驅(qū)動(dòng)軸起步倒車異響問題機(jī)理及解決措施

王少璋 肖俊華 錢建功 蔡志林 孫利飛

摘 要：小型乘用車在起步、倒車工況時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪承受沖擊扭矩作用，故可能導(dǎo)致等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸與輪轂軸承配合端面發(fā)生粘滑，進(jìn)而發(fā)出異響。該異響與驅(qū)動(dòng)軸和輪轂軸承的花鍵配合間隙、配合端面摩擦系數(shù)、鎖緊螺母力矩等問題有關(guān)，通過優(yōu)化上述因素，可有效消除異響。

關(guān)鍵詞：汽車底盤：起步倒車；異響機(jī)理；等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸：輪轂軸承

1 引言

前些年馬自達(dá)轎車驅(qū)動(dòng)軸異響問題曾經(jīng)鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，很多馬自達(dá)汽車客戶均抱怨在車輛起步或倒車時(shí)，車身前部出現(xiàn)“咯噔”的一聲或數(shù)聲異響。之后，馬自達(dá)通過在驅(qū)動(dòng)軸上增加墊片，解決了此異響問題。但對(duì)該異響問題的機(jī)理和其它解決方向一直沒有清楚說明。

近年來，馬自達(dá)以外的其它乘用車品牌也普遍出現(xiàn)了該異響問題，車輛在起步、倒車時(shí)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)出“咯噔”異響已然成為行業(yè)內(nèi)一大通病。

2 異響產(chǎn)生位置

該異響只發(fā)生在乘用車驅(qū)動(dòng)輪處：對(duì)于前驅(qū)車型即車輛前輪，對(duì)于后驅(qū)車型即車輛后輪。

圖1為等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承配合結(jié)構(gòu)示意圖。等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承為花鍵配合，在花鍵軸一端，固定節(jié)殼體與輪轂軸承為平面貼合，配合端面形狀為一圓環(huán)，另一端采用鎖緊螺母鎖死，理論上驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生。

驅(qū)動(dòng)輪起步倒車“咯噔”異響即產(chǎn)生在等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)殼體與輪轂軸承的圓環(huán)行配合端面。

3 異響產(chǎn)生機(jī)理

3.1 異晌產(chǎn)生過程

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩依次通過變速器、減速器、差速器傳遞給驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸再通過與輪轂軸承的配合花鍵傳遞給輪轂軸承，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)輪胎。

等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸一端通過移動(dòng)節(jié)與差速器連接，一端通過固定節(jié)與輪轂軸承連接。如下圖2，在驅(qū)動(dòng)軸傳遞扭矩的過程中，可將驅(qū)動(dòng)軸與輪轂軸承配合的子系統(tǒng)視為一端通過花鍵和鎖緊螺母固定的扭轉(zhuǎn)彈簧系。

驅(qū)動(dòng)軸在傳遞扭矩時(shí)，固定節(jié)相對(duì)輪轂軸承有發(fā)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。在起步、倒車等驅(qū)動(dòng)軸承受沖擊扭矩較大的工況，驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承可能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，固定節(jié)與輪轂軸承的配合端面將從靜摩擦狀態(tài)轉(zhuǎn)為動(dòng)摩擦狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)出異響。

3.2 決定異晌是否產(chǎn)生的因素

驅(qū)動(dòng)軸起步、倒車時(shí)是否產(chǎn)生異響，主要由以下兩方面因素共同決定：

（1）驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承配合端面是否發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；

（2）發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)變化是否劇烈（根據(jù)摩擦學(xué)知識(shí)，只有劇烈的摩擦系數(shù)變化才會(huì)產(chǎn)生異響）。

以下通過計(jì)算起步、倒車工況時(shí)驅(qū)動(dòng)軸傳遞扭矩的大小與配合端面靜摩擦轉(zhuǎn)矩大小的關(guān)系，說明配合端面是否可能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

在計(jì)算中，采用1200rpm時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩作為起步、倒車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行計(jì)算。

圖3表示等速節(jié)驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承配合端面以及鎖緊螺母墊片與輪轂軸承配合端面的形狀，兩個(gè)接觸面均為圓環(huán)形。

由以上計(jì)算結(jié)果看出，在起步、倒車工況時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸承受的變速扭矩遠(yuǎn)大于配合端面上的靜摩擦轉(zhuǎn)矩，因此驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)殼體與輪轂軸承配合端面及鎖緊螺母墊片與輪轂軸承配合端面之間均可能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 異響解決措施

解決措施說明

根據(jù)解決思路1提出的三條措施旨在通過消除花鍵配合間隙、提高配合端面摩擦轉(zhuǎn)矩限制驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)與輪轂軸承之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。但由上文計(jì)算結(jié)果可知，驅(qū)動(dòng)軸傳遞的扭矩遠(yuǎn)大于摩擦轉(zhuǎn)矩，而摩擦轉(zhuǎn)矩的提高空間有限，故在實(shí)際中思路1的效果不理想。

思路2另辟奇徑，不再限制相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生，而是通過降低配合端面摩擦系數(shù)來從根本上消除了異響根源，在實(shí)際應(yīng)用中效果較好。其中增加減摩墊片相對(duì)于增加涂層在可靠性上有更大優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語

驅(qū)動(dòng)軸起步、倒車時(shí)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)出“咯噔”異響問題較為普遍，為典型的系統(tǒng)匹配問題。所提出的異晌機(jī)理分析從原理上說明了此異晌的產(chǎn)生過程和影響因素。所提出的解決措施經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，可有效解決此問題。9