差速器和變速箱一樣嗎

不像變速器。差速器和變速箱都是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的組成部分，但分工明確，作用不同。

齒輪箱的定義:

變速箱使用不同的檔位來(lái)改變從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車輪的速度和扭矩。變速箱檔位一般分為低速檔、直接檔和超速檔。低檔是指?jìng)鲃?dòng)比大于1的檔位。比如常見(jiàn)的5速變速箱的1、2、3檔屬于低速檔，4檔屬于直接檔，5檔屬于超速檔。

微分的定義:

汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)外輪轉(zhuǎn)速不同，外輪轉(zhuǎn)速較快。如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪剛性連接在一起，轉(zhuǎn)彎時(shí)必然有一個(gè)車輪相對(duì)于地面滑動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎困難，特別是高速行駛時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響穩(wěn)定性。所以需要一個(gè)裝置來(lái)保證兩個(gè)輪子在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候不會(huì)互相干擾，同時(shí)兩個(gè)輪子都能獲得足夠的驅(qū)動(dòng)力。這個(gè)裝置就是差速器。

汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輪是以弧線運(yùn)動(dòng)的，所以外輪的轉(zhuǎn)速一定要高于內(nèi)輪，有一定的速度差，會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪造成相互干擾，這就需要差速器。

現(xiàn)在，差速器安裝在汽車的驅(qū)動(dòng)橋上。

布置在前驅(qū)動(dòng)橋(前驅(qū)動(dòng)汽車)和后驅(qū)動(dòng)橋(后驅(qū)動(dòng)汽車)上的差速器可以分別稱為前差速器和后差速器。如果安裝在四驅(qū)汽車的中間傳動(dòng)軸上，以調(diào)節(jié)前后輪的轉(zhuǎn)速，則稱為中央差速器。

具體工作原理就不詳細(xì)描述了。值得注意的是，乘用車前輪驅(qū)動(dòng)的差速器與商用車后輪軸的差速器完全相同。不同的是，乘用車采用兩個(gè)行星齒輪和一個(gè)行星軸，卡車采用四個(gè)行星十字軸。

一般來(lái)說(shuō)，差速器的故障很少，尤其是乘用車的故障。故障多見(jiàn)于貨車，多因超載導(dǎo)致強(qiáng)度不足。

半軸齒輪是差速器的核心部件，具有重合度大、傳動(dòng)穩(wěn)定性好、承載能力大的特點(diǎn)。

由于設(shè)計(jì)、制造和過(guò)載等原因，半軸齒可能出現(xiàn)接觸疲勞、磨損、膠合、斷齒等故障。當(dāng)這些故障發(fā)生時(shí)，差速器就會(huì)失效，汽車無(wú)法正常行駛，甚至?xí)l(fā)生安全事故。

半軸齒輪制造技術(shù)；

(1)鍛造:下料→磨外圓→車錐度→加熱→溫鍛

(2)預(yù)處理:正火→拋丸→磷化/皂化→冷校。

(3)粗加工:鉆孔→粗車背錐→修邊→精車背錐→精車內(nèi)孔端面倒角。

(4)拉花鍵。

(5)熱處理:滲碳淬火→拋丸。

(6)精加工:精加工軸頸平面。

(7)成品:產(chǎn)品最終檢驗(yàn)→清洗上油→包裝。

側(cè)齒輪一般采用20CrMnTiHGB/T5216—2004，是一種性能良好、淬透性高的滲碳鋼。滲碳淬火后具有堅(jiān)硬耐磨的表面和堅(jiān)韌的心部，低溫沖擊韌性高，焊接性適中，正火后具有良好的切削加工性。

20CrMnMoH可以作為一種較好的材料，其淬透性優(yōu)于上述材料。

但在一些軍用等特殊場(chǎng)合，重載十字軸由于交變載荷的作用彎曲強(qiáng)度不足，受空的限制無(wú)法在尺寸上加強(qiáng)，所以可以選用含Ni的材料，其淬透性更強(qiáng)。在表面硬化的同時(shí)，材料的核心仍保持良好的韌性。值得注意的是，Ni材料的熱處理要求更高。

20CrMnTiH化學(xué)成分:

丙:0.17-0.23

Si:0.17-0.37

錳:0.80-1.15

s:允許殘留含量≤0.035

p:允許殘留含量≤0.035

Cr:1.00~1.35

鎳:允許殘留含量≤0.030

銅Cu:允許殘留含量≤0.030

鈦:0.04-0.10

1.半軸齒輪的失效模式分析及改進(jìn)方法。

用戶反饋顯示部分檔位出現(xiàn)故障，典型故障檔位

可以判斷失效形式為斷齒失效，這是齒輪最嚴(yán)重的失效形式。出現(xiàn)故障后，差速器無(wú)法實(shí)現(xiàn)差速，容易造成事故和人身傷害。

(1)金相分析

對(duì)失效齒輪的熱處理效果進(jìn)行了測(cè)試，數(shù)據(jù)表明齒輪的熱處理符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

為準(zhǔn)確判斷斷齒原因，對(duì)端口進(jìn)行了金相觀察，斷口未發(fā)現(xiàn)疲勞損傷。

齒輪斷口沒(méi)有宏觀塑性變形，輻射區(qū)占斷口的很大一部分。微觀上，斷口主要為沿解理面的穿晶斷裂，斷口形貌為準(zhǔn)解理撕裂。

說(shuō)明齒輪沒(méi)有疲勞斷裂特征，是一次性斷裂。斷齒不是因?yàn)槠趶?qiáng)度不足，也沒(méi)有初始裂紋，齒面沒(méi)有折疊。因此可以判斷斷齒是過(guò)載造成的，即斷齒是齒輪強(qiáng)度不足造成的。

(2)故障再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)和強(qiáng)度校核

經(jīng)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)橋總成的靜扭儲(chǔ)備系數(shù)為2.21，符合QC/T534—1999。

扭轉(zhuǎn)的靜態(tài)結(jié)果是半軸齒輪壞了，而不是半軸。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)原理，驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)該是半軸。

測(cè)試結(jié)果表明，側(cè)齒輪損壞時(shí)的輸入扭矩為1670Nm。

此時(shí)差速器殼的扭矩為1670×38/9=7051.11Nm

半軸齒輪承受的扭矩為7051.11/2=3525.56?！っ?。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，差速器的扭矩分配系數(shù)為0.6。

側(cè)齒輪實(shí)際能承受的最大扭矩為754×38/9×0.6=1910.33Nm。

則側(cè)齒輪的備用系數(shù)為3525.56/1910.33=1.85。

根據(jù)QC/T29108—1993，汽車驅(qū)動(dòng)橋差速器行星齒輪和半軸齒輪的強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)應(yīng)≥2.5。

因此可以得出結(jié)論，側(cè)齒輪強(qiáng)度不足的根本原因在于設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足。

(3)結(jié)構(gòu)改進(jìn)和有限元分析。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)原理，最薄弱的部分是半軸。根據(jù)與該齒輪匹配的半軸的最大扭矩儲(chǔ)備系數(shù)，修正半軸齒輪的儲(chǔ)備系數(shù)至少應(yīng)大于2.63。

為了保證齒輪強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)有一定的富余，設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)半軸齒輪的強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)為K=3。

半軸齒輪有限元分析表明，承受最大扭矩時(shí)，最大應(yīng)力

利用ANSYS對(duì)側(cè)齒輪進(jìn)行應(yīng)力分析，有限元分析得到的應(yīng)力集中點(diǎn)與故障部位的失效點(diǎn)相同。

通過(guò)模擬嚙合區(qū)位置和紅丹粉檢測(cè)，應(yīng)力集中點(diǎn)和嚙合區(qū)在同一區(qū)域，導(dǎo)致齒輪承載能力差。

為了提高齒輪的強(qiáng)度，對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在輪齒的上下兩端增加了加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu):

應(yīng)力集中在大端齒的頂部和小端平面與面錐的相交處。

當(dāng)小端鋼筋直徑較小時(shí)，小端平面與面錐相交處的應(yīng)力點(diǎn)(故障部位的破壞點(diǎn))消失，只存在大端齒頂處的應(yīng)力點(diǎn)。

此時(shí)側(cè)齒輪的扭矩值為7162n·m(根據(jù)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)定的目標(biāo)加載的扭矩)，此時(shí)最大應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力值為592.9MPa，小于980MPa，有一定的強(qiáng)度裕度。

(4)改進(jìn)齒輪效果的驗(yàn)證。

改進(jìn)后的齒輪經(jīng)用戶使用后，在使用期內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)斷齒失效現(xiàn)象，產(chǎn)品符合用戶要求。

(5)經(jīng)驗(yàn)

◆采用有限元分析驗(yàn)證齒輪設(shè)計(jì)，建立仿真模型，設(shè)置變量，通過(guò)有限元分析傳遞模型。分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。當(dāng)用于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，強(qiáng)度理論分析可以有效地保證半軸齒輪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，避免差速器失效，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少試制和試驗(yàn)的浪費(fèi)，提高首次開(kāi)發(fā)的成功率。

◆在確認(rèn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足時(shí)，首先考慮局部加強(qiáng)的方法，盡量避免增加模塊尺寸帶來(lái)的更大的設(shè)計(jì)變更。

2.差速器常見(jiàn)故障模式及原因分析

當(dāng)車輪直線行駛時(shí)，差速器齒輪的磨損率較低。

而臟的潤(rùn)滑油會(huì)加速齒面、齒輪推力面、內(nèi)孔的磨損，加速止推墊圈、殼體推力面、內(nèi)孔的磨損。

修理時(shí)間隙調(diào)整不當(dāng)，會(huì)造成半軸齒輪和行星齒輪在傳動(dòng)時(shí)沿軸線方向向后移動(dòng)，造成齒輪嚙合間隙過(guò)大，導(dǎo)致嚙合不正常。

如果齒輪長(zhǎng)期嚙合間隙過(guò)大，必然會(huì)形成齒面臺(tái)階和畸形，加速差速器齒輪本身的磨損，導(dǎo)致十字軸和差速器殼的一系列損壞。

差速器齒輪異常磨損后，工作時(shí)行星齒輪前后移動(dòng)并左右擺動(dòng)，工作時(shí)半軸齒輪也前后移動(dòng)并左右擺動(dòng)。當(dāng)行星齒輪沿半軸齒輪異常傳動(dòng)時(shí)，十字軸因受力不均而損壞，止推墊圈和殼體內(nèi)孔也加速磨損。

當(dāng)差速齒輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即車輛直線行駛時(shí)，在傳遞力發(fā)生變化的情況下，齒輪與齒輪相互碰撞，導(dǎo)致十字軸、止推墊圈和差速器殼損壞加劇。

可見(jiàn)，差速器齒輪過(guò)度磨損后，無(wú)論差速器齒輪工作與否，其影響都是非常大的。

行星齒輪、十字軸斷裂或十字軸斷裂，往往首先導(dǎo)致齒輪過(guò)度磨損，然后十字軸損壞或斷裂，使整個(gè)差速器完全失效。

3.差動(dòng)故障的簡(jiǎn)易檢測(cè)方法

在檢查差速器行星齒輪和半軸齒輪之間的嚙合間隙之前，應(yīng)將半軸齒輪及其止推墊圈，以及十字軸、行星齒輪及其止推墊圈放入一側(cè)的半殼中，并用夾具夾緊十字軸和半殼。

然后將行星齒輪通過(guò)止推墊圈貼在半殼上，百分表觸點(diǎn)靠近行星齒輪大端的齒面。然后，將另外兩個(gè)彼此靠近的行星齒輪在不同的旋轉(zhuǎn)方向上夾緊，以防止側(cè)齒輪旋轉(zhuǎn)。

此時(shí)，輕輕來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)行星齒輪，測(cè)量齒輪與側(cè)齒輪的嚙合間隙。但測(cè)量時(shí)，要測(cè)兩個(gè)或四個(gè)點(diǎn)，取平均值。一般這個(gè)間隙應(yīng)該在0.20~0.50mm的范圍內(nèi)。

檢查完一側(cè)后，用同樣的方法檢查另一側(cè)。

檢查時(shí)，如果四個(gè)行星齒輪與一個(gè)半軸齒輪的嚙合間隙相近，但都不符合要求，可以通過(guò)更換不同厚度的半軸齒輪止推墊圈來(lái)調(diào)整。

止推墊圈厚度的變化對(duì)每個(gè)行星齒輪和另一側(cè)半軸齒輪之間的嚙合間隙沒(méi)有影響。

如果只是某個(gè)行星齒輪與半軸齒輪的嚙合間隙不符合要求，可以通過(guò)更換行星齒輪不同厚度的止推墊圈來(lái)調(diào)整。

但止推墊圈厚度的變化會(huì)影響行星齒輪與另一側(cè)半軸齒輪的嚙合間隙。所以調(diào)整時(shí)一定要注意這種情況。

另外，還需要注意的是，有些車并沒(méi)有采用上述方法檢查行星齒輪和半軸齒輪的嚙合間隙。取而代之的是，當(dāng)差速器的裝配工作基本完成，差速器殼的固定螺栓擰緊至半擰緊狀態(tài)時(shí)，從差速器殼的窗口插入測(cè)厚儀，測(cè)量后半軸齒輪與差速器殼之間的間隙，以確定行星齒輪與半軸齒輪之間的嚙合間隙是否正常。

這個(gè)間隙應(yīng)該是0.23~0.32mm，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，就要用不同厚度的止推墊圈進(jìn)行調(diào)整。

調(diào)節(jié)墊圈有多種不同厚度，可根據(jù)實(shí)際需要檢查后選擇。