀態(tài)驅(qū)動(dòng)軸未發(fā)生脫出及頂死問題，新狀態(tài)驅(qū)動(dòng)軸滿足設(shè)計(jì)要求[2]。

4 結(jié)論

在驅(qū)動(dòng)軸研發(fā)前期，需要依據(jù)驅(qū)動(dòng)軸滑移曲線對(duì)驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，確保在極限狀態(tài)下三銷節(jié)滾輪中心到球籠外邊界距離均滿足≥5 mm的安全余量要求。試驗(yàn)階段增加了整車試驗(yàn)工況，使驅(qū)動(dòng)軸三銷節(jié)分別處于內(nèi)外極限進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后分析球道磨痕，確保汽車安全性能，防止三銷節(jié)出現(xiàn)脫出和頂死問題，對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)軸前期設(shè)計(jì)與預(yù)防起了關(guān)鍵性作用，避免了由于前期設(shè)計(jì)原因造成的汽車安全隱患以及售后終端及客戶的強(qiáng)烈抱怨，提升了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力及生產(chǎn)商公司形象。