分動器高檔齒與輸入軸燒結問題的研究

劉峰

摘 要：文章通過對重型卡車車輛分動器高檔齒與輸入軸燒結問題進行分析研究，解決了低溫環境時潤滑油不符合要求造成的燒結問題，并從零部件設計、實際使用等方面提出改進措施和建議，有效的解決了分動器高檔齒與輸入軸燒結問，提高了分動器的性能和使用壽命。

關鍵詞：分動器;低溫;燒結;潤滑油

中圖分類號：U463.215? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-65-03

Abstract： This article analyzes and researches the sintering problem of high-end gears and input shafts of heavy-duty truck vehicles. It solves the problem of sintering caused by lubricants that do not meet the requirements in low temperature environments， and proposes improvement measures from parts design and practical use. And suggestions， effectively solve the problem of sintering of high-end gears and input shafts of the transfer case， and improve the performance and service life of the transfer case.

Keywords： Transfer?case; Low?temperature; Sintering; Lubricant

CLC NO.： U463.215? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-65-03

1 故障現象

在低溫性能試驗中，某車輛底盤在進行-40℃低溫環境試驗時，掛分動器取力器，1000rpm運行5min，1500prm運行5分鐘后整車熄火，檢查分動器輸入前后軸承蓋溫度異常，分動器無法切換高檔，空擋無法停車取力，取力工作中止。

2 故障原因分析

分動器結構如圖1所示，分動器操縱系統如圖2所示，其中1-分動器，2-工作氣缸，3-電磁閥，4、5、6、7- 為氣管路，8-線束，9-翹板開關，10-氣接頭。

根據故障現象，結合分動器工作原理，使用故障樹對故障進行分析，如圖3所示。

2.1 定位分析

2.1.1 氣路漏氣G301

服務站人員現場檢查，氣管路無漏氣，可排除事件氣路漏氣G301導致問題的因素。

2.1.2 電磁閥失效G302

服務站人員現場檢查整車氣壓正常，拆開分動器進氣口排氣正常，可排除事件電磁閥損壞G302導致問題的因素。

2.1.3 操縱氣缸密封圈失效G202

現場拆解分動器檢查密封圈無異常，可排除事件密封圈損壞G303導致問題的因素。

2.1.4 傳動齒輪結構存在缺陷G303

該分動器裝整車后，行車約500公里，如果輸入軸、低擋尺寸公差配合有誤，則輸入軸與低檔齒輪前期就會發生抱死的現象，因而可排除可排除事件輸入軸、低擋齒輪與軸承公差配合有誤G303導致問題的因素。

2.1.5 齒輪潤滑失效G304

經現場對分動器拆解，發現分動器低檔軸承滾珠燒蝕變色，高檔齒輪與輸入軸燒結抱死，如圖4所示。

2.1.6 分動器油位低G401

售后服務人員現場擰開加油、溢油口，有油液流出，說明油位正常。且該次試驗分動器加油經現場確認換油加油整個過程，加油量確認準確，可排除事件分動器油位低G401導致問題的因素。

2.1.7 齒輪油不符合要求G402

分動器試驗齒輪油為75W，該牌號齒輪油適用的最低溫環境為-40℃，前期對5臺車做低溫試驗驗證該牌號潤滑油在-40℃時，分動器850rpm可實現泵油，但泵油后，油泵有3-4min泵油空擋期。某整車底盤低溫試驗6次，有4次失敗。G402齒輪油不符合要求不能排除。

2.1.8 潤滑油道堵塞G403

分動器在停車狀態取力，分動器處于空擋，高低檔齒輪均處于靜止狀態。分動器輸入軸上齒輪、軸承的潤滑完全依靠潤滑油泵來提供潤滑油。潤滑系統中，輸入軸的中間部位是中空的作為主油道，在裝配軸承、高低擋齒輪的徑向位置開有直徑為 5.5mm 的小油道，通氣檢查輸入軸主油道通暢，觀察油道內無異物，因此可判定油道未堵塞，可排除事件潤滑油到堵塞 G403 導致問題的因素。

2.1.9 潤滑油故障G404

車輛在前期行駛中，分動器未出現異常現象，并且在更換輸入軸和齒輪后，分動器可正常潤滑，且現場拆解后查看油泵齒輪、油泵齒圈、油泵蓋無任何異常，可排除事件潤滑油泵故障G404導致問題的因素。

2.1.10 低溫試驗時分動器輸入轉速設置不當G405

前期低溫試驗驗證75W齒輪油在850r/min時，油泵泵油狀況較好，故此次試驗時設置了分動器輸入1000r/min運行5min進行了預熱，該動作由電控人員現場設置程序控制，故可排除G405低溫試驗時分動器輸入轉速設置不當。

2.2 定位結果

經過故障定位，可確定車輛無法取力是由于低溫試驗時潤滑油不符合低溫要求，潤滑不良導致故障發生。

分動器輸入軸與高擋齒輪、低檔齒輪采用無軸承結構，該結構屬于靜壓軸承的一種，通過分動器上自帶的齒輪泵將潤滑油強行泵入齒輪和軸之間的微小間隙，形成壓力油膜，避免輸入軸與高擋齒輪、低檔齒輪直接接觸和磨擦，這種潤滑結構需要持續可靠的潤滑。如圖5所示。

車輛在行駛狀態下，分動器所有齒輪、軸和軸承都在運轉，潤滑方式有油泵吸油潤滑和齒輪飛濺潤滑兩種同時起作用。此時潤滑油攪動充分，分動器熱源多且分布均勻，潤滑油可在短時間內得到充分預熱。

車輛在停車狀態取力，分動器處于空擋，除了輸入軸轉動外，所有齒輪均則處于靜止狀態，此時分動器無飛濺潤滑，輸入軸上齒輪、軸承的潤滑完全依靠潤滑油泵來提供潤滑油。在-40℃的環境下75W潤滑油動力粘度為150000cP，幾乎沒有流動性，分動器輸入轉速需達到850r/min方可泵油，且油泵將吸油管周圍的齒輪油吸空后，由于潤滑油粘度大回流速度慢，導致分動器油泵存在吸油間隔期。加上分動器此時僅輸入軸轉動，分動器熱源少且都分布在上方，潤滑油預熱效果差，預熱時間長，油泵吸油有間隔的時間過長，會導致局部齒輪與軸之間無法形成持續可靠的油膜，產生金屬干磨，進而導致齒輪與軸抱死。

分動器在低溫環境下進行空擋取力工作時，齒輪潤滑失效抱死的主要原因為：齒輪油粘度過大，回流速度慢，油泵泵油存在間隔期，散熱不良導致齒輪與軸抱死，無法進行空擋取力工作。

3 改進措施

3.1 采取措施

75W齒輪油的使用極限低溫為-40℃，且分動器設計時，主要考慮行車動力分流功能為主，整個潤滑系統的設計同樣圍繞此功能進行適配，對取力工作的工況風險識別不到位，導致低溫狀態下的取力潤滑可靠性驗證不充分。

70W齒輪油，可適用于低于-40℃的環境，但在國內市場無法購買。通過參考殼法Ⅱ齒輪油參數，殼法Ⅱ的傾點溫度低，在-40℃的動力粘度為7140cP。70W齒輪油與殼法Ⅱ相關溫度參數，如下表1：

從上表參數可知，殼法Ⅱ齒輪油高低溫性能能與70W接近，可實現替換，使用時具體加注量需以車輛行駛約1公里，檢查游標螺塞有潤滑油流出為準（約11L）。

綜上，在低于-40℃環境溫度情況下，可使用殼法Ⅱ齒輪油進行替代70W齒輪油。

3.2 采取措施及驗證情況

使用殼法Ⅱ齒輪油低溫實驗室-40℃環境進行某底盤取力工作進行驗證。分動器掛空擋，在650r/min輸入轉速情況下，分動器油泵持續泵油，泵油性能明顯優于使用75W齒輪油（使用75W齒輪油需850r/min）。

上午11點29分開始，分動器在1000r/min預熱5min后，進行1500r/min取力工作40min，監測顯示分動器輸入前軸承蓋、輸入后軸承蓋溫度在11點42分鐘達到最高溫度為29℃，然后開始下降，12點時溫度趨于穩定，見圖6。分動器低溫試驗溫度監測報告。證明使用殼法Ⅱ潤滑油在-40℃環境溫度下，分動器輸入軸系統潤滑正常。

4 分析結論

分動器總成高檔齒與輸入軸燒結問題關系到車輛的正常使用。本文通過對分動器總成高檔齒與輸入軸燒結問題進行分析研究，對影響該問題的關鍵因素逐一分析，解決了低溫環境時潤滑油不符合要求造成的燒結問題，并提出后續工作合理建議，有效的解決了分動器高檔齒與輸入軸燒結問，提高了分動器的性能和使用壽命。