汽车传动系统常见故障诊断及维修技术研究

2019-11-26张伟旗

汽车零部件 2019年1期

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司，江西鹰潭 335424)

0 引言

随着国民经济的高速增长和汽车科技的不断进步，汽车得以快速发展和普及使用，成为人们不可或缺且青睐有加的代步工具。近年来，全国汽车行业呈“井喷式”增长，且汽车保有量逐年提高[1]，截至2017年底已达2.17亿辆，约占机动车的七成，比2016年增加2 304万辆，且增速仍超过10%。现代交通的发达既给人类带来前所未有的便利、享受和巨大财富，也给人类带来了极大的灾难、痛苦及挑战，汽车事故呈逐年上升趋势，且该增长势头至今尚未得到有效地遏制和削弱，常被誉为“和平时代的战争”，成为当下中国的一大公害。

传动系是保证汽车行驶最基本的系统，也是汽车最主要的动力传动装置，直接决定着汽车的安全性、操控性、舒适性及经济性等关键性能。多数汽车故障皆源自传动系，且造成的后果与发动机故障不尽相同，但人们往往误认为传动系保养可有可无，远没有发动机、车身保养更受人关注。随着人们工作生活节奏的加快和追求高品质的生活，传动系对汽车技术性能指标及行车安全的影响至关重要。面对全球汽车产业智能升级和科技进步，特别是新能源、新材料、智能网联、无人驾驶等技术的应用，新品快速迭代升级，使汽车传动系的改变是颠覆性的，及时发现和维修故障就显得至关重要。

1 汽车传动系的技术发展概况及趋势

汽车诞生后，早期汽车传动系极为简单，大多采用发动机后置、后轮驱动，在发动机至后轮之间分散地采用链轮和齿轮传递动力。发动机输出动力驱动一组锥形减速齿轮，通过轴和皮带轮，再利用皮带传动带动驱动桥上的链轮；大、小链轮分别用于加速或与驱动轮上的内齿轮啮合，以使汽车行驶；汽车爬坡难时，司机需停车采用小链轮啮合后再驱动。1886年，德国Mercedes-Benz汽车率先将V型橡胶带式CVT设计在其汽油机汽车上，成为汽车历史上采用CVT技术的鼻祖；1891年，法国人A PEUGEOT奠定了汽车传动系基本构造，即采用前置发动机后驱动形式；1893年，美国现代汽车开山鼻祖D BROTHERS首次在汽车上设置干式单片离合器、差速器后桥，可使汽车转弯时两个轮子转速不同，以避免轮胎剧烈磨损；1894年，法国BENHART和LAVOISO发明了齿轮变速器；1898年以前，汽车发动机输出动力后，驱动轴直接由齿轮传给，需紧靠驱动轮轴安装发动机，不利于汽车造型设计；1900年，英国人HART制造出世界首辆四轮全驱动汽车，每个车轮皆由一台电动机驱动；1902年，P REES发明了汽车万向节，汽车得以前置后驱动或后置前驱动，标志着汽车传动技术终于走向成熟，法国Renault公司首次将万向节和差动轴齿轮装上Dion汽车，并由三轮改装为四轮微型汽车；1950年后，追求汽车人体工程学及外观完美的流线型则成为汽车设计的主流。

汽车变速器早先以采用齿轮式变速器居多，现采用自动变速器的渐多。1894年，法国人BENHART和LAVOISO制造出首辆使用变速器的汽车，可控制汽车时进时退、时快时慢，用事实征服了汽车界；1898年，法国人RENAULT发明伞齿轮式主减速器传动装置，取代传统的链条传动方式，且将万向节应用于汽车传动；德国Daimler公司将分档变速箱、带整体水箱的蜂窝式散热器和脚踏式加速器设计在汽车上，才确立了变速器作为汽车必不可少的关键部件的地位。1901年，美国人T BROTHERS申请自动变速器专利，研制出设有离心式离合器的三挡自动变速汽车，但因暴露问题太多，无法普及实用；1913年，螺旋锥齿轮主减速器后桥开始推广应用于美国Packard汽车；1928年，美国Packard、Cadillac轿车分别采用双曲线主减速器后桥、带同步器的变速器；1937年，自动安全变速器即现代自动变速器应用于美国Buick和Oldsmobile汽车；1940年，无离合器踏板的自动变速器应用于美国奥兹Cus-tom8-cruiser汽车，第一年就销售2.5万辆带有自动变速器的汽车；1948年，美国Buick轿车将行星齿轮机构与液压变矩器组成一体，即成为液力自动变速器原型；1957年，美国人SIMPSON发明三速自动变速器，由太阳齿轮、齿圈和行星齿轮巧妙构成，目前该自动变速器专利已逐渐推广应用至美国GM、Ford和Chrysler等公司制造的大部分车型。

2 汽车传动系结构组成及分类要求

2.1 主要结构组成及功用

汽车传动系是一种介于发动机与驱动轮之间的动力传递机构，属于三位复杂结构，涉及非线性结构分析领域。其结构组成往往因汽车配置不同而迥异，以机械式最常见，液力机械传动多用于大型客车、高级轿车和各类工程车辆，电力传动仅用于大型矿山车辆或民用轿车。机械式传动系包括离合器、变速器、万向传动装置(万向节和传动轴)和驱动桥(主减速器、差速器、半轴、桥壳)等部分；而设有分动器的越野车可将变速器输出动力分回给各驱动桥。汽车传动系的主要功能是配合发动机将输出动力传给驱动车轮，以完成切断动力、减速增扭、变速、轮间差速或轴间差速及倒车等。

离合器属于传动机构，常设在发动机与变速器之间，用以分离或接合动力的传递，其主要功能是保证汽车平稳起步、便于换挡、防止传动系过载、降低扭振冲击等。离合器的主、从动两部分能暂时分离或逐渐接合，且传动过程中可能产生相对转动，其主、从动件之间传递扭矩的方式主要是依靠接触摩擦，利用摩擦所需压紧力，利用液体作为传动介质，利用磁力传动等。

变速器可分为MT、AT、AMT、CVT、DCT型，主要用于改变传动比，倒车行驶，利用空挡使齿轮不啮合、动力传递中断、车轮无动力。手动变速器MT又称机械式变速器，由司机直接选择操纵不同的齿轮啮合，以改变传动比和传动方向，达到变速目的，其结构原理简单、制造难度小、传动效率高、换挡反应快、易维护保养，更有驾驶乐趣；但齿轮副众多，操作繁琐，且挡位切换时顿挫明显，在城市拥堵路段或高速塞车时，对司机要求较高。液力自动变速器AT包括液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统，能根据路况自动变速变矩，换挡时无需人工干预，可全身心注视路面交通而不被换挡搞得手忙脚乱，其故障率极低，只需定期换变速箱油，但挡位少、换挡慢且没有手动拨灵敏，传动效率不高，制造成本高，维修难度大，油耗较MT大。电控机械式自动变速器AMT有手动、自动运行模式，其自动变速系统由干式离合器、齿轮变速器、微机控制，通过改进传统手动齿轮式变速器，其传动效率高，易制造和易操作，省油、成本低、安全性能好；但换挡冲击较强，易中断动力，极速性能不好，以低端车型应用较多。无级变速器CVT包括带式、摩擦式和链式等，结构包括液压泵、金属带、控制系统等核心部分，且以应用金属带式居多，它可连续改变输入/输出轴二者的传动比[2]，得到传动系与发动机工况的最佳匹配，其无换挡顿挫感，输出线性、平顺，燃油经济性优于普通自动挡变速箱，但传动钢带受力有限。双离合机械式自动变速器DCT仍在发展之中，轮流工作的2个离合器可使换挡时动力传输持续而顺畅，虽然其使用要求、成本较高，但换挡快、省油、舒适性好，近年来表现异常突出，已成为变速箱技术的一个重要发展趋势。

2.2 传动系的分类要求

按结构和传动介质不同，传动系可分为机械式、静液式、液力机械式、电力式或有级、无级，其中机械式结构简单、工作可靠、传动效率较高，在各类汽车中应用广泛；静液式又称容积式液压传动系，它仅设一个液压马达将动力传给驱动桥主减速器或每个驱动轮皆设一个液压马达(可取消主减速器、差速器和半轴等机械传动件)，其机械效率低、价格昂贵、可靠性及使用寿命不理想，仅用于某些军用车辆；液力机械式的液力传动环节呈柔性，其行驶操作便利，传动更平稳，可实现无级变速，但结构较复杂、机械效率较低、价格昂贵，常用于现代高级轿车、部分重型汽车；电力式与静液式一样对传动要求很高，且电机质量远大于比油泵和液压马达，多用于机场牵引车、超重型车辆及矿山电动轮等。按传动比的变换方式，可划分为强制、自动、半自动等操纵式。

机械式传动系常见布置形式与发动机类型和安装位置、驱动形式及汽车用途有关，可分为FR、FF、RR、MR及四轮驱动。

前置后驱FR属于传统布置形式，采用前轮转向、后轮驱动，多用于货车、中高级轿车及部分客车。发动机前置使整车前后重力较均衡即轴荷分配均匀，其附着力大，驱动力足够，操控稳定性、制动性较好，但传动部件多、传动系统质量大，其传动轴贯穿于乘坐舱，占据舱内地台空间大。

前置前驱FF是前轮转向兼驱动。现代中小型轿车皆采用该布局。因发动机前置，汽车上坡时“头重尾轻”，重心后移致使前驱动轮附着力减少且易打滑；汽车下坡时，重心前移致使前轮负荷过重，高速行车制动时易翻车。其车厢地台低、操纵机构简单、直线行驶稳定性好、转向不足操控特性明显、抗侧滑能力比FR强、发动机散热好，但其结构复杂、转向半径相对较大。

后置后驱RR采用后轮驱动。大型客车多采用该布局，也有少量微型、轻型轿车采用，保时捷911“甩尾”则是因RR出名的。因发动机后置，“头轻尾重”使前轴不易过载，其车厢空间利用率高，车身地板高度低，受发动机高温和噪音影响小，但后轴荷较大，远距离操纵机构复杂、维修调整不便、发动机不易散热，司机难以发现行车中的故障，转向过度操控特性明显，一旦后轮抓地力达极限时，易产生打滑、甩尾，操控难。

中置后驱MR采用后轮驱动。因运动惯量最大的发动机置于前、后轴之间，使整车质量分布近乎理想均衡，运动性能极佳，已成为高级跑车及F1赛车的主流驱动方式。而“前中置发动机”置于前轴之后、乘员之前，类似于FR能达到理想轴荷分配，操控特性很中性，但其车厢较窄仅设2个座位，且距离发动机近，易受噪声干扰。

四轮驱动采用4个车轮驱动，可分为4WD、AWD。以上4种型式皆可采用该布局。4WD可满足各种恶劣路况下的极限性能驾驶，专为越野设计，其地面附着力最大，牵引力强、动力性及通过性良好；而轻型、中型、重型越野汽车驱动型式分别采用4×4、4×4或6×6、6×6或8×8，应用限滑差速器技术可使四驱系统精确调配各轮之间的扭矩；4WD汽车可选择以两轮或四轮行驶，高低速设定有2WD High、4WD High、4WD Low模式，日常驾驶选用高速设定；而越野攀坡、拖曳重物或路遇泥泞、积雪、崎岖多石路段宜选用低速设定。AWD无需司机来操作接合系统，循迹力更高，尤适用于恶劣路况和极端天气，无高低速选择，可按需自动分配前后轮扭矩，全时段实现最佳操控，提高驾驶性和全天候性，而非越野性，驱动轮打滑更少，使高性能跑车及赛车的牵引和操控水平更卓越。另外，还有全时四驱Full-time 4WD或恒时全驱 PermantAWD，即任何时候皆以4个车轮带动车子，必要时可自行调配前后轴的扭力。

3 传动系常见故障诊断及维修技术研究

3.1 离合器故障

3.1.1 分离不彻底

该故障主要表现为发动机处于怠速状态，踩下离合器踏板，原地挂挡难，且伴有齿轮撞击声；勉强挂挡后，尚未放松离合器踏板，汽车已行驶或熄火。应检查、调整离合器踏板自由行程和分离杠杆高度；若调整正常，仍分离不彻底，需拆卸离合器，排查从动盘是否装反、轴向移动是否困难、主从动盘有无翘曲、分离杠杆螺钉或浮动销是否松动或脱落；动盘在变速器输入轴上移动不灵活，其仍与飞轮或压盘有摩擦，导致离合器分离不彻底，需更换动盘装置[3]。

3.1.2 起步发抖

该故障主要表现为车辆起步时离合器离合不稳而抖动。各分离杠杆调整不良或膜片弹簧分离指端不平，压盘易受力不均或歪斜，应换压紧弹簧、调平分离杠杆；扭转减振、离合器压紧、膜片等弹簧弹力不足或开裂时，需换弹簧；衬片接触不良、表面硬化或粘上胶状物，应重装衬片；从动盘翘曲变形或歪斜时，需校正或更换；操纵机构被锁紧或连接松动，离合器片花键严重磨损，变速器一轴弯曲时，应调整或更换备件。

3.1.3 传力打滑

该故障主要表现为松开离合器时，车辆无法起步；车辆加速时，车速不会随发动机转速的提升而变快；上长坡时，离合器冒烟且有焦煳味[4]。根本原因是离合器主、从动部分摩擦力矩不足，导致发动机输出力矩无法全部传给传动系。故障诊断时，需拉紧驻车制动器、挂低速挡，缓松踏板且渐减节气门开度，发动机仍不熄火即可确认。需调整过小或无自由行程的离合器踏板；应拆下离合器下盖，调整分离杠杆高度，检查分离轴承回位情况；摩擦片有油污或磨损过大，离合器盖固定螺栓松动，压紧、螺旋或膜片等弹簧弹力不足、有裂纹或损坏，飞轮、压盘工作平面的平面度有误差，发动机支座移动或松动时，需清除、调整或更换。

3.1.4 异响

该故障主要表现为发动机怠速运转，离合器工作时有异响，而松开踏板无异响。发动机怠速运转时，离合器内有“沙沙”摩擦声，先用脚勾起踏板，有回程且无响声，是回位弹簧弹力不足。自由行程正常，发动机变速时有摩擦、撞击声，是分离轴承弹簧失效；略踩加速踏板，提高发动机转速，响声变大，应拆下离合器底盖，有火星是分离轴承损坏；无火星且有金属破碎声，是磨损大；火星成束窜出，是分离轴承滚珠破碎。

3.2 变速器故障

3.2.1 过热

该故障主要表现为驾车一段路程后，用手触摸变速器会发烫难忍。过热驾驶易引起轴承、齿轮及其他部件过早磨损，导致零件烧结损坏。可针对过热部位逐项排查，确认过热原因应先查润滑油量，油量不足时，需按规定补足；机油太稀或变质时，应更换合格新油；齿轮或轴承装配不当，过紧配合造成齿轮啮合间隙过小，引起轴承座附近发热时，需拆检并按安装规范重新装配。

3.2.2 跳挡

该故障主要表现为汽车在加减速、爬坡或颠簸大时，变速杆易自动跳回空挡。热车后，先采用连续加减速法逐挡路试，确认跳挡挡位，将变速杆挂入跳挡挡位，使发动机熄火，拆检变速器盖，排查跳挡齿轮啮合状况；未全长啮合，即为故障源；全长啮合，需排查啮合部位是否磨成锥形或二轴上该挡齿轮与各轴径向、轴向间隙是否过大，若是即为故障源。自锁装置止动阻力很小时，可用台虎钳夹住变速器盖，用手晃动换挡杆，若手感觉钢球未插入凹槽，即可诊断为自锁效能不良；否则是离合器壳与变速器结合平面、曲轴轴线位置变动引起故障。

3.2.3 乱挡

该故障主要表现为变速杆在车辆起步挂挡或行车中换挡时挂不上挡，挂入挡但退不回空挡或同时挂入两挡。变速杆定位销磨损松旷、折断或脱出，导致变速杆失控乱摆或能成圈转动时，皆需更换定位销且调整变速杆；变速叉轴弯曲、互锁销、钢球或凹槽剧烈磨损使互锁失效，易使变速器同时挂入两个挡位时，需修理或更换备件。

3.2.4 换挡难

该故障主要表现为离合器技术状况良好，变速杆在换挡时操作不便且无法挂挡，即使挂上挡，但难以退回空挡。变速杆操纵机构调整不当或损坏时，需将拉杆长度和位置调至规定值，更换严重变形或磨损件。齿轮齿端倒角过小或打齿变“毛”时，应予更换；变速杆在换挡时从槽中滑出，难以换挡摘挡时，需酌情紧固、修复或更换；变速器齿轮及轴装配不良时，要重新装配。检查同步器是否散架、锁环内锥面与齿轮外锥面的间隙是否正常，滑块是否磨损，弹簧是否调整适当等；若同步器无故障，则应排查一轴是否弯曲、花键是否磨损过甚、拨叉轴是否移动正常，必要时进行维修或更换。

3.2.5 漏油

该故障主要表现为各结合面、油封、螺栓紧固等处漏油，是导致变速器早期返修的三大问题之一，约占三包期故障的40%。应人工清除主箱壳体加工面残留油漆，设计专用料框，防止箱体零件装配转运中的磕碰伤，杜绝结合面漏油。应改进采用导向式压装工装，确保油封压装平稳；新增油封安装保护套，以防油封经由配合零件粗加工面时产生刮伤损坏，避免油封漏油。紧固螺栓或放油螺塞松动时，需按规定力矩拧紧。

3.2.6 异响

该故障主要表现为变速器工作时响声异常，如干磨、振动、撞击等。缺油或油质不良是变速器产生金属干摩擦声的主要原因，用手触摸其外壳烫手，应按规定添加或更换变速器润滑油；挂入个别挡时异响，多为在异响挡位工作，承受负荷的齿轮、轴承引起磨损或损坏；挂空挡时，仅有第一轴常啮合齿轮、轴承承受负荷；挂任何挡均有异响，多为变速器壳严重变形、磨损；挂直接挡无异响，是中间轴和第二轴前轴承并不承受负荷，而在其他挡工作时，二者皆有负荷；挂低速挡有异响，是变速器在一、二挡和倒挡传递扭矩较大，且一、二挡齿轮又接近二轴后轴承，轴承负荷在低挡时比高挡时大得多，一、二挡也更易损坏，而高速挡时响声会减弱或消失；停车时，踩下离合器踏板不响，松开踏板发响，为常啮合齿轮响，需适时成对更换搭配不当的齿轮；里程表软轴和齿轮发响时，则需修复或更换。

3.3 万向传动装置故障

3.3.1 车辆起步无异响而行驶中有异响

该故障主要表现为车辆起步时虽无异响，但行驶中出现金属撞击声或连续异响，且随着车速的提高而变大，脱挡滑行时异响也清晰。脱挡滑行或低速驾驶时，会发出有节奏且清晰的金属敲击声，多为万向节轴承壳压紧过甚使之转动不灵活，多见于维修之后；中间支承响会随着车速的加快而变大，以空挡滑行最严重，响声会在停车后消失；轴承散架时，会发出持续、沉闷而浑浊的响声，需拆卸传动轴挂挡运转，确认中间轴承有无响声；中间轴承支架橡胶垫圈、紧固螺钉太松或太紧，会使轴承位置偏斜，发出持续的“呜”声，可旋松轴承盖螺栓，若中间支承安装偏斜，响声会消失；轴承润滑不良时，响声未消失；若撞击声时而不规则且响声杂乱，应拆检传动轴万向节叉，排查其等速排列状况；高速行车或空挡滑行时，传动轴皆会发出异响，则需排查中间轴承座圈表面有无损伤和支架安装状况。

3.3.2 车辆起步有撞击声且行驶中有异响

该故障主要表现为车辆起步时传动轴变速或高速挡低速行驶时有撞击声，且行驶中响声不断。汽车起步或行驶中，振动、异响明显，表明中间轴承支架固定螺钉过松，重新拧紧则异响消失；行车途中突然变速，万向节轴承或凸缘松旷引起金属敲击声时，需紧固或更换；中间轴承内座圈静配合松旷，在汽车起步、变速或低速时的撞击声或异响更明显，需重新压配或更换轴承；制动减速时，后钢板弹簧螺栓松动易使传动轴产生沉重的金属敲击声，需检查并紧固。

3.3.3 车辆行驶中有异响且车身振抖

该故障主要表现为行车时超过中速有异响且随着车速的提高而变大，严重时车身振抖，方向盘、车门等振响强烈，若此时空挡滑行，则振抖更强烈，降至中速振抖消失，但传动轴仍有异响。异响呈周期性且随着车速的提高而变大时，可能是传动轴弯曲变形或套管凹陷、平衡块脱落、万向节滑动叉花键配合松旷或各部螺栓松动。

车速陡降时，若轴管凹陷、轴管与凸缘焊接歪斜或传动轴弯曲，传动轴摆振会更大；若持续振响，应检查中间轴承支架垫圈径向间隙是否过大；若中间轴承无故障，表明万向节十字轴回转中心与传动轴同轴度误差过大。行车中产生振抖，应排查传动轴万向节叉两端或夹角安装是否在同一平面内或同一位置；拆卸伸缩节前，应做好记号，组装时对正原记号，避免破坏传动轴平衡，有条件的需做好动平衡试验再装配；传动轴有中间支承的，还应检查轴承的技术状况，防尘装置应完好，卡箍径向相对。

3.4 驱动桥故障

3.4.1 漏油

该故障主要表现为桥壳体外、各结合面或油封处、加油口或放油口螺塞处渗漏油痕迹明显。齿轮油油量过多、变质或型号不对时，应放油至规定液位或更换合格的油；放油口、加油口螺塞漏油时，应先检查螺塞松紧度，螺塞过松需紧固，不松则排查螺塞有无裂纹；要适时调整或更换已磨损、硬化、破裂、安装位置不正确或装反的油封；通气孔堵塞使桥内压力升高，结合面处、油封处渗油时，应疏通清洁；需焊补有裂纹或气孔缺陷的桥壳；应更换过薄、硬化或已损坏的结合平面处密封垫片；需磨平加工粗糙或变形的两结合平面，拧紧固定螺钉。

3.4.2 过热

该故障主要表现为驾车一段路程，驱动桥壳中部或主减速器壳会热得烫手。齿轮油供油不足、变质或牌号不对时，需补足或更换合格的齿轮油；轴承、油封调整不当或损坏时，应予以调整或更换备件；一对主传动器锥形齿轮、差速器行星齿轮与半轴齿轮啮合不良，或主传动器从动齿轮背面与止推垫片间隙调整不当时，必须予以调整。

3.4.3 异响

该故障主要表现为汽车车况不同，驱动桥皆会发出异响。十字轴与行星齿轮孔或差速器壳、半轴花键与半轴齿轮配合不良，行星齿轮与半轴齿轮、主减速器主从动齿轮等啮合不良，各齿轮齿面磨损过甚、轮齿变形、折断或未成对更换，圆锥滚子轴承预紧不当时，皆应予以调整或更换；润滑不良，油量不足、有杂物、变质或牌号不符时，需补足润滑油，清除油中杂物或换油；主动、从动齿轮或驱动桥壳体松动时，应拧紧或更换紧固螺母、紧固螺钉；汽车左右侧轮胎规格不一，不断调整带电控防滑差速器会发出异响时，需排查故障原因并排除。