王巖 郭凱 于淳 龔琳 李陽

摘要：變速箱是傳動系統(tǒng)的重要組成部分，是影響其性能的關(guān)鍵部件。本文分析了變速箱中齒輪、軸承和軸等主要零部件的失效形式，并對故障診斷方法進行了簡要的介紹。

關(guān)鍵詞：變速箱；失效形式；診斷技術(shù)

變速箱是機器的重要組成部分。具有傳遞運動、扭矩和實現(xiàn)變扭變速的功能，是各種車輛的重要部件。汽車變速箱是汽車的主要傳動部件，擔負著將動力從發(fā)動機傳遞到車輪的重要任務。但是由于機器的特殊運行條件和運行環(huán)境，使得變速箱中的齒輪、軸承、軸等主要零部件常發(fā)生故障。因而對變速箱的常見故障進行分析具有重要的意義。

一、變速箱的主要失效形式

（一）軸承的失效

軸承最常見的失效形式是軸承滾道的疲勞剝落，剝落根據(jù)最初發(fā)生的部位可分為表面起源的疲勞剝落和表面下起源的疲勞剝落。

（1）軸承磨損失效。由于超負荷工作或潤滑不良造成軸承滾道、滾動體、保持架、內(nèi)孔和軸頸的非正常磨損、軸承精度超差，引起振動。

（2）軸承疲勞失效。軸承的強迫安裝和潤滑不良，會使?jié)L動體及滾道表面在交變載荷作用下加速疲勞剝落，進而造成軸承失效。

（3）軸承腐蝕失效。由于沒有及時更換失效或變質(zhì)的潤滑油，而造成軸承表面的化學腐蝕，表現(xiàn)為表面產(chǎn)生銹蝕。

（4）軸承碎裂。由于長時間、高轉(zhuǎn)速、大載荷運行，以及潤滑不良引起軸承高溫抱軸，若繼續(xù)運轉(zhuǎn)，將導致軸承的碎裂。

（5）軸承粘著磨損。由于軸承內(nèi)缺乏潤滑油，軸承運轉(zhuǎn)生成的熱量不能及時散發(fā)。

（二）軸的失效

軸的失效形式主要是因疲勞強度不足而產(chǎn)生的疲勞斷裂，或是因靜強度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性斷裂、磨損、超過允許范圍內(nèi)的變形和振動等等。

（1）彎曲變形。當軸受力過大、裝配不當、存在內(nèi)應力時均可引發(fā)塑性彎曲變形，引起振動及故障。

（2）疲勞斷裂。在交變載荷的作用下，在軸的應力集中部位會出現(xiàn)疲勞裂紋及斷裂。

（3）扭轉(zhuǎn)變形。轉(zhuǎn)軸在傳遞動力時產(chǎn)生彈性扭轉(zhuǎn)變形，一般不影響軸的正常工作。但當動力或負荷扭矩變化時，就會引起轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動。當扭矩超限時可使軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)永久變形。

（三）齒輪的失效

齒輪發(fā)生故障的比例很高，有齒輪裝置的傳動機械中80%的故障與齒輪的故障有關(guān)，在旋轉(zhuǎn)機械中齒輪的失效占其故障的10%左右。變速箱齒輪的失效類型主要是齒面破壞和齒斷裂。

（1）齒面機械磨損。當外部環(huán)境因素影響比較大，污物、金屬屑末、塵埃和砂粒等進入齒的工作表面時就會引起齒面的機械磨損。此外，齒面的機械磨損還與潤滑不良有關(guān)，當操作不當產(chǎn)生沖擊時，還會加速齒面的磨損。

（2）齒面的剝落。齒面如發(fā)生相對滑動，在潤滑不良、大載荷條件下會使工作面的溫度過高，從而引起齒面金屬熔融粘著并產(chǎn)生剝落。

（3）齒的斷裂。斷裂分疲勞斷裂和過載斷裂兩種情況，工作中齒根截面受彎矩最大，且根部有較大的應力集中，是危險斷面，當負荷超過一定值或者在循環(huán)載荷的作用下，齒根部會產(chǎn)生裂紋、斷裂。

（4）齒輪潤滑不良引起的失效。由于齒輪的潤滑不良，從而導致散熱能力不足，或者長時間超載運轉(zhuǎn)引起齒輪溫升超標，都會使齒面變色、退火軟化，造成齒輪失效。

二、變速箱的故障診斷技術(shù)

隨著檢測傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)等的發(fā)展，對變速箱實施故障診斷顯得尤為重要。自20世紀80年代初，我國開展故障診斷技術(shù)的研究工作以來，從理論研究到實際應用都取得了巨大的成就。變速箱的故障診斷作為旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的一部分，在診斷技術(shù)的研究和應用等方面也取得了較大的進展。

變速箱的故障會引起機器振動，產(chǎn)生噪聲，從而導致機器故障。根據(jù)檢測的手段不同，目前汽車變速箱故障診斷技術(shù)主要有以下幾種：

（1）振動檢測法。振動檢測法是以變速箱的振動信號作為信息源，在變速箱運行過程中，通過實時檢測變速箱振動參數(shù)的變化特征來判別變速箱的運行狀態(tài)。

（2）噪聲檢測法。噪聲檢測法是采集變速箱運行中的噪聲信號作為信息源，在變速箱運行過程中，通過噪聲參數(shù)的變化特征來判別變速箱的運行狀態(tài)。

（3）溫度檢測法。溫度檢測法是以變速箱的工作溫度作為采集信號，在變速箱運行過程中，通過對溫度信號的監(jiān)測來判別變速箱的運行狀態(tài)。

（4）聲發(fā)射檢測法。聲發(fā)射檢測法是以彈性波作為采集信號。因為變速箱的金屬零件在磨損、變形、破裂過程中會產(chǎn)生彈性波，分析彈性波的頻率變化，就可以判別變速箱的運行狀態(tài)。

（5）光纖傳感法。光纖傳感法是利用光導纖維式位移傳感器直接從軸承內(nèi)圈和外圈的表面提取信息，來判別變速箱的運行狀態(tài)。

（6）磨損殘余分析法。磨損殘余分析法是對變速箱潤滑油中的磨損殘余物進行分析，根據(jù)變速箱運行過程中磨損殘余物含量的變化，來判斷變速箱的運行狀態(tài)。主要包括光譜分析、鐵譜分析和x射線分析等。

三、小結(jié)

本文概括了汽車變速箱常見的幾種失效形式以及故障診斷的方法，為減少汽車變速箱的故障發(fā)生率，提高變速箱工作效率奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]曾宗福 機械設計基礎(chǔ).化學工行出版社 2008.1

[2]周開勤 機械零件手冊 高等教育出版社 2005.5