陳永麗　苗國良

摘 要：汽車差速器故障是汽車驅(qū)動橋品質(zhì)的主要問題之一，也是差速器總成的重要售后問題，常常帶來巨大的市場損失，影響產(chǎn)品的市場美譽度。文章針對某汽車產(chǎn)品中差速器總成產(chǎn)品出現(xiàn)的故障進行分析，尋找差速器故障產(chǎn)生的原因及解決方案。

關(guān)鍵詞：汽車驅(qū)動橋；差速器；十字軸

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）09-0066-03

1 汽車差速器介紹及工作原理

1.1 汽車差速器介紹

汽車驅(qū)動橋位于汽車傳動系統(tǒng)的末端，主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動橋殼等組成。其功用是：

①將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩通過主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動輪，實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩。

②通過主減速器錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。

③通過差速器實現(xiàn)兩側(cè)車輪的差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。

1.2 工作原理

汽車差速器的工作原理是當汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅(qū)動車輪以不同的角速度滾動，以保證兩側(cè)驅(qū)動輪與地面間作純滾動運動，如圖1所示。差速器能起差速作用，主要是行星齒輪起了重要作用。行星齒輪有三種運動方情況，即：公轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)。

兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪邊滾動，邊滑移；內(nèi)側(cè)車輪邊滾動，邊滑轉(zhuǎn)如圖1所示。

①當汽車直線行駛時：兩側(cè)車輪以相同的速度轉(zhuǎn)動，則行星齒輪繞半軸軸線轉(zhuǎn)動，即被兩半軸齒輪緊固中央，不能自轉(zhuǎn)，只能公轉(zhuǎn)。

②當汽車轉(zhuǎn)彎行駛：內(nèi)側(cè)車輪駛過的距離短，外側(cè)車輪駛過的距離長，此時內(nèi)輪受到的地面阻力大于外輪受到的地面阻力，行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時，還繞自身的軸線轉(zhuǎn)動，即是自轉(zhuǎn)。因此，兩半軸齒輪就能帶動兩側(cè)車輪以不用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。

2 汽車差速器的構(gòu)成

汽車差速器有錐齒輪式和圓柱齒輪式，本文重點講述汽車上廣泛應用的對稱式錐齒輪差速器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。對稱式錐齒輪差速器由行星齒輪、十字軸、半軸齒輪和差速器殼等構(gòu)成，裝配關(guān)系為：差速器殼由左殼1和右殼5組成，并用螺栓6緊固。裝合時，十字軸8的四個軸頸嵌在差速器殼兩半端面上相應的凹槽所形成的孔內(nèi)，差速器殼的剖分面通過十字軸各軸頸的中心線。每個軸頸上套著一個直齒行星齒輪4，它們均與兩個直齒半軸齒輪3嚙合。而半軸齒輪的軸頸分別支承在差速器殼相應的左、右座孔中，并借花鍵與半軸相連。動力從主減速器的從動錐齒輪依次經(jīng)差速器殼、十字軸、行星齒輪、半軸齒輪及半軸輸出給驅(qū)動輪。當兩側(cè)車輪以相同的轉(zhuǎn)速運動時，行星齒輪繞半軸軸線運動（即公轉(zhuǎn)）；若兩側(cè)車輪阻力不同，則行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時，還繞自身軸線轉(zhuǎn)動（即自轉(zhuǎn)）。因此，兩半軸齒輪帶動兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。

3 汽車差速器常見故障及分析

汽車在行駛中，主要存在以下差速器常見故障。

3.1 差速器損壞

3.1.1 駕駛員對差速鎖操作不當，導致差速器損壞

差速器的作用主要用于汽車轉(zhuǎn)彎時，左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速行駛，實現(xiàn)左右車輪的自動差速功能，避免磨損輪胎和造成機械損壞。

當汽車單邊車輪駛?cè)牍饣蚰酀袈访娑蚧?，汽車無法駛出時，此時將差速鎖掛合，左右半軸成為一根剛性連接軸，汽車自然會駛出故障路面。當汽車駛出故障路面時，應立即將差速鎖摘除，否則會產(chǎn)生輪胎嚴重磨損和打壞差速器的故障。

3.1.2 油位低、油質(zhì)差導致潤滑不良，造成差速器損壞

汽車行駛中，駕駛員未及時觀察油面孔，造成油位線過低，導致潤滑不良。有時因油品價格問題，添加了市場上劣質(zhì)油品，也會導致潤滑不良，從而造成差速器損壞。

3.2 差速器中十字軸斷裂

車輛行駛中，有時會突然聽到響聲，此時傳動軸傳動但車輛無法行駛。經(jīng)拆解主減速器總成，打開差速器殼發(fā)現(xiàn)十字軸已發(fā)生斷裂，同時損壞了差速器殼、主錐齒輪、半軸齒輪、墊片等相關(guān)零件，斷裂圖片如圖3所示。

經(jīng)對十字軸的斷裂件做理化分析，圖紙要求的材質(zhì)為20 CrMnTi。采用國標標準GB/T 3077-1999檢驗化學成份，其C、Si、Mn、Cr、Ti等元素全部符合標準要求。

采用QC/T262-1999、JB 8925-2008、GB/T230等標準，對十字軸的表面硬度、心部硬度、淬硬層深及金相組織進行檢驗，發(fā)現(xiàn)個別斷裂件的心部組織不合格，為中等粗細板條馬氏體+較多鐵素體（5級），超出1～4級的標準要求，還有淬硬層深超過0.8～1.2 mm標準要求的情況。

由此分析，十字軸在滲碳工藝處理中，形成了非馬氏體的組織。非馬氏體組織的存在，降低了十字軸的表面硬度，降低了耐磨性及零件疲勞極限，并且在組織內(nèi)部容易產(chǎn)生細微裂紋，導致產(chǎn)品斷裂。此外，滲碳層深也容易產(chǎn)生非馬氏體的組織，導致產(chǎn)品有斷裂的隱患。

3.3 差速器不差速

十字軸軸頸磨損失圓、行星齒輪墊片研損等，導致行星齒輪無法自轉(zhuǎn)，差速器不差速的故障。售后市場最常見的就是十字軸軸頸部位的磨損，造成差速器不工作。

從差速器的工作原理可知，十字軸異常磨損會引起車輛差速時異響。主要表現(xiàn)為車輛在轉(zhuǎn)彎、凹凸不平路面或泥濘路等路況行駛，會聽到異響。

因此，在判斷異響是否為十字軸原因引起時首先向用戶了解清楚車輛是否在差速時有異響。

若是車輛在轉(zhuǎn)彎、凹凸不平路面或泥濘路等路況行駛時產(chǎn)生異響，此時十字軸可能發(fā)生了問題。

其故障原因分析見表1。

4 差速器故障的解決方案

4.1 差速器損壞

對差速器損壞問題的正向分析，發(fā)現(xiàn)問題的產(chǎn)生原因是駕駛員對差速器操作不當或齒輪油質(zhì)量差、油位低引起的損壞故障。因此，解決方案是編制驅(qū)動后橋的維修保養(yǎng)手冊，明確差速鎖的正確使用方法，差速鎖操作中的注意事項，差速鎖的檢查方法等。在車輛進站保養(yǎng)中，指導駕駛員應經(jīng)常檢查主減速器的油面高度，不足時及時添加。首次運行2 000～4 000 km的強制保養(yǎng)時應更換齒輪油，強保后車輛每運行20 000 km應更換一次齒輪油。嚴禁添加市場上劣質(zhì)油品，嚴格按規(guī)定加油和換油，才能避免差速器的損壞。

4.2 差速器十字軸斷裂

對差速器十字軸的斷裂件進行原因分析，發(fā)現(xiàn)十字軸產(chǎn)品的金相組織和滲碳層深是問題發(fā)生的主要原因。經(jīng)討論，采用以下解決方案：

①將十字軸產(chǎn)品的材質(zhì)由20 CrMnTi更改為22 CrMoH，下面做一對比說明，見表2。

由表2可以看出，合金鋼22 CrMoH與20 CrMnTi對比，在化學成份、淬透性、有效滲碳層深、非馬氏體組織的厚度等方面，均具有較強的優(yōu)勢。22C rMoH鋼的淬透性高，在滲碳淬火工藝中更容易滲碳到零件心部，避免心部產(chǎn)生較多的鐵素體，減少非馬氏體組織的厚度，提高零件的疲勞極限。

{2}增加十字軸產(chǎn)品的表面磁粉探傷工藝。

十字軸產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝：

下料→鍛造→正火→拋丸→粗加工→滲碳→精加工→成品

由生產(chǎn)工藝得知，十字軸在鍛造及滲碳工藝時，容易產(chǎn)生細微裂紋，影響零件的質(zhì)量，造成斷裂隱患。因此，采用在鍛造和滲碳工藝后增加兩次表面磁粉探傷工藝，杜絕十字軸細微裂紋件流出。

4.3 差速器十字軸異常磨損

對差速器十字軸異常磨損的失效件進行分析，主要是十字軸軸頸位磨傷和磨痕、發(fā)亮問題。對于軸頸位磨傷問題，要求各服務站指導駕駛員及時檢查油品質(zhì)量、油位高低，并且更改了十字軸的材料，提高了表面硬度及耐磨性。

對于軸頸位磨痕、發(fā)亮問題，由于十字軸與行星齒輪之間發(fā)生公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)的運動，且十字軸與行星齒輪均屬剛性零件，必然會發(fā)生表面的發(fā)亮現(xiàn)象。因此，在判定十字軸產(chǎn)品是否有異常磨損，不能僅以目測的發(fā)亮作為依據(jù)，還需依靠外徑千分尺對四個軸頸位分別進行測量，記錄磨損后的實際外徑尺寸，與磨損極限做對比，從而決定是否需更換十字軸。

根據(jù)表3的十字軸尺寸，需選用25-50/0.01規(guī)格的外徑千分尺進行測量十字軸外徑尺寸，測量時需檢測十字軸每個軸頸外徑尺寸并記錄數(shù)據(jù)（注意：測量前需將十字軸軸頸表面擦拭干凈），當檢測尺寸小于十字軸磨損極限時，則認為十字軸已經(jīng)磨損此時需更換十字軸，當檢測尺寸大于十字軸磨損極限時，可繼續(xù)使用，無需更換十字軸。

5 結(jié) 語

本文對汽車后橋差速器做了簡單介紹，闡述了差速器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成。針對汽車差速器售后市場常見的故障逐條進行了詳細的原因分析。結(jié)合市場的失效件分析結(jié)果，制定了有效的解決方案，大大減少了市場賠償損失，提高了產(chǎn)品的競爭力。

參考文獻：

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（第3版下冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 楊信.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，1995.