浅析汽车传动轴常见故障原因及检测方法

摘 要：汽车传动轴是车辆传动系统中的重要组成部分。传动轴主要负责将发动机产生的动力传递给车轮或者其他需要传输动力的机构，确保车辆能够顺畅行驶或者机构正常作业。在设计和制造过程中，传动轴的材料选择、结构设计和制造工艺都至关重要，它们决定了传动轴的强度、耐用性和性能。本文从汽车传动轴常见检测方法入手，对专用汽车传动轴存在一些常见的技术问题进行了分析研判，尽可能减少影响到传动轴的性能评估和车辆的整体安全性。

关键词：传动轴，疲劳试验，静刚度，检验检测

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.23.039

0 引 言

汽车传动轴是汽车传动系统中的重要组成部分，负责将发动机产生的动力传递到车轮，从而驱动汽车行驶。随着社会发展需要，专用汽车的作业功能大部分动力传导也使用该设备。传动轴的主要功能是连接发动机和车轮，并承受由此产生的扭矩和振动。在传动轴的结构设计中，需要考虑矩传递能力、振动抑制、耐久性和轻量化等多种因素。为了确保传动轴的可靠性和耐久性，制造商通常会采用高强度材料并进行精密的加工工艺和质量控制。本文探讨了传动轴常见故障原因及其关键项目的检验方法，为生产企业和检测机构提供参考依据，以确保其在各种工况下都能正常工作，保障其质量和可靠性。

1 常见汽车传动轴主要类型

在汽车行业中，传动轴负责传递动力和扭矩，确保车辆的正常运行。QC/T 29082《汽车传动轴总成技术条件及台架试验方法》要求，用于轻型、中型和重型各类汽车及其改装车用传动轴[1]。

1.1 实心传动轴

实心传动轴是最常见的类型之一，其结构简单、坚固耐用。它们通常由高强度材料制成，如钢或合金，以承受高扭矩和重载。实心传动轴适用于各种车辆，包括乘用车、商用车和越野车。

1.2 空心传动轴

与实心传动轴相比，空心传动轴在内部具有一个或多个空腔。这些空腔有助于减轻重量，提高燃油效率。空心传动轴通常用于对重量敏感或需要更高燃油效率的应用中，如高性能汽车或混合动力汽车。

1.3 等速传动轴

等速传动轴是一种特殊的传动轴，它能够在不同转速下保持恒定的输出速度。这种传动轴通常用于四驱车辆或前置后驱车辆，以确保前后轴之间的速度匹配，减少差速器的磨损并提高车辆的操控性能。

1.4 可伸缩传动轴

可伸缩传动轴设计用于适应车辆在不同工况下的长度变化。它们通常用于具有可变悬挂或高度调整功能的车辆，如越野车和SUV。可伸缩传动轴能够自动调整长度，以保持传动系统的稳定性和可靠性。

1.5 电动传动轴

随着电动汽车行业的发展，电动传动轴作为一种新型动力传动装置逐渐得到应用。这种传动轴采用电动机和电池组作为动力源，通过电子控制系统实现动力的传递和调节。电动传动轴具有高效、环保和低噪音的特点，适用于纯电动汽车或混合动力汽车。

2 常见的传动轴故障

传动轴作为汽车的重要组成部分之一，其故障可能会影响到车辆的整体性能和安全性。专用汽车传动轴从设计制造开始，就要考虑使用中可能发生的问题，并针对这些问题进行改进。

2.1 传动轴异响

可能是由于传动轴内部零件磨损、松动或损坏，导致在运转时产生异响。此外，传动轴两端的万向节磨损或损坏也会引起异响。

2.2 传动轴振动

传动轴的不平衡是导致振动的主要原因。这可能是由传动轴制造过程中的不平衡、使用过程中的磨损或损坏，以及安装不当等因素造成的。

2.3 传动轴漏油

传动轴漏油通常是由于密封件老化、损坏或安装不当导致的。油封是传动轴密封的关键部件，如果油封失效，就会导致润滑油泄漏。

2.4 传动轴断裂

传动轴断裂是一种严重的故障，通常是由传动轴材料疲劳、过载或受到冲击等外力作用导致的。此外，传动轴的设计缺陷或制造质量问题也可能导致其断裂。

2.5 万向节损坏

万向节是传动轴中的关键部件，它允许传动轴在车辆行驶过程中进行角度变化。万向节损坏可能是由长期磨损、润滑不良或受到外力冲击等原因造成的。

3 几种传动轴故障原因及预防措施

3.1 疲劳断裂

传动轴作为汽车传动系统中的重要部件，其稳定性和耐用性对于整车的性能和安全性至关重要。

3.1.1 疲劳断裂原因

（1）应力集中。传动轴在设计或制造过程中可能存在的缺陷，如截面突变、孔洞等，会导致应力集中。在长时间高负荷运行下，这些应力集中区域容易发生疲劳断裂。

（2）材料疲劳。传动轴材料在循环载荷的作用下，会逐渐发生微观结构的变化和疲劳损伤。当这些损伤积累到一定程度时，就会引发疲劳断裂。

（3）运行环境。恶劣的运行环境，如高温、腐蚀介质等，会加速传动轴材料的疲劳过程，增加疲劳断裂的风险。

（4）超载运行。传动轴在超载或超出设计范围的情况下运行，会导致应力超出材料的承受能力，从而引发断裂。

3.1.2 预防措施

（1）优化设计和制造工艺。通过优化传动轴的设计和制造工艺，减少应力集中和缺陷的产生，提高传动轴的强度和耐用性。

（2）选用优质材料。选择具有良好强度、耐磨性和抗疲劳性能的材料，如高强度合金钢等，以提高传动轴的承载能力。

（3）加强质量检测。对传动轴进行严格的质量检测，确保其符合设计要求和质量标准。对于存在缺陷的传动轴，应及时进行修复或更换。

（4）合理使用和维护。避免传动轴超载运行，定期对传动轴进行检查和维护，及时发现并处理潜在问题。同时，注意传动轴的运行环境，避免在恶劣环境下长时间运行。

3.2 径向跳动

汽车传动轴径向跳动的问题确实需要关注，因为这关系到车辆的稳定性和安全性。径向跳动的产生主要是由于传动轴在旋转时，其轴线相对于理想轴线产生的径向偏移。这种偏移可能由多种因素引起。

3.2.1 轴径向跳动产生原因

（1）制造误差。在传动轴的制造过程中，由于加工精度的限制或热处理不当，导致传动轴出现微小的形变或弯曲，从而产生径向跳动。

（2）装配问题。传动轴在装配时，如果安装位置不准确或与其他部件的配合不紧密，也可能导致径向跳动的产生。

（3）长期磨损。随着车辆的使用时间增长，传动轴与其他部件的摩擦和磨损会逐渐加剧，这可能导致传动轴的形状发生变化，进而产生径向跳动。

3.2.2 预防措施

（1）优化制造工艺。提高传动轴的制造精度，采用先进的加工技术和热处理工艺，确保传动轴的尺寸和形状精度。

（2）严格质量控制。在传动轴的制造和装配过程中，加强质量控制和检测，确保传动轴的质量符合标准。

（3）定期检查和维护。定期对传动轴进行检查和维护，及时发现并处理潜在的问题，如磨损、变形等。

（4）合理使用。避免车辆超载、超速等不当使用方式，以减少传动轴的磨损和变形。

3.3 传动轴动平衡

增加传动轴中间支撑刚度可以提高系统发生自激振动的临界转速，有利于系统稳定性[2]，但随着转速进一步提高，系统仍然发生失稳现象传动轴剩余不平衡量过大可能会导致车辆振动、噪音增加甚至性能下降。

3.3.1 产生原因

（1）制造和装配误差。在制造和装配过程中，如果精度控制不严格，可能会导致传动轴出现微小的弯曲或形变，从而影响其平稳性。

（2）材料问题。传动轴的材料如果不均匀或存在内部缺陷，也可能导致其在使用过程中出现不平和现象。

（3）长期使用磨损。随着车辆的使用时间增长，传动轴与其他部件的摩擦会逐渐加剧，从而导致磨损，进一步影响其平稳性。

3.3.2 预防措施

（1）优化制造工艺。通过提高制造精度和工艺水平，确保传动轴在制造过程中达到设计要求，减少制造和装配误差。

（2）严格质量控制。在传动轴的制造和装配过程中，加强质量控制和检测，确保每根传动轴都符合质量标准。

（3）选用优质材料。选择均匀性好、内部无缺陷的优质材料制造传动轴，以提高其耐用性和平稳性。

（4）定期检查和维护。定期对传动轴进行检查和维护，及时发现并处理潜在问题，如磨损、变形等。

（5）合理使用。避免车辆超载、超速等不当使用方式，以减少传动轴的磨损和变形。

4 几种重要参数的检测方法

4.1 传动轴剩余不平衡量检测

传动轴剩余不平衡量检测是确保车辆稳定性和安全性的重要步骤，也是检测传动轴质量的关键参数。

（1）确保车辆停放在平坦且安全的地方，然后升起车辆以便更方便地访问传动轴。同时，确保工作区域干净整洁，准备好所有必要的工具和设备。

（2）小心地拆卸传动轴，确保在拆卸过程中不会损坏任何部件。对于某些车辆，可能需要拆卸悬挂系统或其他相关部件以便更容易地访问传动轴。

（3）在检测之前，确保传动轴干净且无油污。检查传动轴是否有明显的磨损、裂纹或其他损坏迹象。

（4）将传动轴安装到动平衡机上，确保传动轴正确且牢固地固定在动平衡机上。动平衡机将用于测量传动轴的剩余不平衡量。

（5）启动动平衡机，让它以工况下的速度旋转传动轴。动平衡机将测量传动轴的剩余不平衡量，并显示需要添加的平衡块的角度和质量。

（6）根据动平衡机的指示，在传动轴上对应角度添加适当质量的平衡块。这可以通过焊接、粘贴或使用专门的夹具来完成。

（7）在添加平衡块后，重新进行剩余不平衡量测试以确保传动轴已达到所需的平衡水平。

（8）将传动轴重新安装到车辆上，并进行必要的测试以确保其正常工作且没有异常振动或噪音。

4.2 传动轴扭曲检测

传动轴的扭曲检测是确保其正常运行和车辆安全的关键，包括静扭曲转刚度试验和扭转疲劳试验。传动轴扭曲可能会导致车辆振动、噪音增加以及性能下降。传动轴扭曲检测通常涉及使用专用工具来测量传动轴的直线度和扭曲度。这些工具能够精确地测量出传动轴在长度方向上的微小变化，从而判断其是否存在扭曲现象。

（1）在进行传动轴扭曲检测时，通常会先对传动轴进行清洁，以确保测量结果的准确性。

（2）使用专用夹具将传动轴固定在测量设备上，并启动设备进行测量。

（3）根据测量结果，可以判断传动轴是否存在扭曲，并采取相应的措施进行修复或更换。

1）传动轴扭曲对车辆性能的具体影响是多方面的，不容忽视。扭曲的传动轴会导致车辆行驶时产生异常振动和噪音，降低驾驶的舒适性，还可能对车辆的悬挂系统和其他相关部件造成额外的负担和磨损。

2）传动轴扭曲还可能影响车辆的操控性能。在车辆转弯或加速时，扭曲的传动轴可能会产生额外的阻力或不稳定因素，导致车辆响应不灵敏或行驶轨迹不稳定，增加驾驶风险。

3）传动轴扭曲还可能对车辆的传动效率产生负面影响。扭曲的传动轴会改变动力传输的路径和效率，可能导致动力损失增加，影响车辆的加速性能和燃油经济性。

4.3 滑动花键磨损

传动轴滑动花键的磨损会直接影响到车辆的稳定性和操控性。为了确保行驶安全，生产销售中常把该项磨损检测作为重要参数。

磨损检测通常包括目视检查和仪器测量两种方式。目视检查可以通过观察花键表面是否有异常磨损、裂纹或变形等损伤来判断其状态。而仪器测量则可以使用专用工具来测量花键的间隙、圆度等参数，以更准确地评估其磨损程度。

5 传动轴质量改进建议

针对汽车传动轴的质量改进，需要从材料选择、设计制造、质量检测、平衡性能优化以及定期维护等多个方面入手，全面提升传动轴的质量和性能。

5.1 优化设计

传动轴优化设计关系到传动轴的性能，还直接影响到整车的稳定性和安全性。

（1）材料选择。选择高强度、耐磨、抗疲劳的材料是优化设计的基础。优质的材料能够确保传动轴在承受各种力和扭矩时保持稳定的性能。

（2）应力分析。对传动轴进行精确的应力分析是确保其强度的关键。需要分析传动轴在各种工况下的受力情况，找到应力集中的区域，并采取相应的措施进行优化。

（3）结构设计。合理的结构设计能够减少应力集中，提高传动轴的强度和耐用性。可以采用变截面设计、加强筋等方式来优化传动轴的结构。

（4）制造工艺。先进的制造工艺能够确保传动轴的尺寸精度和表面质量，从而提高其性能。可以采用精密锻造、数控机床加工等工艺来制造传动轴。

（5）平衡性能。传动轴的平衡性能对于减少振动和噪音至关重要。在优化设计中，需要确保传动轴在旋转时能够保持平衡，减少对车辆其他部件的影响。

（6）轻量化设计。在满足强度和耐用性的前提下，轻量化设计能够降低车辆的整体质量，提高燃油经济性。可以采用高强度轻质材料或优化结构来实现轻量化设计。

5.2 加强过程检测

（1）检测设备的精度和校准。传动轴检测需要使用高精度的测量设备，如千分尺、扭矩传感器等。这些设备的精度和校准状态直接影响到检测结果的准确性。因此，定期校准和维护检测设备是确保检测准确性的重要步骤。

（2）检测方法和标准。传动轴检测涉及多个参数和指标，如长度、直径、扭矩、平衡性等。不同的车型和传动轴类型可能需要采用不同的检测方法和标准。选择正确的方法和标准对于准确评估传动轴的性能至关重要。

（3）传动轴的平衡性。传动轴的平衡性对车辆行驶的稳定性和安全性具有重要影响。在检测过程中，需要使用专业的平衡机对传动轴进行平衡测试，并根据测试结果进行必要的调整。

（4）传动轴的磨损和损伤。传动轴在使用过程中可能会出现磨损、裂纹、变形等损伤。这些损伤不仅会影响传动轴的性能，还可能对车辆的安全性构成威胁。因此，在检测过程中需要仔细检查传动轴的外观和内部结构，及时发现并处理这些损伤。

（5）检测人员的技能和经验。传动轴检测涉及专业的知识。检测人员需要具备丰富的经验和熟练的操作技能，才能准确判断传动轴的性能状况。此外，检测人员还需要不断学习和掌握新的检测技术和方法，以适应不断变化的市场需求和技术发展。

（6）提高传动轴检测的准确性和可靠性。定期校准和维护检测设备，确保设备精度符合要求。除了材料和结构设计外，传动轴的制造工艺也影响着其性能。先进的制造工艺可以确保传动轴的尺寸精度和表面质量，进一步提高其性能。

1）根据车型和传动轴类型选择合适的检测方法和标准；

2）使用专业的平衡机对传动轴进行平衡测试，并根据测试结果进行必要的调整；

3）仔细检查传动轴的外观和内部结构，及时发现并处理损伤；

4）加强检测人员的培训和学习，提高检测人员的技能和经验水平。

6 结 语

汽车传动轴作为汽车传动系统中的重要部件，其设计、制造和平衡性能检测都直接关系产品质量及车辆安全。在选择传动轴时，需要综合考虑其材料、结构、制造工艺和平衡性能等因素。因此，通过对传动轴常见故障原因分析和检测方法探讨，及时发现并解决问题，确保车辆的正常运行，对促进产品质量提高，减少安全事故具有一定的实践意义，从而进一步推动汽车产业高质量发展。

参考文献

[1]工业和信息化部.汽车传动轴总成技术条件及台架试验方法：QC/T 29082—2019[S].

[2]宋雨， 王明正， 赵建，等.汽车传动轴万向节摩擦引起的自激振动与稳定性分析[ J ] .农业装备与车辆工程2024（6）：40-45.

[3]田勇，郭三刺，侯起飞.等.简述提高发动机气缸套加工效率的措施[J]内燃机与配件.2023（20）：41-43.

作者简介

方克魁，本科，工程师，主要从事产品质量检验和标准化工作。

（责任编辑：袁文静）