周彬，王興，李穩(wěn)，王磊

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

引言

用于礦山、水利、軍事等用途的重型載貨汽車、重型牽引越野汽車或其它大型公共汽車，對(duì)整車動(dòng)力有較高要求，一般的單級(jí)主減速器難于滿足使用要求。因此，此類汽車通常采用單級(jí)主減速器與輪邊減速器的結(jié)合的布置型式，將驅(qū)動(dòng)橋的一部分速比分配給安裝在輪轂附近的輪邊減速器。這樣使驅(qū)動(dòng)橋的速比變大，發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞至輪胎的扭矩同步變大，提升了整車的動(dòng)力性。同時(shí)使驅(qū)動(dòng)橋中間部分的主減速器外形尺寸縮小，保證了足夠的離地間隙，提升了整車的通過(guò)性[1]。

驅(qū)動(dòng)橋是汽車底盤的主要組成部分,它的作用是為汽車提供支撐、動(dòng)力傳遞。輪邊減速器是汽車驅(qū)動(dòng)橋的主要傳動(dòng)零部件之一，內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括行星齒輪系，其中行星齒輪與行星齒輪軸之間多采用滾針軸承結(jié)構(gòu)[2]。

輪邊減速器售后故障較大，引起客戶抱怨，不僅給公司帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，造成品牌影響，產(chǎn)生較大的顧客抱怨。因此成立專項(xiàng)質(zhì)量改進(jìn)小組，針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析改進(jìn)。

1 故障信息

1.1 故障模式

典型的輪邊減速器售后失效模式為：滾針軸承散架、行星輪止推墊片磨損、行星輪軸嚴(yán)重磨損、行星輪打齒失效。

圖2 滾針點(diǎn)蝕剝落散架

圖3 行星輪止推墊片磨損

圖4 行星輪軸嚴(yán)重磨損

圖5 行星輪打齒失效

1.2 故障統(tǒng)計(jì)

1）通過(guò)對(duì)輪邊減速器售后失效進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)該故障率在近幾年有上升趨勢(shì)。

圖4 某型驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器售后失效趨勢(shì)圖

2）針對(duì)某型驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器售后失效的舊件進(jìn)行拆解，統(tǒng)計(jì)故障模式，具體如下：

表1 某型驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器售后失效分類

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)拆解分析，發(fā)現(xiàn)行星輪止推墊片磨損故障模式占比52%，滾針軸承點(diǎn)蝕散架故障模式占比35%，其它失效模式占比13%。

由此可見(jiàn)，行星輪止推墊片磨損、滾針軸承點(diǎn)蝕散架是導(dǎo)致某型驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器售后失效的主要故障模式。

2 原因分析

2.1 止推墊片磨損分析

該橋型輪邊減速器最主要的失效形式是內(nèi)部磨損，從統(tǒng)計(jì)的舊件失效情況及磨損形貌，可以推出相關(guān)件的失效機(jī)理：

首先由于在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，輪邊受到?jīng)_擊、顛簸等工況，行星輪止推墊片存在軸向分力，表現(xiàn)為拆解的輪邊減速器行星輪止推墊片出現(xiàn)不同程度的磨損。隨著車輛持續(xù)運(yùn)行，磨損加劇，止推墊片、行星架、輪邊減殼的溫度會(huì)不斷上升，止推墊片（材料為碳纖維尼龍塑料）逐漸軟化，磨損性能大幅度降低，直至止推墊片完全磨損，導(dǎo)致行星輪與輪邊減殼及行星架直接接觸，產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，最終導(dǎo)致輪邊總成失效。

圖6 行星架磨損

圖7 輪邊減速器磨損

2.2 滾針軸承失效分析

從舊件現(xiàn)場(chǎng)及售后失效模式分析，滾針軸承點(diǎn)蝕散架的主要原因?yàn)闈L針軸承（帶保持架）的承載能力過(guò)低所致。具體分析如下：

由于目前該驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器采用帶保持架的滾針軸承，保持架占據(jù)了較大的布置空間，導(dǎo)致可布置的滾針數(shù)量減少，承載能力降低，從而造成滾針軸承點(diǎn)蝕散架。

圖8 滾針軸承點(diǎn)蝕

圖9 保持架變形

3 改進(jìn)措施

3.1 止推墊片改進(jìn)

根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)行星輪止推墊片的材質(zhì)進(jìn)行重新選型。由于熱固性樹(shù)脂型止推墊片具有較好的耐磨性，初步選擇熱固性樹(shù)脂型止推墊片替代目前的熱塑性碳纖維塑料尼龍止推墊片[3]。

3.2 滾針軸承改進(jìn)

根據(jù)分析結(jié)果，滾針軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。由于滿裝滾針軸承的支撐剛性更好，承載更大，初步選擇滿裝滾針軸承替代帶保持架結(jié)構(gòu)的滾針軸承[4]。

4 改進(jìn)效果

4.1 止推墊片改進(jìn)

通過(guò)理論分析并對(duì)兩種材質(zhì)行星輪止推墊片的強(qiáng)度及耐磨型進(jìn)行對(duì)比。在相同的試驗(yàn)工況下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)（壓力0.5 Mpa，轉(zhuǎn)速2000 rpm），結(jié)果如下：

表2

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：熱固性樹(shù)脂型止推墊片的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)及磨損率均優(yōu)于碳纖維尼龍塑料止推墊片。

4.2 滾針軸承改進(jìn)

通過(guò)理論計(jì)算，并對(duì)改進(jìn)前及改進(jìn)后的滾針軸承動(dòng)載荷進(jìn)行計(jì)算，具體情況如下[5]：

Cr：徑向基本額定動(dòng)載荷，N

bm：額定系數(shù)

fc：軸承幾何形狀、制造精度及材料有關(guān)的系數(shù)

i：滾動(dòng)體列數(shù)

Lwe：滾動(dòng)體有效長(zhǎng)度，mm

α：接觸角，°

Z：?jiǎn)瘟袧L動(dòng)體數(shù)量

D：滾子直徑

從數(shù)據(jù)可以看出，使用滿裝滾針軸承后，其額定載荷可以提高50%左右，壽命可提高3倍左右，同時(shí)行星輪軸的應(yīng)力會(huì)很大程度的降低。

計(jì)算結(jié)果如下：

表3

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采集故障信息、統(tǒng)計(jì)故障數(shù)據(jù)、分析原因、制定改進(jìn)措施等一系列的改善工作，并結(jié)合理論分析、臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行措施驗(yàn)證，有效的解決了某型驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器售后失效，并成功的通過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證。