差速器行星齿轮与轴磨损原因及维修技术

项斌

摘 要：差速器是当前汽车变速器的最主要传动零部件，在不断变化的工作状态下，可能会产生使用寿命和使用性能方面的缺陷。对此我们要针对差速器的各个零部件强度进行设计和判定，在满足寿命使用要求的前提下，综合考虑零部件可能出现的磨损情况，采取维修措施。因此本次研究也将围绕行星齿轮和轴的配合位置磨损与改善措施展开分析与讨论。

关键词：差速器;行星齿轮;轴磨损;维修技术

引言

差速器作为当前汽车传动系统的关键组成部分，能够满足车辆行驶运动学需求，用以实现两侧车轮在行程不等时以不同转速进行旋转。其中行星齿轮数量越多，负载不均匀，现象会更加严重，某些镍和间隙较大的行星齿轮承受载荷较小时，会导致行星轮系承载能力降低影响运转安全性，甚至产生振动和其他齿轮失效现象。此类问题需要得到重点关注，否则必然影响行车安全。

1 差速器的工作机制

在车辆保持直线行驶状态时，车辆动力通过差速器的直接传递到差速器外部，再通过行星齿轮轴传递到行星齿轮，带动半轴齿轮后驱动。使两侧车轮的受阻力相同，在行星机构刚性连接时行星齿轮并不发生自转。

反之在车辆保持转弯状态时，由于左右车轮受到的阻力不一致，所以行星齿轮绕半轴公转之后车轮阻力随之产生，而差速器的作用在于产生绕行星齿轮轴自转吸收阻力差，使得车轮以不同速度进行旋转，帮助车辆进行转弯。

目前，行星齿轮传动利用了多个行星轮来进行载荷分担完成功率分流，具有良好的承载能力和结构优势。当行星轮数量增加时，行星传动系统的结构优势和承载力优势将体现得更加显著，但是在实际工作当中，由于行星齿轮系统本身会存在无法避免的制造问题或安装缺陷，再加上受到运动构件当中的变形磨损因素影响，系统当中的行星轮负载往往有不均匀特性。

在之前的一些国外研究当中已经提到了齿轮位置偏差和齿轮误差的有关内容，在这些研究的基础上进一步分析了齿厚偏差等参数对行星齿轮在具体性能方面产生的影响。与之相比，我国在行星传动系统均在特性方面的研究起步时间较晚，对于行星齿轮和轴磨损原因和维修技术的研究工作也因此屏障与国外存在差异。不过在齿轮系统动力学理论开始成为一项重要的学科之后，关注动力学行为有关的动载系数模态特性，振动过程等能够为优化系统动态特征和参考依据，同时也让零部件磨损和维修技术的应用更加广泛。特别是在零部件特别是在行星齿轮和轴配合位置等多见的零部件磨损工作当中，会对差速器磨损失效展开分析对比，精确定位磨损原因与改善措施[1]。

2 磨损类型与维修处理方案

2.1 常见磨损与维修

磨损本身是零部件失效的基本特征，通常情况指的是零部件几何尺寸和体积不可避免产生缩小现象。从表面破坏机体特征来看，磨损类型包括很多类型，比如磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损等。不同类型其中，表面疲劳磨损是磨损的最常见表现形式而腐蚀磨损则只会在特定的条件下才会产生。以表面疲劳磨损微粒表面疲劳磨损是两个不同的接触表面，再触压应力的作用下，导致材料因疲劳产生物质损失而腐蚀磨损，则指的是零件在摩擦过程当中产生化学反应或电化学反应产生物质损失。值得一提的是，近年来的研究当中，开始针对微动磨损展开分析，例如小幅振幅的相对振动让接触表面产生氧化物磨损粉末，此时造成的磨损就被称为微动磨损。

例如，在变速器产品进行差速器耐久试验时，研究人家发现行星齿轮和轴之间出现磨损，导致实验结果失败，通过对失效零部件进行检测排查之后，如果零部件的尺寸和状态符合工作要求，那么就可以根据磨损痕迹判断是否为表面疲劳磨损。具体来看，表面疲劳磨损的常见原因是表面应力过大或润滑状态较差，对此，可以考虑对零部件展开CAD仿真分析，从而降低接触区域的应力并解决某种问题，改善齿轮的性能。假设是因为应力过大导致的差速器磨损，那么可以考虑降低发动机输入扭矩，从根源上降低行星齿轮的承载从而控制接触应力，但此时汽车的动力性能可能会受到不同程度的影响。必要时还可以通过增大接触面积的方式将内孔中间的位置进行调节，将行星齿轮和轴的接触区域应力分布均匀化，让最大接触应力下降，这样可以最大化避免汽车行驶时的承载不均和相关安全问题，提高汽车的安全性能[2]。

2.2 分析静力学均载特性

分析静力学均载特性的原因在于汽车差速器在制造和安装过程当中可能会产生误差情况，例如构件变形等。在目前的传动系统设计过程当中，行星轮所传递的载荷并不相同，甚至所有载荷都会被一个行星轮所承担，此时其他行星轮处于非啮合状态下，载荷分配不均，很容易导致差速器破坏和失效。对此应充分分析行星轮均载问题，从而发挥传动系统的良好性能，要达到这一目标，可以从两个方面展开探索。第一是提升齿轮和行星架等主要零部件的加工精度，但这项工作受到工艺成本和技术水平的限制比较明显;第二则是采用均载装置使用弹性件完成均载。目前均载装置类型较多，不同的应用范围和均载机里，使得使用者需要根据系统特征选择相应的装置类型，但都离不开静力学均载特性分析，将均载结构应用于灵敏度较高的位置。由于差速器有无差速和有差速两种不同的工作状态，其中无差数工作状态下差速器系统整体在某一角速度而旋转，各个构件之间无相互运动处于静力平衡;反之，有差速状态下，各个构件之间存在相互运动。此时需要综合建立等效弹簧模型研究无差速状态下的构建误差和系统刚度与均载性能之间的联系。在静在和作用之下，如果系统半轴齿轮不发生改变，那么行星齿轮轴上加入扭矩之后，会因为误差导致某一个行星齿轮率先进入啮合状态。输入扭矩逐渐增大，啮合齿轮和支承会产生弹性变形直至所有行星齿轮侧隙全部被消除之后，让所有行星齿轮进入啮合状态。从相应的分析过程来看，需要进一步提高行星齿轮的精度并合理布置误差相位，且行星齿轮数量越少负载不均匀现象就越轻[3]。

2.3 分析动力学均载特性

差速器在汽车中具有重要的作用，其主要是在车辆转弯或路面不平整状态下，实现左右两侧车轮的合理旋转，满足汽车的运动学需要，所以差速状态下的系统模型可以被认为是动力学模型。新齿轮和轴的磨损原因与维修技术研究当中，需要对系统动力学模型展开评估和分析，得到动态均载结果以及不同因素对动态均在因素的特性影响。具体来看，需要研究各个误差因素单独作用时动态均载，系数的变化情况，包括系统刚度变化、行星齿轮数量变化、载荷变化等[4]。另外均载装置的选择和差速器均载结构调节也是非常重要的工作内容。

3 结语

差速器作为当前汽车不可或缺的传动部件，承受着扭矩和交变重载荷，而行星轮和轴则直接影响到结构的承载能力与可靠性。在后续的研究当中，可以通过专门的实验装置对行星轮的状态进行实时采集分析，可能出现的常见磨损原因采取针对性维修方案，将各类特性分析工作落到实处。这样一来可以将研究成果应用到工程实际阶段，从而做出结构调整和装置调整。

参考文献：

[1]郭明亮， 王兴华. 浅析差速器行星齿轮与轴磨损原因及改善措施[J]. 内燃机与配件， 2019（17）：2.

[2]魏聪， 王优强， 周亚博，等. 汽车差速器锥齿轮差速工况下的润滑特性研究[J]. 润滑与密封， 2019（8）.

[3]李海平， 赵建民， 张鑫，等. 行星齿轮箱齿轮磨损故障诊断[J]. 振动与冲击， 2019， 38（23）：84-89.

[4]王娜.无轨胶轮车主减速器齿轮頻繁磨损原因分析及 预防措施[J].煤矿机械，2019，40（10）：160-161