半轴齿轮坏了会什么表现 半轴齿轮是什么

当汽车转弯时车轮作圆弧移动，则外侧车轮速度势必比内侧车轮速度高，有一定速度差异，驱动轮处产生相互干涉，对差速机构提出要求。

目前，汽车驱动桥均装有差速器。

设置于前驱动桥（前驱汽车）与后驱动桥（后驱汽车）之间的差速器可以分别叫做前差速器与后差速器。例如装在四驱汽车中间传动轴上以调整前后车轮速度的差速器叫做中央差速器。

具体原理不细说，值得一提的是乘用车前驱差速器与商用车后桥差速器原理完全一致，区别在于乘用车采用2个行星轮加1个行星轮轴、载重货车采用4个行星轮加十字轴。

通常情况下差速器失效情况并不是很多，乘用车特别少见，失效情况在载重货车上比较常见，大多是因为过载造成强度不够。

半轴齿轮在差速器中处于核心地位，它重合度高，传动平稳性好，承载能力强。

半轴齿由于受设计，制造和过载的影响，会产生接触疲劳，磨损和胶合以及断齿现象，一旦发生这些现象就会使差速器发生故障，车辆不能正常运行甚至发生安全事故。

半轴齿轮的制作过程：1。

（1）锻压：下料+磨外圆+车锥度+加热+温锻

（2）预处理：正火+抛丸+磷+皂化+冷校

（3）粗加工，钻孔+粗车背锥+切边+精车背锥+精车内孔端面倒角加工

（4）拉花键

（5）热处理，即渗碳淬火+抛丸

（6）精加工，精车轴颈平面的加工

（7）成品，即产品终验+清洁涂油+包装

普通半轴齿轮材料20CrMnTiHGB/T5216—2004是一种性能优越的渗碳钢。淬透性强。渗碳淬火处理后表面坚硬耐磨和心部坚韧。低温冲击韧性大。焊接性适中。正火处理后有很好的可切削性。

稍微好些的原料可以选择20CrMnMoH.淬透性比上述原料好。

而且在某些军用和其他特种场合下，重载十字轴承会受到交变载荷作用使其弯曲强度不够，同时受空间限制不能从尺寸方面进行增强，可选择含有Ni,淬透性更强，表面淬硬后材料心部仍能保持较好的韧性，需要注意对Ni材提出了更高的热处理要求。

20CrMnTiH的化学成分：

碳C为0.17-0.23

硅Si：0.17~0.37之间

Mn

硫S：容许残余含量≈0.035

磷P：容许残余含量≈0.035

铬Cr：1.00~1.35之间

镍Ni：容许残余含量≈0.030

铜Cu：容许残余含量≈0.030

钛Ti：0.04~0.10之间

1，对一个半轴齿轮的失效模式进行了分析，并提出了一种改进的方法

用户反馈一些齿轮发生了故障，比较典型的故障齿轮如下图所示。

可判断出这种故障形式属于断齿故障，属于齿轮最为严重的故障形式之一，故障之后差速器无法达到差速状态，易出现事故导致人员受伤。

㈠金相分析

检测了失效齿轮的热处理效果，数据表明齿轮热处理满足产品的技术要求。

为准确判断断齿的原因，观察端口处的金相，断口无疲劳破坏现象。

轮齿断口没有宏观上可见塑性变形，放射区在断口中占有很大比例，而微观上以沿解理面穿晶断裂为主，断口形态为准解理加撕裂。

说明齿轮不具有疲劳断裂的特点，是一次性断裂，断齿并非由于疲劳强度不够，不存在初始裂纹且齿面不发生折叠，由此可判定断齿是由于过载所致，也就是齿轮强度不够导致了断齿。

（2）进行故障再现实验和强度校核

计算表明该驱动桥总成的静扭后备系数为2.21符合QC/T534—1999的要求

静扭的结果是半轴齿轮的破裂而不是半轴的破裂

从驱动桥的设计原理来看，驱动桥传动系统的薄弱部位应该是半轴

测试结果表明半轴齿轮损坏时输入转矩为1670Nm

这时，差速器壳转矩达到1670*38/9＝7051.11 N·m

半轴齿轮所受转矩是7, 051.11.2=3, 525.56 N米

依据设计经验差速器转矩分配系数取为0.6

那么，半轴齿轮的实际可承受的最大转矩是7.54*38/9*0.6=1, 910.33 N·m

则半轴齿轮后备系数是3525.56／1910.33＝1.85

查QC/T29108—1993规定汽车驱动桥差速器行星和半轴齿轮的强度储备系数≥2.5

由此可以认为半轴齿轮缺乏强度的根源是设计强度不够

（3）结构的改进与有限元分析

按照驱动桥设计原则，最弱的零件是半轴，按照半轴配合此齿轮静扭实验损坏最大转矩备用系数为2.63时，则改变结构的半轴齿轮备用系数应至少在2.63以上

在设计优化中，为确保齿轮强度备用系数具有部分富余量，故半轴齿轮强度备用系数取为K=3

半轴齿轮在受到最大转矩作用下的最大应力小于980MPa的有限元分析

利用ANSYS对半轴齿轮进行受力分析，有限元分析所得应力集中点与故障件破坏点部位一致。

经啮合区位置仿真及红丹粉测试，应力集中点与啮合区在同一块范围内，造成齿轮承载能力较差。

为增加齿轮的强度，齿轮的结构也作了一些改进，如图中的轮齿上下两端加加强筋结构：

应力点主要分布于大端齿顶及小端平面和面锥的交接处

在小端加强筋直径下，小端平面和面锥交接处即故障件破坏点应力点基本消失，仅在大端齿顶有应力点

此时半轴齿轮所受转矩值为7162N·m,即根据设计优化所设目标加载转矩，此时最大应力点应力值为592.9MPa,低于980MPa,存在一定强度富余量。

（4）对改进齿轮的效果进行了验证

改进齿轮经过用户使用，服役期内无轮齿断裂故障，该产品满足用户的使用需求。

（五）心得

◆利用有限元分析对齿轮的设计进行了验证，并建立了仿真模型、设置了变量、对模型进行了有限元分析、分析所得的结果与实验结果吻合较好，在新产品开发中进行强度理论分析可以有效保证半轴齿轮的设计强度、避免差速器失效、可以缩短研制时间、减少试制、试验的浪费、增加一次研制的成功率。

◆在证实设计强度不够时，应先考虑采用局部加强方法，尽可能避免因加大模数放大尺寸或其他原因而引起较大设计变更。

2，差速器的常见故障模式及其成因分析

车轮直线运动过程中差速器齿轮的磨损率小。

而脏污的润滑油则使齿面，齿轮止推面和内孔的磨损加快，止推垫圈和壳体的止推面及内孔的磨损也加快。

维修时不适当的间隙调整将导致半轴齿轮与行星轮传动时沿轴的方向后移，导致齿轮啮合间隙过大，进而啮合不正常。

齿轮长时间啮合间隙过大会不可避免地形成齿面台阶，变形等现象，从而使差速器齿轮自身的磨损加快，并造成十字轴，差速器壳的连串损坏。

差速器齿轮的不正常磨损会导致行星齿轮工作过程中的前后窜差，左右摆差等现象，半轴齿轮工作过程中同样会发生前后窜差，左摆差等现象发生，行星齿轮沿着半轴齿轮的不正常传动会导致十字枢轴的不均匀受力损坏，还会加快止推垫圈与壳体内孔之间的磨损速度。

差速器齿轮不转的工作状态下，即汽车直线运行状态下，传动力发生变化时齿轮和齿轮之间互相撞击，导致十字轴，止推垫圈和差速器壳体等部件加重损坏。

这说明差速器齿轮在过度磨损后无论是否差速运行都会产生很大影响。

行星齿轮被压坏，十字轴或者一字横轴断裂，常常是先使齿轮磨损过大，再使十字轴受损或者断裂，从而使整个差速器完全失灵。

3，差速器故障的简单检测

在检验差速器行星齿轮和半轴齿轮啮合间隙之前，首先要把一侧半轴齿轮和它的止推垫圈及十字轴，行星齿轮和止推垫圈装在一侧半壳上，用夹具夹住十字轴和半壳。

再用止推垫圈把行星齿轮粘贴在半壳上，使千分表触头紧贴在行星齿轮大端齿面上，再用不同旋转方向卡住接近的其他两个行星齿轮，防止半轴齿轮旋转。

此时，往复轻转行星齿轮就可以测得齿轮和半轴齿轮之间啮合间隙的大小，但是测时要测2点或4点，取均值，这个间隙通常应该是0.20～0.50毫米。

一方查完后再用相同的方式查另一方。

在检验中，如果四行星齿轮和某一侧半轴齿轮啮合间隙比较接近，但均达不到要求，则可通过更换半轴齿轮止推垫圈来进行调节，其厚度各不相同。

该止推垫厚度变化不影响每个行星齿轮与另一侧半轴齿轮啮合间隙。

如果只有一个行星齿轮和这个边半轴齿轮啮合间隙达不到要求，则可通过更换这个行星齿轮上厚度不等的止推垫圈来进行调节。

但是这种止推垫圈的厚度变化会影响到这个行星齿轮和另一侧半轴齿轮之间啮合间隙的大小，所以在调节中一定要重视这种情况。

另外，还需注意到一些车辆其行星齿轮同半轴齿轮啮合间隙不需要用以上方法进行检验，而只需在差速器装配工作即将结束，将差速器壳固定螺栓旋紧至半紧固后，将厚薄规由差速器壳视窗插入差速器壳内，测得半轴齿轮后同差速器壳间隙大小，即可判断行星齿轮同差速器壳啮合间隙大小。

该间隙应介于0.23~0.32mm之间，若不属于该范围，则应更换不同厚度止推垫圈进行调节。

调节垫圈的厚度有很多不同，在进行调节的时候可以根据实际需求进行考察之后进行选择。