李江濤

某越野汽車異響問題分析

李江濤

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

整車行駛異響產(chǎn)生的原因有很多，文章結(jié)合實(shí)際案例分析了分動(dòng)器懸置傾角過大導(dǎo)致傳動(dòng)軸夾角超差，引起萬向節(jié)運(yùn)動(dòng)干涉產(chǎn)生異響的問題，這種分析方法可供后續(xù)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或故障處理借鑒。

異響；分動(dòng)器；傳動(dòng)軸；萬向節(jié)；夾角

前言

汽車“異響”通常是指一種非正常的、不該存在的聲音響動(dòng)，與聲音關(guān)聯(lián)的就是實(shí)體部件的非正常狀態(tài)，因此它意味著問題與故障，對(duì)汽車來說更是代表著安全?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各系統(tǒng)內(nèi)部或之間的部件由于振動(dòng)、松動(dòng)、干涉等原因都可能導(dǎo)致整車異響。在各類異響中傳動(dòng)系統(tǒng)異響占到整車異響的很大一部分，變速器、離合器、傳動(dòng)軸、分動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)橋及其周圍的支架附件都可能產(chǎn)生異響，這類問題處理相對(duì)比較困難，目前的有效處理方式是理論分析結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證。本文正是基于這一思路對(duì)某越野汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)異響進(jìn)行了探究分析，以供后續(xù)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或問題處理借鑒。

1 問題描述

客戶反映某6×6越野汽車正常行駛到60~80km/h時(shí)，整車發(fā)出類似于敲擊聲的異響，雖然在使用操作方面沒有影響，但為了為保證安全需要查找異響原因，排除風(fēng)險(xiǎn)隱患。經(jīng)過初步排查，該車各系統(tǒng)及零部件未見異常。由于該車異響與車速有所關(guān)聯(lián)，因此重點(diǎn)分析傳動(dòng)系統(tǒng)。

2 整車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)圖

1-前橋 2、4、6、8-傳動(dòng)軸 3-變速器 5-分動(dòng)器 7-中橋 9-后橋

該車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，作為6×6全驅(qū)車型，它比普通FR（發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)）汽車增加了前驅(qū)系統(tǒng)，其核心部件為分動(dòng)器。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力至變速器再到分動(dòng)器，而后由分動(dòng)器的前輸出軸和后輸出軸分別將動(dòng)力傳遞至前驅(qū)動(dòng)橋和中后驅(qū)動(dòng)橋。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

（2）變速器，機(jī)械變速器，最大輸入扭矩1490 N·m

表2 各檔速比

（3）前橋，鑄鋼橋殼帶轉(zhuǎn)向的驅(qū)動(dòng)橋，雙聯(lián)式等速萬向節(jié)，主減速器為兩級(jí)減速，第一級(jí)為斜齒圓柱齒輪，速比為1.19。第二級(jí)為雙曲線圓錐齒輪，速比為5.429，總速比：6.46。

（4）中橋貫通式鑄鋼驅(qū)動(dòng)橋，總速比6.46。

（5）后橋鋼管插入式鑄鋼驅(qū)動(dòng)橋，總速比6.46。

（6）傳動(dòng)軸為管狀、十字軸萬向節(jié)傳動(dòng)軸、端面齒法蘭結(jié)構(gòu)。

（7）分動(dòng)器為全時(shí)全驅(qū)型，參數(shù)見表3。

表3 分動(dòng)器參數(shù)

3 問題定位與分析

3.1 問題定位

經(jīng)過靜態(tài)檢查，變速器、驅(qū)動(dòng)橋、分動(dòng)器均無異常，各傳動(dòng)軸動(dòng)平衡校準(zhǔn)后經(jīng)過道路試驗(yàn)、問題復(fù)現(xiàn)，異響仍然存在。

車輛靜置，變速器掛空擋，分動(dòng)器掛空擋，測試人員手動(dòng)旋轉(zhuǎn)各傳動(dòng)軸，也未見異常。

啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，分動(dòng)器掛空擋，接合變速器，此時(shí)動(dòng)力只能從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞至分動(dòng)器輸入軸，從分動(dòng)器傳遞至前驅(qū)動(dòng)橋、后驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力則中斷。此時(shí)隨著測試人員踩下油門，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷提高，變速器與分動(dòng)器之間的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，在此過程中，異響突然復(fù)現(xiàn)。

因此可以判定整車異響來源于變速器和分動(dòng)器之間的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，由于變速器、分動(dòng)器已經(jīng)分別進(jìn)行過專項(xiàng)檢查可以保證性能良好，故異響只能是變速器和分動(dòng)器之間的聯(lián)接部分，這一部分就只有傳動(dòng)軸及其萬向節(jié)。

由于傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度很高，傳動(dòng)軸軸管材料厚度的不均勻、萬向節(jié)的松動(dòng)、花鍵的松動(dòng)、軸的彎曲等都可能導(dǎo)致傳動(dòng)軸的不平衡，并進(jìn)一步導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲。在整車振動(dòng)與異響中，傳動(dòng)系統(tǒng)的震動(dòng)異響占了很大一部分。

本車傳動(dòng)軸的萬向節(jié)為常用的十字軸式萬向節(jié)，它由輸入側(cè)萬向節(jié)叉、輸出側(cè)萬向節(jié)叉和十字軸構(gòu)成（見圖2）。根據(jù)萬向節(jié)傳動(dòng)特性，當(dāng)萬向節(jié)輸出軸與輸入軸存在夾角的情況下，即使萬向節(jié)輸入轉(zhuǎn)速恒定，輸出軸的轉(zhuǎn)速也成周期性波動(dòng)（如圖3），即在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，輸出軸的轉(zhuǎn)速會(huì)有兩次波動(dòng)，且輸出軸與輸入軸的夾角越大這種波動(dòng)性越大。這種輸出軸轉(zhuǎn)速的波動(dòng)意味著傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致振動(dòng)與噪聲，并影響傳動(dòng)軸壽命，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致零部件之間的運(yùn)動(dòng)干涉甚至破壞。

圖2 十字軸式萬向節(jié)圖

1-軸承蓋 2、6-萬向節(jié)叉 3-注油嘴 4-十字軸 5-溢流閥 7-毛氈油封 8-滾針 9-套筒

圖3 萬象節(jié)的旋轉(zhuǎn)波動(dòng)

由于傳動(dòng)軸萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)的波動(dòng)性，在傳動(dòng)軸布置上，要求輸入軸夾角和輸出軸夾角應(yīng)該相等，這樣兩個(gè)萬向節(jié)的旋轉(zhuǎn)波動(dòng)性剛好抵消。而往往受限于整車傳動(dòng)系布置，傳動(dòng)軸夾角不能做到相等，這種情況下盡量限制兩個(gè)夾角差，差值不可過大。在整車傳動(dòng)系統(tǒng)布置上，不同的結(jié)構(gòu)形式、不同部位的傳動(dòng)軸夾角要求是不同的，對(duì)于越野車變速器與分動(dòng)器之間的傳動(dòng)軸夾角要求最為苛刻，要求小于3°。

嚴(yán)格的夾角要求下，任何細(xì)小的結(jié)構(gòu)變化都可能導(dǎo)致夾角過大，引起傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)異常，因此變速器與分動(dòng)器之間聯(lián)接部分的檢查必須細(xì)致入微。

3.2 問題處理

問題定位清楚后，將變速器與分動(dòng)器之間的傳動(dòng)軸拆卸，對(duì)軸管、萬向節(jié)以及萬向節(jié)內(nèi)部的十字軸、萬向節(jié)叉、滾針等部件均細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)除分動(dòng)器側(cè)萬向節(jié)叉內(nèi)緣有磨損痕跡外，傳動(dòng)軸其他部位正常。同時(shí)從底盤下部檢查分動(dòng)器懸置結(jié)構(gòu)（圖5），發(fā)現(xiàn)橡膠減震塊有損壞跡象，由于在底盤下受其他部件遮擋不便觀察，將分動(dòng)器懸置各部件拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)橡膠減震塊損壞嚴(yán)重，其他部件正常。

圖4 損壞的橡膠減震塊

1-車架 2-分動(dòng)器托架 3-橡膠減震塊 4-分動(dòng)器 α為分動(dòng)器傾角

由圖1和圖5可以看出，當(dāng)分動(dòng)器懸置橡膠減震塊損壞后，分動(dòng)器傾角α增加，導(dǎo)致傳動(dòng)軸與分動(dòng)器輸入軸之間的夾角增大，超出設(shè)計(jì)要求，加劇了萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)的波動(dòng)性。同時(shí)，當(dāng)夾角增大到一定程度時(shí)，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致萬向節(jié)叉的運(yùn)動(dòng)干涉。本次根據(jù)傳動(dòng)軸萬向節(jié)的磨損痕跡分析，分動(dòng)器傾角增大引起傳動(dòng)軸夾角變化已經(jīng)達(dá)到了萬向節(jié)叉運(yùn)動(dòng)干涉產(chǎn)生異響的程度。

變速器與分動(dòng)器之間的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及分動(dòng)器懸置檢查修正完畢后，進(jìn)一步檢查傳動(dòng)系統(tǒng)其他傳動(dòng)軸及關(guān)聯(lián)部件，未見異常，整車道路試驗(yàn)，異響消除。

4 結(jié)論

綜上所述，分析與處理整車異響問題時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)異響需特別關(guān)注傳動(dòng)軸及關(guān)鍵總成懸置的狀態(tài)，任何原因?qū)е碌膫鲃?dòng)系統(tǒng)部件傾角變化都可能導(dǎo)致傳動(dòng)軸夾角變化，進(jìn)一步引起整車異響。且由于傳動(dòng)軸夾角的變化隱蔽性較強(qiáng)、不易覺察，加上整車其他部件的遮擋干擾，在排查傳動(dòng)系統(tǒng)異響源頭時(shí)應(yīng)細(xì)致仔細(xì)，重點(diǎn)關(guān)注萬向節(jié)狀態(tài)。

[1] 陳家瑞等.汽車構(gòu)造.[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

[2] 余志生等.汽車工程手冊(cè).北京:人民交通出版社.2001.

[3] 徐灝等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1991.

Analysis of abnormal noise of a off-road vehicle

Li Jiangtao

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710020 )

There are many reasons for the abnormal sound of the vehicle driving, this paper will combine with practical case to analyze the problem of the abnormal sound caused by the movement interference of the cardan joint, because of angle error between transmission shafts caused by large tilt angle of transfer case suspension. This analysis method can be used for reference for the subsequent transmission system design or fault treatment.

Abnormal sound; Transfer case; Transmission shaft; Cardan joint; Included angle

U467

B

1671-7988(2019)13-37-03

U467

B

1671-7988(2019)13-37-03

李江濤，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院 ，從事汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.014