郭（guō）明亮　王興華

（長城汽車（chē）股份有（yǒu）限公司）

差速器是汽車變速器Z重要的傳動零部件之一，差速（sù）器（qì）經常在不斷變化的轉速和載荷（hé）下工作，所以對於差速器而（ér）言，如何才（cái）能滿足其壽命的使用（yòng）要求，是差速器設計和應用的關鍵；通常情況下，我們不僅要對各個子零部件的強度進行設計校核，同時也要（yào）考慮到（dào）零部件之間的磨損（sǔn），特別（bié）是行星齒輪與軸的配合位置。本文通（tōng）過對差速器磨損的失效進行（háng）分析對比，找到了磨損產生的原因及改善的措施。

汽車差速器是能（néng）夠使左、右（或前、後）驅動輪實現以不同轉速轉動的（de）機構。主要由左右半軸齒輪、兩個行星齒輪及（jí）行星齒輪（lún）軸組成。功用是當汽車轉彎行駛或在不（bú）平路麵上行駛時，使左右車輪以不同轉速滾動，即保證兩側驅動車輪作純滾動運（yùn）動。 

01　差（chà）速器工作原（yuán）理

車輛直（zhí）線行駛時，動力通過差（chà）速器齒圈傳遞到差速器外殼，再由行星齒（chǐ）輪軸傳遞到行星（xīng）齒輪，帶動半軸齒輪後驅動半（bàn）軸及車輪。（兩側車輪受阻力相同，行星機構剛性連接，行星齒輪不發（fā）生自轉）當車輛轉彎時，左右（yòu）車輪（lún）受到的阻力不一致（zhì），這時行（háng）星齒輪繞半（bàn）軸公（gōng）轉，同時受車輪阻力不同產生繞行星齒輪軸自轉，從而吸收阻（zǔ）力差，使車輪能（néng）不同速度旋（xuán）轉，實現轉彎。 

02　磨損的類（lèi）型（xíng）

磨（mó）損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上（shàng）來講，磨損是（shì）指零部件幾何尺寸（體積）變小。按照表麵破壞機理特征，磨損可以分為（wéi）磨（mó）粒（lì）磨損、 粘著磨損、表麵疲勞磨（mó）損、腐蝕磨損和微動磨損等。前三種是磨損的基本類型，後兩種隻在某些特定條件下才會發生。 

磨粒磨損：物體表麵與硬質顆（kē）粒或硬質凸出物（包括硬金（jīn）屬）相互摩擦引起表麵材料損失。 

粘著磨損：摩擦副相對運動時，由於固（gù）相焊合作用（yòng）的結（jié）果，造成接（jiē）觸麵金屬損耗。 

表麵（miàn）疲勞磨（mó）損：兩接觸表麵在交變接（jiē）觸壓應力的作用下，材料表麵因疲勞而產生物質損失。 

腐蝕磨（mó）損：零（líng）件表麵在摩擦的過程中，表麵金屬與周圍（wéi）介質發（fā）生（shēng）化學或電化學反應（yīng），因而出現的物（wù）質損失。 

微動磨損：兩接觸表（biǎo）麵間沒有宏觀相對（duì）運動，但在外界變動負荷影響下，有小（xiǎo）振幅的相（xiàng）對（duì）振動（小於100μm）， 此時接觸表麵間產（chǎn）生大量的微（wēi）小氧化物磨損粉末，因此造成的磨損稱為微動磨損。 

03　案例（lì）分析過程

某公司自主研（yán）發的一款變速器產品，在進行差速器（qì）耐久（jiǔ）試驗時，行星齒輪與軸之（zhī）間產生磨損導致試驗失效。失效信息如表1。

通過對失效零部（bù）件的檢測排查，尺寸及狀態都完全符合產品要（yào）求，基本排除質量不合格導致的失（shī）效；根據失（shī）效零部件的（de）磨損痕跡，初（chū）步判定為表麵疲勞磨損；而產生表麵疲勞磨損的常見原因有兩種：潤滑狀態差和表麵應力過大；然而試驗過程中，通過對潤滑狀態的監控，可以（yǐ）排（pái）除潤滑的原因。所以此問題根本原因基本鎖定為行（háng）星齒輪內孔 與軸接觸位置（zhì）應（yīng）力過大導致的表麵疲勞磨損。為進一步證實我們（men）分析的準確性，對零部件進行CAE仿真分析，結（jié）果如圖1。

分析結果顯示行星齒輪與軸接觸的部分區域應力超過10000MPa；那（nà）麽如何降低（dī）接觸區域的應（yīng）力是解決磨損問題的關鍵。對於降低接（jiē）觸應力，可采用兩種（zhǒng）方法：一是降低發動機的輸入扭矩（可通過限扭的方式），從根本上降低行星齒輪的（de）承（chéng）載從而讓接觸應力下降，但是此種方（fāng）法往往會犧牲汽車的動力性（xìng），對於一些對動力性有要求的客戶來說，這樣的更改無法接（jiē）受。另外一種方法是增大接觸麵積，從CAE仿真分析的應（yīng）力分布圖來（lái）看，應力Z大區域主要集（jí）中在齒（chǐ）輪內孔兩側（cè），而內（nèi）孔（kǒng）中心位置應力很小（xiǎo），隻（zhī）有30MPa，所以我（wǒ）們增大接觸麵積（jī）就必須（xū）讓齒輪（lún）內孔中間（jiān）的位置“鼓（gǔ）”起來。 

04　改善措施的製定與實施（shī）

通過以上分析，需對行（háng）星齒輪內孔增加鼓形設計；鼓形結構可通（tōng）過熱後（hòu）車削加工來實現，工藝十分成熟，具備量產可行性；同時（shí）重新分析了行（háng）星（xīng）齒輪與軸的接觸區域的應力分布，Z大接觸應力由原來（lái）的10134MPa 下降到1557MPa，改善效果明顯；耐久試驗做了幾輪，效果也有比（bǐ）較大的提升。

來源：《內燃機與配件》2019年第17期