汽车差速器的常见故障分析

陈永丽　苗国良

摘 要：汽车差速器故障是汽车驱动桥品质的主要问题之一，也是差速器总成的重要售后问题，常常带来巨大的市场损失，影响产品的市场美誉度。文章针对某汽车产品中差速器总成产品出现的故障进行分析，寻找差速器故障产生的原因及解决方案。

关键词：汽车驱动桥；差速器；十字轴

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）09-0066-03

1 汽车差速器介绍及工作原理

1.1 汽车差速器介绍

汽车驱动桥位于汽车传动系统的末端，主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。其功用是：

①将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动轮，实现降低转速、增大转矩。

②通过主减速器锥齿轮副改变转矩的传递方向。

③通过差速器实现两侧车轮的差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向。

1.2 工作原理

汽车差速器的工作原理是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动轮与地面间作纯滚动运动，如图1所示。差速器能起差速作用，主要是行星齿轮起了重要作用。行星齿轮有三种运动方情况，即：公转、公转+自转、自转。

两侧车轮转弯时，外侧车轮边滚动，边滑移；内侧车轮边滚动，边滑转如图1所示。

①当汽车直线行驶时：两侧车轮以相同的速度转动，则行星齿轮绕半轴轴线转动，即被两半轴齿轮紧固中央，不能自转，只能公转。

②当汽车转弯行驶：内侧车轮驶过的距离短，外侧车轮驶过的距离长，此时内轮受到的地面阻力大于外轮受到的地面阻力，行星齿轮在公转的同时，还绕自身的轴线转动，即是自转。因此，两半轴齿轮就能带动两侧车轮以不用转速转动。

2 汽车差速器的构成

汽车差速器有锥齿轮式和圆柱齿轮式，本文重点讲述汽车上广泛应用的对称式锥齿轮差速器，其结构如图2所示。对称式锥齿轮差速器由行星齿轮、十字轴、半轴齿轮和差速器壳等构成，装配关系为：差速器壳由左壳1和右壳5组成，并用螺栓6紧固。装合时，十字轴8的四个轴颈嵌在差速器壳两半端面上相应的凹槽所形成的孔内，差速器壳的剖分面通过十字轴各轴颈的中心线。每个轴颈上套着一个直齿行星齿轮4，它们均与两个直齿半轴齿轮3啮合。而半轴齿轮的轴颈分别支承在差速器壳相应的左、右座孔中，并借花键与半轴相连。动力从主减速器的从动锥齿轮依次经差速器壳、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮及半轴输出给驱动轮。当两侧车轮以相同的转速运动时，行星齿轮绕半轴轴线运动（即公转）；若两侧车轮阻力不同，则行星齿轮在公转的同时，还绕自身轴线转动（即自转）。因此，两半轴齿轮带动两侧车轮以不同转速转动。

3 汽车差速器常见故障及分析

汽车在行驶中，主要存在以下差速器常见故障。

3.1 差速器损坏

3.1.1 驾驶员对差速锁操作不当，导致差速器损坏

差速器的作用主要用于汽车转弯时，左右车轮以不同的转速行驶，实现左右车轮的自动差速功能，避免磨损轮胎和造成机械损坏。

当汽车单边车轮驶入光滑或泥泞路面而打滑，汽车无法驶出时，此时将差速锁挂合，左右半轴成为一根刚性连接轴，汽车自然会驶出故障路面。当汽车驶出故障路面时，应立即将差速锁摘除，否则会产生轮胎严重磨损和打坏差速器的故障。

3.1.2 油位低、油质差导致润滑不良，造成差速器损坏

汽车行驶中，驾驶员未及时观察油面孔，造成油位线过低，导致润滑不良。有时因油品价格问题，添加了市场上劣质油品，也会导致润滑不良，从而造成差速器损坏。

3.2 差速器中十字轴断裂

车辆行驶中，有时会突然听到响声，此时传动轴传动但车辆无法行驶。经拆解主减速器总成，打开差速器壳发现十字轴已发生断裂，同时损坏了差速器壳、主锥齿轮、半轴齿轮、垫片等相关零件，断裂图片如图3所示。

经对十字轴的断裂件做理化分析，图纸要求的材质为20 CrMnTi。采用国标标准GB/T 3077-1999检验化学成份，其C、Si、Mn、Cr、Ti等元素全部符合标准要求。

采用QC/T262-1999、JB 8925-2008、GB/T230等标准，对十字轴的表面硬度、心部硬度、淬硬层深及金相组织进行检验，发现个别断裂件的心部组织不合格，为中等粗细板条马氏体+较多铁素体（5级），超出1～4级的标准要求，还有淬硬层深超过0.8～1.2 mm标准要求的情况。

由此分析，十字轴在渗碳工艺处理中，形成了非马氏体的组织。非马氏体组织的存在，降低了十字轴的表面硬度，降低了耐磨性及零件疲劳极限，并且在组织内部容易产生细微裂纹，导致产品断裂。此外，渗碳层深也容易产生非马氏体的组织，导致产品有断裂的隐患。

3.3 差速器不差速

十字轴轴颈磨损失圆、行星齿轮垫片研损等，导致行星齿轮无法自转，差速器不差速的故障。售后市场最常见的就是十字轴轴颈部位的磨损，造成差速器不工作。

从差速器的工作原理可知，十字轴异常磨损会引起车辆差速时异响。主要表现为车辆在转弯、凹凸不平路面或泥泞路等路况行驶，会听到异响。

因此，在判断异响是否为十字轴原因引起时首先向用户了解清楚车辆是否在差速时有异响。

若是车辆在转弯、凹凸不平路面或泥泞路等路况行驶时产生异响，此时十字轴可能发生了问题。

其故障原因分析见表1。

4 差速器故障的解决方案

4.1 差速器损坏

对差速器损坏问题的正向分析，发现问题的产生原因是驾驶员对差速器操作不当或齿轮油质量差、油位低引起的损坏故障。因此，解决方案是编制驱动后桥的维修保养手册，明确差速锁的正确使用方法，差速锁操作中的注意事项，差速锁的检查方法等。在车辆进站保养中，指导驾驶员应经常检查主减速器的油面高度，不足时及时添加。首次运行2 000～4 000 km的强制保养时应更换齿輪油，强保后车辆每运行20 000 km应更换一次齿轮油。严禁添加市场上劣质油品，严格按规定加油和换油，才能避免差速器的损坏。

4.2 差速器十字轴断裂

对差速器十字轴的断裂件进行原因分析，发现十字轴产品的金相组织和渗碳层深是问题发生的主要原因。经讨论，采用以下解决方案：

①将十字轴产品的材质由20 CrMnTi更改为22 CrMoH，下面做一对比说明，见表2。

由表2可以看出，合金钢22 CrMoH與20 CrMnTi对比，在化学成份、淬透性、有效渗碳层深、非马氏体组织的厚度等方面，均具有较强的优势。22C rMoH钢的淬透性高，在渗碳淬火工艺中更容易渗碳到零件心部，避免心部产生较多的铁素体，减少非马氏体组织的厚度，提高零件的疲劳极限。

{2}增加十字轴产品的表面磁粉探伤工艺。

十字轴产品的生产工艺：

下料→锻造→正火→抛丸→粗加工→渗碳→精加工→成品

由生产工艺得知，十字轴在锻造及渗碳工艺时，容易产生细微裂纹，影响零件的质量，造成断裂隐患。因此，采用在锻造和渗碳工艺后增加两次表面磁粉探伤工艺，杜绝十字轴细微裂纹件流出。

4.3 差速器十字轴异常磨损

对差速器十字轴异常磨损的失效件进行分析，主要是十字轴轴颈位磨伤和磨痕、发亮问题。对于轴颈位磨伤问题，要求各服务站指导驾驶员及时检查油品质量、油位高低，并且更改了十字轴的材料，提高了表面硬度及耐磨性。

对于轴颈位磨痕、发亮问题，由于十字轴与行星齿轮之间发生公转、自转的运动，且十字轴与行星齿轮均属刚性零件，必然会发生表面的发亮现象。因此，在判定十字轴产品是否有异常磨损，不能仅以目测的发亮作为依据，还需依靠外径千分尺对四个轴颈位分别进行测量，记录磨损后的实际外径尺寸，与磨损极限做对比，从而决定是否需更换十字轴。

根据表3的十字轴尺寸，需选用25-50/0.01规格的外径千分尺进行测量十字轴外径尺寸，测量时需检测十字轴每个轴颈外径尺寸并记录数据（注意：测量前需将十字轴轴颈表面擦拭干净），当检测尺寸小于十字轴磨损极限时，则认为十字轴已经磨损此时需更换十字轴，当检测尺寸大于十字轴磨损极限时，可继续使用，无需更换十字轴。

5 结 语

本文对汽车后桥差速器做了简单介绍，阐述了差速器的工作原理和结构组成。针对汽车差速器售后市场常见的故障逐条进行了详细的原因分析。结合市场的失效件分析结果，制定了有效的解决方案，大大减少了市场赔偿损失，提高了产品的竞争力。

参考文献：

[1] 陈家瑞.汽车构造（第3版下册）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 杨信.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，1995.