某型驅動橋輪邊減速器售后失效改進

周彬，王興，李穩，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，對整車動力有較高要求，一般的單級主減速器難于滿足使用要求。因此，此類汽車通常采用單級主減速器與輪邊減速器的結合的布置型式，將驅動橋的一部分速比分配給安裝在輪轂附近的輪邊減速器。這樣使驅動橋的速比變大，發動機傳遞至輪胎的扭矩同步變大，提升了整車的動力性。同時使驅動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，提升了整車的通過性[1]。

驅動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、動力傳遞。輪邊減速器是汽車驅動橋的主要傳動零部件之一，內部結構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構[2]。

輪邊減速器售后故障較大，引起客戶抱怨，不僅給公司帶來巨大的經濟損失，造成品牌影響，產生較大的顧客抱怨。因此成立專項質量改進小組，針對此問題進行分析改進。

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、行星輪軸嚴重磨損、行星輪打齒失效。

圖2 滾針點蝕剝落散架

圖3 行星輪止推墊片磨損

圖4 行星輪軸嚴重磨損

圖5 行星輪打齒失效

1.2 故障統計

1）通過對輪邊減速器售后失效進行統計分析，發現該故障率在近幾年有上升趨勢。

圖4 某型驅動橋輪邊減速器售后失效趨勢圖

2）針對某型驅動橋輪邊減速器售后失效的舊件進行拆解，統計故障模式，具體如下：

表1 某型驅動橋輪邊減速器售后失效分類

通過數據統計及現場拆解分析，發現行星輪止推墊片磨損故障模式占比52%，滾針軸承點蝕散架故障模式占比35%，其它失效模式占比13%。

由此可見，行星輪止推墊片磨損、滾針軸承點蝕散架是導致某型驅動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部磨損，從統計的舊件失效情況及磨損形貌，可以推出相關件的失效機理：

首先由于在實際運行過程中，輪邊受到沖擊、顛簸等工況，行星輪止推墊片存在軸向分力，表現為拆解的輪邊減速器行星輪止推墊片出現不同程度的磨損。隨著車輛持續運行，磨損加劇，止推墊片、行星架、輪邊減殼的溫度會不斷上升，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，導致行星輪與輪邊減殼及行星架直接接觸，產生嚴重磨損，最終導致輪邊總成失效。

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

從舊件現場及售后失效模式分析，滾針軸承點蝕散架的主要原因為滾針軸承（帶保持架）的承載能力過低所致。具體分析如下：

由于目前該驅動橋輪邊減速器采用帶保持架的滾針軸承，保持架占據了較大的布置空間，導致可布置的滾針數量減少，承載能力降低，從而造成滾針軸承點蝕散架。

圖8 滾針軸承點蝕

圖9 保持架變形

3 改進措施

3.1 止推墊片改進

根據分析結果，對行星輪止推墊片的材質進行重新選型。由于熱固性樹脂型止推墊片具有較好的耐磨性，初步選擇熱固性樹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

根據分析結果，滾針軸承的結構進行重新設計。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構的滾針軸承[4]。

4 改進效果

4.1 止推墊片改進

通過理論分析并對兩種材質行星輪止推墊片的強度及耐磨型進行對比。在相同的試驗工況下進行對比試驗（壓力0.5 Mpa，轉速2000 rpm），結果如下：

表2

從試驗數據可以看出：熱固性樹脂型止推墊片的動、靜摩擦系數及磨損率均優于碳纖維尼龍塑料止推墊片。

4.2 滾針軸承改進

通過理論計算，并對改進前及改進后的滾針軸承動載荷進行計算，具體情況如下[5]：

Cr：徑向基本額定動載荷，N

bm：額定系數

fc：軸承幾何形狀、制造精度及材料有關的系數

i：滾動體列數

Lwe：滾動體有效長度，mm

α：接觸角，°

Z：單列滾動體數量

D：滾子直徑

從數據可以看出，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，同時行星輪軸的應力會很大程度的降低。

計算結果如下：

表3

5 結束語

通過采集故障信息、統計故障數據、分析原因、制定改進措施等一系列的改善工作，并結合理論分析、臺架試驗進行措施驗證，有效的解決了某型驅動橋輪邊減速器售后失效，并成功的通過市場驗證。