取力器漏油實(shí)例解析

朱建波，徐文玲，何凱欣，董松梅，郭杰亮

（廣州汽車(chē)集團(tuán)乘用車(chē)有限公司技術(shù)中心，廣東 廣州 511434）

取力器漏油實(shí)例解析

朱建波，徐文玲，何凱欣，董松梅，郭杰亮

（廣州汽車(chē)集團(tuán)乘用車(chē)有限公司技術(shù)中心，廣東 廣州 511434）

取力器作為四驅(qū)車(chē)型中的主要零部件之一，在四驅(qū)汽車(chē)行駛過(guò)程中作為主要的動(dòng)力輸出單元，其與變速箱總成進(jìn)行對(duì)接，主動(dòng)齒輪裝配在前橋差速器殼體上，被動(dòng)齒輪縱向布置，通過(guò)法蘭與傳動(dòng)軸連接，將變速箱中動(dòng)力取出并傳遞以滿足整車(chē)的四驅(qū)要求。隨著四驅(qū)車(chē)型在市場(chǎng)上越來(lái)越多，取力器總成的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用也越來(lái)越受到了關(guān)注，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，而其漏油問(wèn)題是四驅(qū)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中較為常見(jiàn)的問(wèn)題之一。文章通過(guò)對(duì)取力器總成漏油問(wèn)題進(jìn)行實(shí)例解析，并從零部件的強(qiáng)度分析、單品臺(tái)架試驗(yàn)及整車(chē)路譜采集等措施進(jìn)行了驗(yàn)證，最終通過(guò)方案的對(duì)比明確了對(duì)策。文章探討了取力器總成漏油的原因和解決方案，為解決此類(lèi)問(wèn)題提供了一個(gè)較為明確的思路和方向。

四驅(qū)車(chē)型；取力器總成；漏油

CLC NO.:U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-161-03

引言

近年來(lái)隨著人們生活水平的日益提高，汽車(chē)已逐漸變成了大眾化的商品，隨著大家對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性和越野性能認(rèn)識(shí)及要求越來(lái)越高，四驅(qū)車(chē)型也越來(lái)越受到大家青睞。取力器總成作為四驅(qū)系統(tǒng)車(chē)型中核心部件之一，各汽車(chē)廠家也開(kāi)始花費(fèi)越來(lái)越多的精力去研究和匹配取力器總成，提高汽車(chē)品牌影響力和四驅(qū)車(chē)型市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。下面就某公司一款四驅(qū)SUV車(chē)型取力器總成整車(chē)耐久時(shí)出現(xiàn)漏油的問(wèn)題進(jìn)行解析。

1 四驅(qū)系統(tǒng)及取力器總成簡(jiǎn)介

四驅(qū)系統(tǒng)是四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱（僅限四輪車(chē)輛的四驅(qū)系統(tǒng)，不包括6×4、8×4等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)），是一種復(fù)雜的全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有別于常見(jiàn)的前驅(qū)系統(tǒng)和后驅(qū)系統(tǒng)。四驅(qū)系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)性強(qiáng)，例如人們最熟悉的北京吉普4×4四驅(qū)越野車(chē)型，可以輕松行駛于崎嶇不平的山路上。四驅(qū)系統(tǒng)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在既要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候使四個(gè)輪子都有驅(qū)動(dòng)力，又要在較高速度行駛時(shí)使它們能夠相對(duì)獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)，避免在轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)前后輪的干涉，引發(fā)安全問(wèn)題。四驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)性強(qiáng)、加速性能好及操控性能好，其加速性能優(yōu)于兩驅(qū)車(chē)輛，因?yàn)樗膫€(gè)輪子都是驅(qū)動(dòng)輪，可以充分利用輪胎與地面的附著力。同時(shí)由于四輪驅(qū)動(dòng)的良好循跡性，四驅(qū)車(chē)輛的操控性和高速過(guò)彎能力非常好，所以越來(lái)越多的、轎車(chē)和SUV也越來(lái)越多的使用四驅(qū)系統(tǒng)。

四驅(qū)系統(tǒng)按照作用方式可以分為分時(shí)四驅(qū)、適時(shí)四驅(qū)和全時(shí)四驅(qū)。適時(shí)四驅(qū)只有在特殊的情況下車(chē)輛才是四輪驅(qū)動(dòng)，而正常情況下則靠前輪或者后輪驅(qū)動(dòng)，更好的體現(xiàn)了四驅(qū)車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，所以越來(lái)越多的車(chē)輛采用適時(shí)四驅(qū)形式。適時(shí)四驅(qū)的實(shí)現(xiàn)方式是在原本前驅(qū)或者后驅(qū)的傳動(dòng)系統(tǒng)中通過(guò)取力器總成(PTU)或者智能分動(dòng)器(TOD)向后橋/前橋傳遞一部分動(dòng)力，而傳遞扭矩的大小由扭矩管理器(ITM)或者智能分動(dòng)器(TOD)來(lái)控制，取力器總成或者智能分動(dòng)器中的部件一般為多片離合器，通過(guò)電磁或者液壓等方式來(lái)控制離合片的壓緊程度，進(jìn)而調(diào)節(jié)傳遞扭矩的大小。

取力器總成(PTU)本質(zhì)上是一對(duì)(或多對(duì))錐齒輪組，其速比一般與后橋的主減速比互為倒數(shù)。主動(dòng)齒輪裝配在前橋差速器殼體上，被動(dòng)齒輪縱向布置，通過(guò)法蘭與傳動(dòng)軸連接。后傳動(dòng)軸的動(dòng)力來(lái)自于前橋主齒輪，因此后輪的轉(zhuǎn)速不可能大于前輪轉(zhuǎn)速。有些取力器總成設(shè)計(jì)由于前橋空間的限制，把取力器的錐齒輪設(shè)計(jì)成兩級(jí)齒輪副，從而縮小體積，方便布置。

2 取力器漏油問(wèn)題解析

一般四驅(qū)系統(tǒng)零部件在車(chē)型開(kāi)發(fā)階段需要綜合考慮整車(chē)的布置、供應(yīng)商資源、零部件的強(qiáng)度和整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配等因素，故開(kāi)發(fā)時(shí)會(huì)受到很多限制因素導(dǎo)致需要沿用修改某一款取力器總成。在此背景下，該公司的四驅(qū)車(chē)型在開(kāi)發(fā)階段由于上述綜合原因，最終把取力器總成作為四驅(qū)系統(tǒng)中最薄弱零部件。且取力器總成在開(kāi)發(fā)之初也需保證與發(fā)動(dòng)機(jī)間隙及裝配工藝性，取力器總成的殼體在供應(yīng)商處減薄后再在主機(jī)廠進(jìn)行裝車(chē)，且經(jīng)過(guò)四驅(qū)系統(tǒng)各部件的強(qiáng)度對(duì)比分析和試驗(yàn)等方式確定取力器殼體與發(fā)動(dòng)機(jī)距離最近位置為取力器總成最薄弱部位。

取力器作為四驅(qū)系統(tǒng)車(chē)型的取力單元，又與變速箱總成通過(guò)花鍵連接，易受到?jīng)_擊及扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜載荷。出現(xiàn)四驅(qū)車(chē)型取力器總成漏油，一般從以下幾個(gè)方面考慮∶①取力器總成內(nèi)部的密封圈是否已失效；②取力器總成與變速箱及驅(qū)動(dòng)軸等對(duì)手件的配合是否合理；③取力器總成充氣塞結(jié)構(gòu)及位置設(shè)計(jì)是否合理；④取力器總成所承受最大扭矩是否超差。

針對(duì)該車(chē)型取力器總成耐久時(shí)出現(xiàn)漏油的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的車(chē)輛取力器單品(包括殼體、螺栓及密封圈等)及與對(duì)手件配合等方面進(jìn)行分析排查，初步懷疑漏油可能是取力器總成所承受扭矩過(guò)載導(dǎo)致。且對(duì)其進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)M再現(xiàn)和整車(chē)路譜采集，最終發(fā)現(xiàn)取力器總成承受的扭矩確實(shí)存在超差。

該四驅(qū)車(chē)型底盤(pán)布置(取力器及后橋)如圖1所示：

圖1

2.1 臺(tái)架模擬試驗(yàn)

在試驗(yàn)臺(tái)架上分別對(duì)取力器總成進(jìn)行正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)工況模擬再現(xiàn)，此時(shí)取力器總成內(nèi)部的壓力約0.5bar，在各扭矩狀態(tài)下模擬取力器總成漏油，扭矩的輸出持續(xù)時(shí)間為30s。通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)M再現(xiàn)可以得出，在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)工況下且承受扭矩大小為160%時(shí)取力器出現(xiàn)了漏油，且取力器總成的漏油位置與問(wèn)題車(chē)輛整車(chē)耐久時(shí)漏油位置一致。

表1 取力器在各扭矩下漏油情況說(shuō)明

圖1 取力器總成示意圖

圖2 取力器總成模擬臺(tái)架試驗(yàn)

2.2 實(shí)車(chē)路譜采集

根據(jù)主機(jī)廠的整車(chē)耐久試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)取力器總成進(jìn)行路譜采集，發(fā)現(xiàn)在某幾個(gè)工況下取力器總成承受扭矩超出了扭矩指令值。

表2 取力器在各工況下扭矩超差情況說(shuō)明

3 取力器漏油的解決方案

通過(guò)上述的各種驗(yàn)證，基本確定取力器總成漏油原因：取力器所承受的扭矩超差，使得取力器總成殼體發(fā)生一定的變形，再加上耐久的因素，取力器內(nèi)部油液滲出。通過(guò)對(duì)取力器總成內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、整車(chē)限扭策略及四驅(qū)系統(tǒng)匹配的分析，確定了該四驅(qū)車(chē)型取力器總成漏油的2個(gè)解決方向：一是增加取力器總成的強(qiáng)度；二是降低取力器總成所承受最大扭矩。

4 降低取力器最大承受扭矩

取力器總成的最大輸出扭矩直接由該車(chē)型的限扭值確定，限扭值的大小決定了后橋的輸出能力，也很大程度地決定了整車(chē)的四驅(qū)能力。通過(guò)降低限扭值的大小易導(dǎo)致整車(chē)四驅(qū)能力下降、其它四驅(qū)及傳動(dòng)部件能力過(guò)剩及發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱等動(dòng)力單元“有力使不出來(lái)”，從而降低四驅(qū)車(chē)型的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，最終經(jīng)過(guò)整合選擇另一解決方案。

5 增強(qiáng)取力器總成強(qiáng)度

該款車(chē)型取力器總成作為四驅(qū)系統(tǒng)中最薄弱部件且靠近發(fā)動(dòng)機(jī)部位為最薄弱處，通過(guò)對(duì)此處殼體進(jìn)行加厚可提高取力器整體的強(qiáng)度，增大取力器總成最大承載能力。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)四驅(qū)車(chē)型(對(duì)標(biāo)車(chē)型)取力器布置的對(duì)標(biāo)，再結(jié)合生產(chǎn)線裝配工藝的研究，最終確定取力器總成與發(fā)動(dòng)機(jī)的最小間隙，從而明確取力器殼體加強(qiáng)方案，也為后續(xù)四驅(qū)車(chē)型明確了間隙要求。具體加強(qiáng)位置見(jiàn)表3(加強(qiáng)位置1為在殼體上增加加強(qiáng)筋，位置2為增加殼體的厚度)。通過(guò)分析取力器總成的強(qiáng)度再輔以單品臺(tái)架和整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，且經(jīng)過(guò)分析及驗(yàn)證之后，取力器總成強(qiáng)度滿足要求。

表3 取力器總成加強(qiáng)方案說(shuō)明

6 結(jié)論

從本次取力器總成漏油實(shí)例解析可以得出，取力器漏油問(wèn)題需具體問(wèn)題具體分析。在考慮零部件加強(qiáng)作為方案時(shí)，除零部件強(qiáng)度分析外還需考慮整車(chē)布置及裝配工藝性等因素。

[1] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].5版.北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2010.3.

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Analysis of oil leakage of power transfer unit

Zhu Jianbo, Xu Wenling, He Kaixin, Dong Songhai, Guo Jieliang
( Chassis Dept Product Tech Division Technology Center GAC Motor, Guangdong Guangzhou 511434 )

Power transfer unit is one of the core components of the four-wheel drive,As the main power output unit in the four-wheel drive vehicle.It is connected with the gearbox,The drive gear of PTU is mounted on the front axle differential housing,Passive gear longtitudinal arrangement and connected to d drive shaft via flange, PTU take the power out of the gearbox meet the four-wheel drive requirement. With the increasing number of four-wheel drive vehicles on the market,the development and application of power take more and more attention,PTU in development have some problems and the oil spill is the one of common problems in the four-wheel drive system. This article is analyzed by the example of the oil leakage, This paper discusses the causes and schemes of the oil spill problem, To solve such problems to provide a more clear ideas and direction.

four-wheel drive; power transfer unit; oil leakage

U463.3

A

1671-7988 (2017)13-161-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.055

朱建波，男，碩士研究生；就職于廣州汽車(chē)集團(tuán)乘用車(chē)有限公司技術(shù)中心。