分动器高档齿与输入轴烧结问题的研究

刘峰

摘 要：文章通过对重型卡车车辆分动器高档齿与输入轴烧结问题进行分析研究，解决了低温环境时润滑油不符合要求造成的烧结问题，并从零部件设计、实际使用等方面提出改进措施和建议，有效的解决了分动器高档齿与输入轴烧结问，提高了分动器的性能和使用寿命。

关键词：分动器;低温;烧结;润滑油

中图分类号：U463.215  文献标识码：A  文章编号：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 故障现象

在低温性能试验中，某车辆底盘在进行-40℃低温环境试验时，挂分动器取力器，1000rpm运行5min，1500prm运行5分钟后整车熄火，检查分动器输入前后轴承盖温度异常，分动器无法切换高档，空挡无法停车取力，取力工作中止。

2 故障原因分析

分动器结构如图1所示，分动器操纵系统如图2所示，其中1-分动器，2-工作气缸，3-电磁阀，4、5、6、7- 为气管路，8-线束，9-翘板开关，10-气接头。

根据故障现象，结合分动器工作原理，使用故障树对故障进行分析，如图3所示。

2.1 定位分析

2.1.1 气路漏气G301

服务站人员现场检查，气管路无漏气，可排除事件气路漏气G301导致问题的因素。

2.1.2 电磁阀失效G302

服务站人员现场检查整车气压正常，拆开分动器进气口排气正常，可排除事件电磁阀损坏G302导致问题的因素。

2.1.3 操縱气缸密封圈失效G202

现场拆解分动器检查密封圈无异常，可排除事件密封圈损坏G303导致问题的因素。

2.1.4 传动齿轮结构存在缺陷G303

该分动器装整车后，行车约500公里，如果输入轴、低挡尺寸公差配合有误，则输入轴与低档齿轮前期就会发生抱死的现象，因而可排除可排除事件输入轴、低挡齿轮与轴承公差配合有误G303导致问题的因素。

2.1.5 齿轮润滑失效G304

经现场对分动器拆解，发现分动器低档轴承滚珠烧蚀变色，高档齿轮与输入轴烧结抱死，如图4所示。

2.1.6 分动器油位低G401

售后服务人员现场拧开加油、溢油口，有油液流出，说明油位正常。且该次试验分动器加油经现场确认换油加油整个过程，加油量确认准确，可排除事件分动器油位低G401导致问题的因素。

2.1.7 齿轮油不符合要求G402

分动器试验齿轮油为75W，该牌号齿轮油适用的最低温环境为-40℃，前期对5台车做低温试验验证该牌号润滑油在-40℃时，分动器850rpm可实现泵油，但泵油后，油泵有3-4min泵油空挡期。某整车底盘低温试验6次，有4次失败。G402齿轮油不符合要求不能排除。

2.1.8 润滑油道堵塞G403

分动器在停车状态取力，分动器处于空挡，高低档齿轮均处于静止状态。分动器输入轴上齿轮、轴承的润滑完全依靠润滑油泵来提供润滑油。润滑系统中，输入轴的中间部位是中空的作为主油道，在装配轴承、高低挡齿轮的径向位置开有直径为 5.5mm 的小油道，通气检查输入轴主油道通畅，观察油道内无异物，因此可判定油道未堵塞，可排除事件润滑油到堵塞 G403 导致问题的因素。

2.1.9 润滑油故障G404

车辆在前期行驶中，分动器未出现异常现象，并且在更换输入轴和齿轮后，分动器可正常润滑，且现场拆解后查看油泵齿轮、油泵齿圈、油泵盖无任何异常，可排除事件润滑油泵故障G404导致问题的因素。

2.1.10 低温试验时分动器输入转速设置不当G405

前期低温试验验证75W齿轮油在850r/min时，油泵泵油状况较好，故此次试验时设置了分动器输入1000r/min运行5min进行了预热，该动作由电控人员现场设置程序控制，故可排除G405低温试验时分动器输入转速设置不当。

2.2 定位结果

经过故障定位，可确定车辆无法取力是由于低温试验时润滑油不符合低温要求，润滑不良导致故障发生。

分动器输入轴与高挡齿轮、低档齿轮采用无轴承结构，该结构属于静压轴承的一种，通过分动器上自带的齿轮泵将润滑油强行泵入齿轮和轴之间的微小间隙，形成压力油膜，避免输入轴与高挡齿轮、低档齿轮直接接触和磨擦，这种润滑结构需要持续可靠的润滑。如图5所示。

车辆在行驶状态下，分动器所有齿轮、轴和轴承都在运转，润滑方式有油泵吸油润滑和齿轮飞溅润滑两种同时起作用。此时润滑油搅动充分，分动器热源多且分布均匀，润滑油可在短时间内得到充分预热。

车辆在停车状态取力，分动器处于空挡，除了输入轴转动外，所有齿轮均则处于静止状态，此时分动器无飞溅润滑，输入轴上齿轮、轴承的润滑完全依靠润滑油泵来提供润滑油。在-40℃的环境下75W润滑油动力粘度为150000cP，几乎没有流动性，分动器输入转速需达到850r/min方可泵油，且油泵将吸油管周围的齿轮油吸空后，由于润滑油粘度大回流速度慢，导致分动器油泵存在吸油间隔期。加上分动器此时仅输入轴转动，分动器热源少且都分布在上方，润滑油预热效果差，预热时间长，油泵吸油有间隔的时间过长，会导致局部齿轮与轴之间无法形成持续可靠的油膜，产生金属干磨，进而导致齿轮与轴抱死。

分动器在低温环境下进行空挡取力工作时，齿轮润滑失效抱死的主要原因为：齿轮油粘度过大，回流速度慢，油泵泵油存在间隔期，散热不良导致齿轮与轴抱死，无法进行空挡取力工作。

3 改进措施

3.1 采取措施

75W齿轮油的使用极限低温为-40℃，且分动器设计时，主要考虑行车动力分流功能为主，整个润滑系统的设计同样围绕此功能进行适配，对取力工作的工况风险识别不到位，导致低温状态下的取力润滑可靠性验证不充分。

70W齿轮油，可适用于低于-40℃的环境，但在国内市场无法购买。通过参考壳法Ⅱ齿轮油参数，殼法Ⅱ的倾点温度低，在-40℃的动力粘度为7140cP。70W齿轮油与壳法Ⅱ相关温度参数，如下表1：

从上表参数可知，壳法Ⅱ齿轮油高低温性能能与70W接近，可实现替换，使用时具体加注量需以车辆行驶约1公里，检查游标螺塞有润滑油流出为准（约11L）。

综上，在低于-40℃环境温度情况下，可使用壳法Ⅱ齿轮油进行替代70W齿轮油。

3.2 采取措施及验证情况

使用壳法Ⅱ齿轮油低温实验室-40℃环境进行某底盘取力工作进行验证。分动器挂空挡，在650r/min输入转速情况下，分动器油泵持续泵油，泵油性能明显优于使用75W齿轮油（使用75W齿轮油需850r/min）。

上午11点29分开始，分动器在1000r/min预热5min后，进行1500r/min取力工作40min，监测显示分动器输入前轴承盖、输入后轴承盖温度在11点42分钟达到最高温度为29℃，然后开始下降，12点时温度趋于稳定，见图6。分动器低温试验温度监测报告。证明使用壳法Ⅱ润滑油在-40℃环境温度下，分动器输入轴系统润滑正常。

4 分析结论

分动器总成高档齿与输入轴烧结问题关系到车辆的正常使用。本文通过对分动器总成高档齿与输入轴烧结问题进行分析研究，对影响该问题的关键因素逐一分析，解决了低温环境时润滑油不符合要求造成的烧结问题，并提出后续工作合理建议，有效的解决了分动器高档齿与输入轴烧结问，提高了分动器的性能和使用寿命。