分動器高檔齒與輸入軸燒結(jié)問題的研究

劉峰

摘 要：文章通過對重型卡車車輛分動器高檔齒與輸入軸燒結(jié)問題進(jìn)行分析研究，解決了低溫環(huán)境時潤滑油不符合要求造成的燒結(jié)問題，并從零部件設(shè)計(jì)、實(shí)際使用等方面提出改進(jìn)措施和建議，有效的解決了分動器高檔齒與輸入軸燒結(jié)問，提高了分動器的性能和使用壽命。

關(guān)鍵詞：分動器;低溫;燒結(jié);潤滑油

中圖分類號：U463.215? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-65-03

Abstract： This article analyzes and researches the sintering problem of high-end gears and input shafts of heavy-duty truck vehicles. It solves the problem of sintering caused by lubricants that do not meet the requirements in low temperature environments， and proposes improvement measures from parts design and practical use. And suggestions， effectively solve the problem of sintering of high-end gears and input shafts of the transfer case， and improve the performance and service life of the transfer case.

Keywords： Transfer?case; Low?temperature; Sintering; Lubricant

CLC NO.： U463.215? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-65-03

1 故障現(xiàn)象

在低溫性能試驗(yàn)中，某車輛底盤在進(jìn)行-40℃低溫環(huán)境試驗(yàn)時，掛分動器取力器，1000rpm運(yùn)行5min，1500prm運(yùn)行5分鐘后整車熄火，檢查分動器輸入前后軸承蓋溫度異常，分動器無法切換高檔，空擋無法停車取力，取力工作中止。

2 故障原因分析

分動器結(jié)構(gòu)如圖1所示，分動器操縱系統(tǒng)如圖2所示，其中1-分動器，2-工作氣缸，3-電磁閥，4、5、6、7- 為氣管路，8-線束，9-翹板開關(guān)，10-氣接頭。

根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合分動器工作原理，使用故障樹對故障進(jìn)行分析，如圖3所示。

2.1 定位分析

2.1.1 氣路漏氣G301

服務(wù)站人員現(xiàn)場檢查，氣管路無漏氣，可排除事件氣路漏氣G301導(dǎo)致問題的因素。

2.1.2 電磁閥失效G302

服務(wù)站人員現(xiàn)場檢查整車氣壓正常，拆開分動器進(jìn)氣口排氣正常，可排除事件電磁閥損壞G302導(dǎo)致問題的因素。

2.1.3 操縱氣缸密封圈失效G202

現(xiàn)場拆解分動器檢查密封圈無異常，可排除事件密封圈損壞G303導(dǎo)致問題的因素。

2.1.4 傳動齒輪結(jié)構(gòu)存在缺陷G303

該分動器裝整車后，行車約500公里，如果輸入軸、低擋尺寸公差配合有誤，則輸入軸與低檔齒輪前期就會發(fā)生抱死的現(xiàn)象，因而可排除可排除事件輸入軸、低擋齒輪與軸承公差配合有誤G303導(dǎo)致問題的因素。

2.1.5 齒輪潤滑失效G304

經(jīng)現(xiàn)場對分動器拆解，發(fā)現(xiàn)分動器低檔軸承滾珠燒蝕變色，高檔齒輪與輸入軸燒結(jié)抱死，如圖4所示。

2.1.6 分動器油位低G401

售后服務(wù)人員現(xiàn)場擰開加油、溢油口，有油液流出，說明油位正常。且該次試驗(yàn)分動器加油經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)換油加油整個過程，加油量確認(rèn)準(zhǔn)確，可排除事件分動器油位低G401導(dǎo)致問題的因素。

2.1.7 齒輪油不符合要求G402

分動器試驗(yàn)齒輪油為75W，該牌號齒輪油適用的最低溫環(huán)境為-40℃，前期對5臺車做低溫試驗(yàn)驗(yàn)證該牌號潤滑油在-40℃時，分動器850rpm可實(shí)現(xiàn)泵油，但泵油后，油泵有3-4min泵油空擋期。某整車底盤低溫試驗(yàn)6次，有4次失敗。G402齒輪油不符合要求不能排除。

2.1.8 潤滑油道堵塞G403

分動器在停車狀態(tài)取力，分動器處于空擋，高低檔齒輪均處于靜止?fàn)顟B(tài)。分動器輸入軸上齒輪、軸承的潤滑完全依靠潤滑油泵來提供潤滑油。潤滑系統(tǒng)中，輸入軸的中間部位是中空的作為主油道，在裝配軸承、高低擋齒輪的徑向位置開有直徑為 5.5mm 的小油道，通氣檢查輸入軸主油道通暢，觀察油道內(nèi)無異物，因此可判定油道未堵塞，可排除事件潤滑油到堵塞 G403 導(dǎo)致問題的因素。

2.1.9 潤滑油故障G404

車輛在前期行駛中，分動器未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，并且在更換輸入軸和齒輪后，分動器可正常潤滑，且現(xiàn)場拆解后查看油泵齒輪、油泵齒圈、油泵蓋無任何異常，可排除事件潤滑油泵故障G404導(dǎo)致問題的因素。

2.1.10 低溫試驗(yàn)時分動器輸入轉(zhuǎn)速設(shè)置不當(dāng)G405

前期低溫試驗(yàn)驗(yàn)證75W齒輪油在850r/min時，油泵泵油狀況較好，故此次試驗(yàn)時設(shè)置了分動器輸入1000r/min運(yùn)行5min進(jìn)行了預(yù)熱，該動作由電控人員現(xiàn)場設(shè)置程序控制，故可排除G405低溫試驗(yàn)時分動器輸入轉(zhuǎn)速設(shè)置不當(dāng)。

2.2 定位結(jié)果

經(jīng)過故障定位，可確定車輛無法取力是由于低溫試驗(yàn)時潤滑油不符合低溫要求，潤滑不良導(dǎo)致故障發(fā)生。

分動器輸入軸與高擋齒輪、低檔齒輪采用無軸承結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)屬于靜壓軸承的一種，通過分動器上自帶的齒輪泵將潤滑油強(qiáng)行泵入齒輪和軸之間的微小間隙，形成壓力油膜，避免輸入軸與高擋齒輪、低檔齒輪直接接觸和磨擦，這種潤滑結(jié)構(gòu)需要持續(xù)可靠的潤滑。如圖5所示。

車輛在行駛狀態(tài)下，分動器所有齒輪、軸和軸承都在運(yùn)轉(zhuǎn)，潤滑方式有油泵吸油潤滑和齒輪飛濺潤滑兩種同時起作用。此時潤滑油攪動充分，分動器熱源多且分布均勻，潤滑油可在短時間內(nèi)得到充分預(yù)熱。

車輛在停車狀態(tài)取力，分動器處于空擋，除了輸入軸轉(zhuǎn)動外，所有齒輪均則處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時分動器無飛濺潤滑，輸入軸上齒輪、軸承的潤滑完全依靠潤滑油泵來提供潤滑油。在-40℃的環(huán)境下75W潤滑油動力粘度為150000cP，幾乎沒有流動性，分動器輸入轉(zhuǎn)速需達(dá)到850r/min方可泵油，且油泵將吸油管周圍的齒輪油吸空后，由于潤滑油粘度大回流速度慢，導(dǎo)致分動器油泵存在吸油間隔期。加上分動器此時僅輸入軸轉(zhuǎn)動，分動器熱源少且都分布在上方，潤滑油預(yù)熱效果差，預(yù)熱時間長，油泵吸油有間隔的時間過長，會導(dǎo)致局部齒輪與軸之間無法形成持續(xù)可靠的油膜，產(chǎn)生金屬干磨，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪與軸抱死。

分動器在低溫環(huán)境下進(jìn)行空擋取力工作時，齒輪潤滑失效抱死的主要原因?yàn)椋糊X輪油粘度過大，回流速度慢，油泵泵油存在間隔期，散熱不良導(dǎo)致齒輪與軸抱死，無法進(jìn)行空擋取力工作。

3 改進(jìn)措施

3.1 采取措施

75W齒輪油的使用極限低溫為-40℃，且分動器設(shè)計(jì)時，主要考慮行車動力分流功能為主，整個潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同樣圍繞此功能進(jìn)行適配，對取力工作的工況風(fēng)險識別不到位，導(dǎo)致低溫狀態(tài)下的取力潤滑可靠性驗(yàn)證不充分。

70W齒輪油，可適用于低于-40℃的環(huán)境，但在國內(nèi)市場無法購買。通過參考?xì)しá螨X輪油參數(shù)，殼法Ⅱ的傾點(diǎn)溫度低，在-40℃的動力粘度為7140cP。70W齒輪油與殼法Ⅱ相關(guān)溫度參數(shù)，如下表1：

從上表參數(shù)可知，殼法Ⅱ齒輪油高低溫性能能與70W接近，可實(shí)現(xiàn)替換，使用時具體加注量需以車輛行駛約1公里，檢查游標(biāo)螺塞有潤滑油流出為準(zhǔn)（約11L）。

綜上，在低于-40℃環(huán)境溫度情況下，可使用殼法Ⅱ齒輪油進(jìn)行替代70W齒輪油。

3.2 采取措施及驗(yàn)證情況

使用殼法Ⅱ齒輪油低溫實(shí)驗(yàn)室-40℃環(huán)境進(jìn)行某底盤取力工作進(jìn)行驗(yàn)證。分動器掛空擋，在650r/min輸入轉(zhuǎn)速情況下，分動器油泵持續(xù)泵油，泵油性能明顯優(yōu)于使用75W齒輪油（使用75W齒輪油需850r/min）。

上午11點(diǎn)29分開始，分動器在1000r/min預(yù)熱5min后，進(jìn)行1500r/min取力工作40min，監(jiān)測顯示分動器輸入前軸承蓋、輸入后軸承蓋溫度在11點(diǎn)42分鐘達(dá)到最高溫度為29℃，然后開始下降，12點(diǎn)時溫度趨于穩(wěn)定，見圖6。分動器低溫試驗(yàn)溫度監(jiān)測報(bào)告。證明使用殼法Ⅱ潤滑油在-40℃環(huán)境溫度下，分動器輸入軸系統(tǒng)潤滑正常。

4 分析結(jié)論

分動器總成高檔齒與輸入軸燒結(jié)問題關(guān)系到車輛的正常使用。本文通過對分動器總成高檔齒與輸入軸燒結(jié)問題進(jìn)行分析研究，對影響該問題的關(guān)鍵因素逐一分析，解決了低溫環(huán)境時潤滑油不符合要求造成的燒結(jié)問題，并提出后續(xù)工作合理建議，有效的解決了分動器高檔齒與輸入軸燒結(jié)問，提高了分動器的性能和使用壽命。