某型驱动桥轮边减速器售后失效改进

周彬，王兴，李稳，王磊

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

引言

用于矿山、水利、军事等用途的重型载货汽车、重型牵引越野汽车或其它大型公共汽车，对整车动力有较高要求，一般的单级主减速器难于满足使用要求。因此，此类汽车通常采用单级主减速器与轮边减速器的结合的布置型式，将驱动桥的一部分速比分配给安装在轮毂附近的轮边减速器。这样使驱动桥的速比变大，发动机传递至轮胎的扭矩同步变大，提升了整车的动力性。同时使驱动桥中间部分的主减速器外形尺寸缩小，保证了足够的离地间隙，提升了整车的通过性[1]。

驱动桥是汽车底盘的主要组成部分,它的作用是为汽车提供支撑、动力传递。轮边减速器是汽车驱动桥的主要传动零部件之一，内部结构主要包括行星齿轮系，其中行星齿轮与行星齿轮轴之间多采用滚针轴承结构[2]。

轮边减速器售后故障较大，引起客户抱怨，不仅给公司带来巨大的经济损失，造成品牌影响，产生较大的顾客抱怨。因此成立专项质量改进小组，针对此问题进行分析改进。

1 故障信息

1.1 故障模式

典型的轮边减速器售后失效模式为：滚针轴承散架、行星轮止推垫片磨损、行星轮轴严重磨损、行星轮打齿失效。

图2 滚针点蚀剥落散架

图3 行星轮止推垫片磨损

图4 行星轮轴严重磨损

图5 行星轮打齿失效

1.2 故障统计

1）通过对轮边减速器售后失效进行统计分析，发现该故障率在近几年有上升趋势。

图4 某型驱动桥轮边减速器售后失效趋势图

2）针对某型驱动桥轮边减速器售后失效的旧件进行拆解，统计故障模式，具体如下：

表1 某型驱动桥轮边减速器售后失效分类

通过数据统计及现场拆解分析，发现行星轮止推垫片磨损故障模式占比52%，滚针轴承点蚀散架故障模式占比35%，其它失效模式占比13%。

由此可见，行星轮止推垫片磨损、滚针轴承点蚀散架是导致某型驱动桥轮边减速器售后失效的主要故障模式。

2 原因分析

2.1 止推垫片磨损分析

该桥型轮边减速器最主要的失效形式是内部磨损，从统计的旧件失效情况及磨损形貌，可以推出相关件的失效机理：

首先由于在实际运行过程中，轮边受到冲击、颠簸等工况，行星轮止推垫片存在轴向分力，表现为拆解的轮边减速器行星轮止推垫片出现不同程度的磨损。随着车辆持续运行，磨损加剧，止推垫片、行星架、轮边减壳的温度会不断上升，止推垫片（材料为碳纤维尼龙塑料）逐渐软化，磨损性能大幅度降低，直至止推垫片完全磨损，导致行星轮与轮边减壳及行星架直接接触，产生严重磨损，最终导致轮边总成失效。

图6 行星架磨损

图7 轮边减速器磨损

2.2 滚针轴承失效分析

从旧件现场及售后失效模式分析，滚针轴承点蚀散架的主要原因为滚针轴承（带保持架）的承载能力过低所致。具体分析如下：

由于目前该驱动桥轮边减速器采用带保持架的滚针轴承，保持架占据了较大的布置空间，导致可布置的滚针数量减少，承载能力降低，从而造成滚针轴承点蚀散架。

图8 滚针轴承点蚀

图9 保持架变形

3 改进措施

3.1 止推垫片改进

根据分析结果，对行星轮止推垫片的材质进行重新选型。由于热固性树脂型止推垫片具有较好的耐磨性，初步选择热固性树脂型止推垫片替代目前的热塑性碳纤维塑料尼龙止推垫片[3]。

3.2 滚针轴承改进

根据分析结果，滚针轴承的结构进行重新设计。由于满装滚针轴承的支撑刚性更好，承载更大，初步选择满装滚针轴承替代带保持架结构的滚针轴承[4]。

4 改进效果

4.1 止推垫片改进

通过理论分析并对两种材质行星轮止推垫片的强度及耐磨型进行对比。在相同的试验工况下进行对比试验（压力0.5 Mpa，转速2000 rpm），结果如下：

表2

从试验数据可以看出：热固性树脂型止推垫片的动、静摩擦系数及磨损率均优于碳纤维尼龙塑料止推垫片。

4.2 滚针轴承改进

通过理论计算，并对改进前及改进后的滚针轴承动载荷进行计算，具体情况如下[5]：

Cr：径向基本额定动载荷，N

bm：额定系数

fc：轴承几何形状、制造精度及材料有关的系数

i：滚动体列数

Lwe：滚动体有效长度，mm

α：接触角，°

Z：单列滚动体数量

D：滚子直径

从数据可以看出，使用满装滚针轴承后，其额定载荷可以提高50%左右，寿命可提高3倍左右，同时行星轮轴的应力会很大程度的降低。

计算结果如下：

表3

5 结束语

通过采集故障信息、统计故障数据、分析原因、制定改进措施等一系列的改善工作，并结合理论分析、台架试验进行措施验证，有效的解决了某型驱动桥轮边减速器售后失效，并成功的通过市场验证。