項(xiàng)斌

摘 要：差速器是當(dāng)前汽車變速器的最主要傳動(dòng)零部件，在不斷變化的工作狀態(tài)下，可能會(huì)產(chǎn)生使用壽命和使用性能方面的缺陷。對(duì)此我們要針對(duì)差速器的各個(gè)零部件強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)和判定，在滿足壽命使用要求的前提下，綜合考慮零部件可能出現(xiàn)的磨損情況，采取維修措施。因此本次研究也將圍繞行星齒輪和軸的配合位置磨損與改善措施展開分析與討論。

關(guān)鍵詞：差速器;行星齒輪;軸磨損;維修技術(shù)

引言

差速器作為當(dāng)前汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，能夠滿足車輛行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)需求，用以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)以不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。其中行星齒輪數(shù)量越多，負(fù)載不均勻，現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重，某些鎳和間隙較大的行星齒輪承受載荷較小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致行星輪系承載能力降低影響運(yùn)轉(zhuǎn)安全性，甚至產(chǎn)生振動(dòng)和其他齒輪失效現(xiàn)象。此類問題需要得到重點(diǎn)關(guān)注，否則必然影響行車安全。

1 差速器的工作機(jī)制

在車輛保持直線行駛狀態(tài)時(shí)，車輛動(dòng)力通過差速器的直接傳遞到差速器外部，再通過行星齒輪軸傳遞到行星齒輪，帶動(dòng)半軸齒輪后驅(qū)動(dòng)。使兩側(cè)車輪的受阻力相同，在行星機(jī)構(gòu)剛性連接時(shí)行星齒輪并不發(fā)生自轉(zhuǎn)。

反之在車輛保持轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，由于左右車輪受到的阻力不一致，所以行星齒輪繞半軸公轉(zhuǎn)之后車輪阻力隨之產(chǎn)生，而差速器的作用在于產(chǎn)生繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)吸收阻力差，使得車輪以不同速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，幫助車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。

目前，行星齒輪傳動(dòng)利用了多個(gè)行星輪來進(jìn)行載荷分擔(dān)完成功率分流，具有良好的承載能力和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)行星輪數(shù)量增加時(shí)，行星傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和承載力優(yōu)勢(shì)將體現(xiàn)得更加顯著，但是在實(shí)際工作當(dāng)中，由于行星齒輪系統(tǒng)本身會(huì)存在無法避免的制造問題或安裝缺陷，再加上受到運(yùn)動(dòng)構(gòu)件當(dāng)中的變形磨損因素影響，系統(tǒng)當(dāng)中的行星輪負(fù)載往往有不均勻特性。

在之前的一些國外研究當(dāng)中已經(jīng)提到了齒輪位置偏差和齒輪誤差的有關(guān)內(nèi)容，在這些研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了齒厚偏差等參數(shù)對(duì)行星齒輪在具體性能方面產(chǎn)生的影響。與之相比，我國在行星傳動(dòng)系統(tǒng)均在特性方面的研究起步時(shí)間較晚，對(duì)于行星齒輪和軸磨損原因和維修技術(shù)的研究工作也因此屏障與國外存在差異。不過在齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論開始成為一項(xiàng)重要的學(xué)科之后，關(guān)注動(dòng)力學(xué)行為有關(guān)的動(dòng)載系數(shù)模態(tài)特性，振動(dòng)過程等能夠?yàn)閮?yōu)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征和參考依據(jù)，同時(shí)也讓零部件磨損和維修技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。特別是在零部件特別是在行星齒輪和軸配合位置等多見的零部件磨損工作當(dāng)中，會(huì)對(duì)差速器磨損失效展開分析對(duì)比，精確定位磨損原因與改善措施[1]。

2 磨損類型與維修處理方案

2.1 常見磨損與維修

磨損本身是零部件失效的基本特征，通常情況指的是零部件幾何尺寸和體積不可避免產(chǎn)生縮小現(xiàn)象。從表面破壞機(jī)體特征來看，磨損類型包括很多類型，比如磨粒磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損等。不同類型其中，表面疲勞磨損是磨損的最常見表現(xiàn)形式而腐蝕磨損則只會(huì)在特定的條件下才會(huì)產(chǎn)生。以表面疲勞磨損微粒表面疲勞磨損是兩個(gè)不同的接觸表面，再觸壓應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致材料因疲勞產(chǎn)生物質(zhì)損失而腐蝕磨損，則指的是零件在摩擦過程當(dāng)中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生物質(zhì)損失。值得一提的是，近年來的研究當(dāng)中，開始針對(duì)微動(dòng)磨損展開分析，例如小幅振幅的相對(duì)振動(dòng)讓接觸表面產(chǎn)生氧化物磨損粉末，此時(shí)造成的磨損就被稱為微動(dòng)磨損。

例如，在變速器產(chǎn)品進(jìn)行差速器耐久試驗(yàn)時(shí)，研究人家發(fā)現(xiàn)行星齒輪和軸之間出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果失敗，通過對(duì)失效零部件進(jìn)行檢測(cè)排查之后，如果零部件的尺寸和狀態(tài)符合工作要求，那么就可以根據(jù)磨損痕跡判斷是否為表面疲勞磨損。具體來看，表面疲勞磨損的常見原因是表面應(yīng)力過大或潤滑狀態(tài)較差，對(duì)此，可以考慮對(duì)零部件展開CAD仿真分析，從而降低接觸區(qū)域的應(yīng)力并解決某種問題，改善齒輪的性能。假設(shè)是因?yàn)閼?yīng)力過大導(dǎo)致的差速器磨損，那么可以考慮降低發(fā)動(dòng)機(jī)輸入扭矩，從根源上降低行星齒輪的承載從而控制接觸應(yīng)力，但此時(shí)汽車的動(dòng)力性能可能會(huì)受到不同程度的影響。必要時(shí)還可以通過增大接觸面積的方式將內(nèi)孔中間的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，將行星齒輪和軸的接觸區(qū)域應(yīng)力分布均勻化，讓最大接觸應(yīng)力下降，這樣可以最大化避免汽車行駛時(shí)的承載不均和相關(guān)安全問題，提高汽車的安全性能[2]。

2.2 分析靜力學(xué)均載特性

分析靜力學(xué)均載特性的原因在于汽車差速器在制造和安裝過程當(dāng)中可能會(huì)產(chǎn)生誤差情況，例如構(gòu)件變形等。在目前的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，行星輪所傳遞的載荷并不相同，甚至所有載荷都會(huì)被一個(gè)行星輪所承擔(dān)，此時(shí)其他行星輪處于非嚙合狀態(tài)下，載荷分配不均，很容易導(dǎo)致差速器破壞和失效。對(duì)此應(yīng)充分分析行星輪均載問題，從而發(fā)揮傳動(dòng)系統(tǒng)的良好性能，要達(dá)到這一目標(biāo)，可以從兩個(gè)方面展開探索。第一是提升齒輪和行星架等主要零部件的加工精度，但這項(xiàng)工作受到工藝成本和技術(shù)水平的限制比較明顯;第二則是采用均載裝置使用彈性件完成均載。目前均載裝置類型較多，不同的應(yīng)用范圍和均載機(jī)里，使得使用者需要根據(jù)系統(tǒng)特征選擇相應(yīng)的裝置類型，但都離不開靜力學(xué)均載特性分析，將均載結(jié)構(gòu)應(yīng)用于靈敏度較高的位置。由于差速器有無差速和有差速兩種不同的工作狀態(tài)，其中無差數(shù)工作狀態(tài)下差速器系統(tǒng)整體在某一角速度而旋轉(zhuǎn)，各個(gè)構(gòu)件之間無相互運(yùn)動(dòng)處于靜力平衡;反之，有差速狀態(tài)下，各個(gè)構(gòu)件之間存在相互運(yùn)動(dòng)。此時(shí)需要綜合建立等效彈簧模型研究無差速狀態(tài)下的構(gòu)建誤差和系統(tǒng)剛度與均載性能之間的聯(lián)系。在靜在和作用之下，如果系統(tǒng)半軸齒輪不發(fā)生改變，那么行星齒輪軸上加入扭矩之后，會(huì)因?yàn)檎`差導(dǎo)致某一個(gè)行星齒輪率先進(jìn)入嚙合狀態(tài)。輸入扭矩逐漸增大，嚙合齒輪和支承會(huì)產(chǎn)生彈性變形直至所有行星齒輪側(cè)隙全部被消除之后，讓所有行星齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)。從相應(yīng)的分析過程來看，需要進(jìn)一步提高行星齒輪的精度并合理布置誤差相位，且行星齒輪數(shù)量越少負(fù)載不均勻現(xiàn)象就越輕[3]。

2.3 分析動(dòng)力學(xué)均載特性

差速器在汽車中具有重要的作用，其主要是在車輛轉(zhuǎn)彎或路面不平整狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)左右兩側(cè)車輪的合理旋轉(zhuǎn)，滿足汽車的運(yùn)動(dòng)學(xué)需要，所以差速狀態(tài)下的系統(tǒng)模型可以被認(rèn)為是動(dòng)力學(xué)模型。新齒輪和軸的磨損原因與維修技術(shù)研究當(dāng)中，需要對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型展開評(píng)估和分析，得到動(dòng)態(tài)均載結(jié)果以及不同因素對(duì)動(dòng)態(tài)均在因素的特性影響。具體來看，需要研究各個(gè)誤差因素單獨(dú)作用時(shí)動(dòng)態(tài)均載，系數(shù)的變化情況，包括系統(tǒng)剛度變化、行星齒輪數(shù)量變化、載荷變化等[4]。另外均載裝置的選擇和差速器均載結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)也是非常重要的工作內(nèi)容。

3 結(jié)語

差速器作為當(dāng)前汽車不可或缺的傳動(dòng)部件，承受著扭矩和交變重載荷，而行星輪和軸則直接影響到結(jié)構(gòu)的承載能力與可靠性。在后續(xù)的研究當(dāng)中，可以通過專門的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)行星輪的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，可能出現(xiàn)的常見磨損原因采取針對(duì)性維修方案，將各類特性分析工作落到實(shí)處。這樣一來可以將研究成果應(yīng)用到工程實(shí)際階段，從而做出結(jié)構(gòu)調(diào)整和裝置調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

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