自动变速器差速器烧蚀故障分析(2)

图2　差速器工作原理图1.左半轴齿轮 2.右半轴齿轮 3.行星轮轴 4.行星轮

通过2.1.1的因素分析，差速器行星齿轮轴与行星齿轮烧蚀在一起与差速器自身的结构、使用工况、润滑情况有关系，但根本原因是由于差速行驶时行星齿轮绕行星齿轮轴运转时，传递的动力有摩擦损失，在恶劣的差速工况下摩擦生热，ATF油粘度降低，行星轮与轴之间的润滑油膜破坏，产生干摩擦，摩擦损失会增加，表现出内摩擦力矩增加，在试验过程中会表现出扭矩的异常波动。

2、自动变速器差速器烧蚀故障的试验验证

2.1 试验方案

为进一步找到差速器烧蚀故障的真因，通过在变速器性能试验台（图3），在变速器总成状态下进行模拟差速器试验，试验方案如下：

图3　变速器性能测试装备示意图

模拟极端差速器运转，将差速器位置两端与半轴连接，半轴的另一端分别于左右台架的电机连接，以模拟右转弯为例，将其右端固定（图3中所示的低速侧），左端加转速并逐步提升扭矩，按照表1和图3的试验工况进行加载，监测半轴的扭矩变化。试验中，注意声音，振动，油温等的变化，出现异常时立即中断试验，进行分解检查。

图4　试验工况

表1　试验工况?

2.2　数据分析

1）左半轴200rpm加载试验，逐步提升左半轴的扭矩，台架监测的数据如图5所示，发动机已经超出发动机最大扭矩，通过监测右半轴扭矩Tos未见异常，变速器运转无异常出现，由此在200rpm转速的情况下，差速器性能满足要求。

图5　左半轴200rpm加载监测数据

2）左半轴800rpm加载试验，逐步提升左半轴的扭矩，台架监测的数据如图6所示，发动机扭矩只达到了最大扭矩的50%左右，通过监测右半轴扭矩Tos出现异常的波动,内摩擦力矩也发生波动，变速器运转出现油温升高、振动等异常的现象。

图6　左半轴800rpm加载监测数据

2.3　分解检查

在800rpm加载试验中出现了异常，对变速器进行分解检查，重点检查差速器的损伤情况，如图7所示，在分解检查中发现，差速器的行星齿轮与行星齿轮轴烧结在一起无法拆下，故障再现。

图7　差速器烧结试验后分解检查

3、结果与讨论

3.1　差速器烧蚀故障的原因

经过差速器烧蚀故障的机理和试验模拟分析可以得出结论，导致差速器烧蚀故障的因素主要是在极端差速工况下，特别是在高速低负荷的工况下导致行星齿轮与行星齿轮轴烧结在一起，进而变速器损坏，在实际的用车工况中如：单侧轮胎陷入泥坑中，在挣扎的过程中造成行星齿轮轴与行星轮烧结，行星齿轮轴烧结损伤后，在后续的运行过程中逐步恶化，进一步导致了锁销断裂，行星齿轮轴窜动，行星齿轮轴与壳体干涉，异响，壳体击穿等异常现象。

3.2　预防差速器烧蚀故障的措施

3.2.1　差速器润滑结构优化

①因提高差速器自身承载能力需增加差速器构成零件的尺寸规格，占用空间较大，需产品研发初期进行评估和综合考虑；

②从失效的机理分析在变速器本体侧的改善方案可以从改善润滑的角度出发制定改善润滑的方案，确保在极端差速工况下仍能确保行星轮与行星齿轮轴之间有良好的润滑和冷却。如：对行星齿轮轴的润滑油槽进行优化改进（图8），对球面垫片结构进行改进（图9），差速器壳体增加油槽（图10），甚至为差速器运转部位设计强制润滑油路，强制润滑在市场现有的自动变速器中已有较为成熟的运用。

图8　通槽行星齿轮轴

图9　多孔球面垫片

图10 差速器润滑油槽

3.2.2　增加差速器保护功能

为防止过度差速的工况发生，建议对变速器增加差速器保护功能当两侧轮胎转速差达到某一数值时开启保护，主要有以下两种方式：

①从变速器侧考虑增加差速器保护功能，需变速器控制系统具有该功能模块，整车CAN信号中包含ABS信号或轮速信号（影响CAN通信协议）；如现有的TCU系统不支持差速器保护功能，需重对底层软件进行开发，开发差速器保护功能模块并进行标定，差速器保护功,涉及到降扭请求，将对ECU系统产生影响，安全诊断需要重新设置。该方式需要再车型项目开发的初期进行考虑。

文章来源：《烧结球团》 网址: http://www.sjqtzz.cn/qikandaodu/2021/0423/469.html