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关于驱动轴异响问题的解析

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  【摘 要】底盘异响问题一直是汽车行业的一大难题,本文针对底盘传动系统异响问题进行原因分析与对策验证,重点分析了异响出现时的特征和规律,并通过有效验证找到异响部位,根据最有效方案排除异响故障。

  【关键词】底盘;异响;摩擦

  一、前言

  汽车在行驶过程中底盘异响问题时有发生,如不及时消除不但会造成经济上的损失,还有可能引起重大部件损坏或给用户造成人身伤亡事故。如果根据异响的特征,缩小故障查找范围,找出发生异响的确切部位与原因,就可以提前做出故障判断,及早加以消除。

  二、驱动轴异响现状

  异响是指各总成及零部件、机构中发出的不正常噪声、响声及振动声,其实质就是两物体之间存在相对运动,进一步讲,就是物体的振动以声波传播的形式传递给顾客。

  本文重点介绍传动系统驱动轴及配合件引起的异响问题,现状如下:在车辆起步或紧急制动时驱动轴外球笼与轮毂法兰连接处(两车轮侧)出现“咔、咔”异响声,并且随着车辆行驶里程的增加,异响问题出现的频率越来越高,有时在倒退及转弯情况下也有异响问题发生,影响整车NVH性能,造成顾客极大抱怨和售后维修成本的浪费。

  三、异响问题原因分析

  驱动轴的内球笼通过花键与变速器的差速器半轴齿轮连接,外球笼通过花键与轮毂法兰连接;内外端花键均为渐开线花键配合,外花键齿厚与内花键齿槽宽啮合后径向存在间隙。

  驱动轴与变速器配合后靠连接环轴向进行限位,且配合后轴向设计有一定窜动量,因配合面轴向无持续正压力,所以驱动轴轴肩与差速器壳体之间不会产生摩擦力而造成异响发生,结构图如图1所示:


  然而,驱动轴与轮毂法兰端配合与此结构稍有不同,内外花键配合后齿侧仍存在间隙,由于外球笼轴肩与轮毂轴承内圈贴合,并靠前驱动轴锁紧螺母进行预紧,如图2所示;经分析确认两个材质相近的部件相接触,如果在接触面上存在较大压力,在外力作用下瞬间产生微小位移时,克服摩擦力作功,机械能转化为接触面材质分子的动能,分子运动加剧,在有限的接触面空间内相互撞击,产生异响,即当发动机将动力通过变速器传递至驱动轴车轮端时,驱动轴与轮毂接触端面产生粘滞摩擦,导致“咔、咔”异响的发生。


  经分析确定,粘滞摩擦是异响产生的主要原因,引起粘滞摩擦的因素很多,表面粗糙度是最主要的因素之一,而表面粗糙度主要是指加工中产生微观的高低起伏的峰谷,当两物体发生相对位置变化时,高低起伏的峰谷间的尖端部分产生塑性变形,而尖端分离时又有弹性变形产生,在机械力及分子力的作用下,如此反复导致粘滞点的产生,粘滞点的变形及恢复过程机械能转化为分子的振动,位移发生后摩擦副制件的波峰点相互撞击,产生异响。

  四、异响问题的解决措施

  根据对异响问题产生原因的分析,对此故障分析出5个改善方向或方案:

  1.驱动轴外球笼花键增加螺旋角设计,消除部分齿侧间隙;

  2.调整驱动轴或轮毂法兰盘花键跨棒距:在保证装配可行性前提下尽可能减小花键齿侧间隙,严格控制有效作用齿槽宽(内花键)与有效作用齿厚(外花键);

  3.充分利用驱动轴外球笼轴肩与轴承内圈接触面积,降低压应力,从而降低异响风险;

  4.降低驱动轴外球笼轴肩端面粗糙度,从而降低摩擦力值,降低异响发生概率;

  5.对驱动轴外球笼轴肩轮毂轴承内圈配合面之间增涂减磨剂或采用隔振材质垫圈。

  五、异响问题的效果验证及分析

  针对分析的解决方案采取对策验证及效果确认

  1.驱动轴外球笼花键增加螺旋角(18′±1.5′)设计,并将驱动轴外花键最大和最小实际齿厚均增加0.02mm,将内外花键过盈量设计为0.024mm~0.124mm,增大花键配合过盈量,消除摩擦副之间的位移,经装车确认,对异响问题有一定缓解,但不能完全消除问题的发生。

  2.在驱动轴轴肩端面增加减磨涂层或隔振垫圈进行装车试验,异响问题均消除,从而进一步判定异响部位。

  综上分析,渐开线内外花键配合后齿侧间隙过大是造成此问题的根本原因,通过对花键啮合间隙改进,并在驱动轴与转向节装配前对外球笼轴肩端面进行增涂减磨剂处理,经过实车对比验证确定增涂5-30微米molykote油脂对消除异响问题的产生有显著改善,有效的降低了售后市场异响问题发生的几率。

  六、总结

  传动系统在动载荷冲击时,相对运动的金属件之间撞击是产生异响的主要因素之一,为有效的改善此问题,应采取多种方案对策和验证,并从中择优,最终消除异响问题,保证车辆较好的NVH性能。

  【参考文献】

  [1]刘惟信.汽车设计[M].清华大学出版社,2001.

  [2]李诗卓,董祥林.材料的冲蚀磨损与微动暗损[M].机械工业出版社,1987.

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