某轎車驅(qū)動(dòng)軸異響分析及整改方案

楊萍 余見山 楊安志

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)軸;花鍵;異響;計(jì)算分析;整改方案

1前言

目前市面上大多數(shù)轎車采用的是FF布置形式，即動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組裝成一個(gè)緊湊的整體，固定于車架或車身底架上。這種布置形式具有如下優(yōu)勢(shì)：有利于降低車身底板高度，有助于提高乘坐舒適性和高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性;傳動(dòng)系統(tǒng)都集中于汽車前部，操縱機(jī)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。前輪不僅是轉(zhuǎn)向輪，而且還是驅(qū)動(dòng)輪，動(dòng)力從差速器傳遞到前輪，需要通過驅(qū)動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)。

本文所研究的某品牌轎車，前橋?yàn)楠?dú)立懸架結(jié)構(gòu)，左右驅(qū)動(dòng)軸均采用分段式結(jié)構(gòu)，輪端采用球籠式萬(wàn)向節(jié)，差速器端采用三球銷式萬(wàn)向節(jié)，球籠式萬(wàn)向節(jié)與前輪轂、三球銷式萬(wàn)向節(jié)與差速器半軸齒輪間均采用直齒漸開線花鍵配合，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力從差速器傳遞到車輪。

針對(duì)該品牌轎車起步、倒車時(shí)驅(qū)動(dòng)軸輪轂端出現(xiàn)的“咯噔”的撞擊聲響進(jìn)行分析，提出了一種徹底解決驅(qū)動(dòng)軸花鍵配合異響問題的方案，通過模型簡(jiǎn)化及近似計(jì)算，重新對(duì)花鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析及匹配校核，給出了一種驅(qū)動(dòng)軸花鍵參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

2驅(qū)動(dòng)軸異響問題分析

汽車故障通常都是在一定條件下表現(xiàn)出來的，例如性能異常、外觀異常、作用異常、響聲異常、氣味異常、溫度異常等。常用的故障判斷方法有聽、看、摸、試、比等翻。

2.1驅(qū)動(dòng)軸異響原因分析

某品牌轎車起步、倒車時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸輪轂端有“咯噔”的撞擊聲響出現(xiàn)，汽車行駛過程中并無(wú)“咯噔”的響聲，聽到“咯噔”的一聲撞擊聲后，驅(qū)動(dòng)軸才開始運(yùn)轉(zhuǎn)，可以推斷驅(qū)動(dòng)軸異響的可能原因有：

a.萬(wàn)向節(jié)軸承缺油：

b.軸承滾針斷損：

c.驅(qū)動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)磨損;

d.輪轂與驅(qū)動(dòng)軸花鍵異常磨損：

e.驅(qū)動(dòng)軸螺釘或螺母松動(dòng)：

f輪轂與驅(qū)動(dòng)軸花鍵不匹配，配合松曠。

經(jīng)分析，以上前五種問題多出現(xiàn)于有一定行駛里程的車輛，對(duì)剛下線的新車進(jìn)行實(shí)車試聽發(fā)現(xiàn)也存在起步及倒車異響聲，由此可以判定驅(qū)動(dòng)軸異響的主要原因是驅(qū)動(dòng)軸與輪轂花鍵配合松曠，在起步及倒車過程中傳遞扭矩時(shí)，花鍵齒由一側(cè)齒面靠向另一側(cè)齒面，由此產(chǎn)生了“咯噔”一聲的齒側(cè)沖擊噪聲。

2.2驅(qū)動(dòng)軸和輪轂的花鍵設(shè)計(jì)參數(shù)分析

花鍵配合情況可以用相互嚙合的內(nèi)、外花鍵齒間的齒側(cè)間隙大小進(jìn)行評(píng)判。首先，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸及輪轂的花鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析齒側(cè)間隙設(shè)計(jì)大小。

某品牌轎車驅(qū)動(dòng)軸和輪轂花鍵設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

根據(jù)漸開線花鍵模數(shù)、齒數(shù)、壓力角與齒厚、齒槽寬之間的換算關(guān)系，計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合后，花鍵齒側(cè)間隙在0.084～0.148mm之間符合設(shè)計(jì)要求。

驅(qū)動(dòng)軸與輪轂花鍵配合松曠，不僅與驅(qū)動(dòng)軸及輪轂的花鍵設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，還與驅(qū)動(dòng)軸及輪轂花鍵的加工質(zhì)量密不可分，因此需要對(duì)驅(qū)動(dòng)軸及輪轂廠家生產(chǎn)的零部件質(zhì)量進(jìn)行檢查。

2.3驅(qū)動(dòng)軸和輪轂的花鍵加工質(zhì)量核查

經(jīng)過調(diào)查，某轎車驅(qū)動(dòng)軸為獨(dú)家生產(chǎn)，前輪轂有兩家供應(yīng)商，其中B點(diǎn)供應(yīng)商為最新引入制造廠商，而出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸異響問題的車輛，都裝配了B點(diǎn)供應(yīng)商供應(yīng)的前輪轂。

為了進(jìn)一步確認(rèn)問題產(chǎn)生的原因，利用通止規(guī)對(duì)驅(qū)動(dòng)軸及兩個(gè)廠家的前輪轂花鍵加工質(zhì)量進(jìn)行檢查。驅(qū)動(dòng)軸及A點(diǎn)供應(yīng)商的前輪轂不存在問題，而B點(diǎn)供應(yīng)商加工的前輪轂出現(xiàn)了“通規(guī)通，但止規(guī)不止”的問題，經(jīng)過檢測(cè)輪轂內(nèi)花鍵棒間距參數(shù)確實(shí)超出了設(shè)計(jì)值22.90～22.95mm的范圍。

通過對(duì)廠家生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行審查發(fā)現(xiàn)，B點(diǎn)供應(yīng)商加工前輪轂花鍵所采用的拉刀參數(shù)偏離上極限，這樣刀具的使用壽命會(huì)有所增加，同一副刀具可以加工出數(shù)量更多的輪轂產(chǎn)品，平均到單件輪轂產(chǎn)品上的加工成本明顯降低。但是，加工出的花鍵棒間距參數(shù)超差，與驅(qū)動(dòng)軸花鍵配合后，花鍵齒側(cè)間隙相對(duì)設(shè)計(jì)值會(huì)偏大，加大了產(chǎn)生齒側(cè)沖擊噪音的風(fēng)險(xiǎn)。

以上分析調(diào)查結(jié)果表明.B點(diǎn)供應(yīng)商為降低生產(chǎn)加工成本，選用花鍵加工拉刀不合理，這是造成某轎車驅(qū)動(dòng)軸與輪轂花鍵配合松曠，并產(chǎn)生“咯噔”異響聲的根本原因。

3驅(qū)動(dòng)軸異響解決方案

驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合花鍵松曠異響的主要原因在于齒側(cè)間隙值偏大造成。因此，解決這一類異響問題，有以下兩種方案：

a.調(diào)整花鍵參數(shù)，使齒側(cè)間隙處于合理范圍之內(nèi)，此方法雖快捷簡(jiǎn)單，但并非最優(yōu)解決方案。

b.通過設(shè)計(jì)改進(jìn)，消除齒側(cè)間隙，此方法徹底避免了齒側(cè)沖擊噪音的產(chǎn)生，是解決此異響問題的首選方案。

與外花鍵相比，內(nèi)花鍵加工相對(duì)困難，所以本文提出的改進(jìn)方案，前輪轂仍采用圓柱直齒內(nèi)花鍵，而驅(qū)動(dòng)軸輪轂端采用圓柱斜齒外花鍵，設(shè)計(jì)時(shí)增加了一個(gè)螺旋角參數(shù)。

斜齒外花鍵與直齒內(nèi)花鍵裝配時(shí)，外花鍵齒有一定的撓度，通過變形與內(nèi)花鍵間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)齒側(cè)間隙或稍有過盈，確保了圓柱斜齒外花鍵與圓柱直齒內(nèi)花鍵之間緊密的擠壓式配合，這種設(shè)計(jì)避免了驅(qū)動(dòng)軸與前輪轂之間齒側(cè)間隙的出現(xiàn)，徹底排除了齒側(cè)沖擊噪聲的產(chǎn)生。傳動(dòng)過程中，內(nèi)外花鍵嚙合線逐漸變化，扭矩傳遞更加平穩(wěn)，操縱舒適性更佳。

4驅(qū)動(dòng)軸外花鍵參數(shù)匹配校核

驅(qū)動(dòng)軸采用斜齒外花鍵，正是為了與輪轂直齒內(nèi)花鍵配合時(shí)，實(shí)現(xiàn)無(wú)齒側(cè)間隙或稍有過盈。那么，可以根據(jù)外花鍵齒厚和內(nèi)花鍵齒槽寬的極限值，推算出斜齒外花鍵的螺旋角參數(shù)大小。

4.1簡(jiǎn)化的正切計(jì)算模型

根據(jù)改進(jìn)方案內(nèi)、外花鍵的配合原理，可以用簡(jiǎn)化的正切模型進(jìn)行近似計(jì)算，模型如圖1所示。

4.2驅(qū)動(dòng)軸斜齒花鍵參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

首先，車輪固定螺母擰緊力矩為（210+15）N.m，驅(qū)動(dòng)軸在與輪轂裝配時(shí)，初始花鍵配合長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到有效配合長(zhǎng)度的2/3～4/5.否則依靠緊固車輪螺母所產(chǎn)生的軸向力，將不足以使驅(qū)動(dòng)軸與前輪轂裝配到位;其次，驅(qū)動(dòng)軸端部外露螺紋長(zhǎng)度還應(yīng)保證能夠帶上車輪固定螺母。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)軸與輪轂初始裝配要求，初始花鍵配合長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到有效配合長(zhǎng)度的2/3時(shí)無(wú)齒側(cè)間隙，為設(shè)計(jì)花鍵參數(shù)下限情況;花鍵配合長(zhǎng)度為有效長(zhǎng)度時(shí)無(wú)齒側(cè)間隙，應(yīng)為設(shè)計(jì)花鍵參數(shù)上限情況，計(jì)算得到改進(jìn)后驅(qū)動(dòng)軸和輪轂花鍵參數(shù)（表2）。

4.3驅(qū)動(dòng)軸花鍵螺旋角匹配校核

根據(jù)齒側(cè)間隙上下極限值與花鍵配合長(zhǎng)度上下極限值，用簡(jiǎn)化的正切模型分別核算出斜齒花鍵螺旋角大小（表3）。

花鍵配合上下極限情況下，通過計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)軸斜齒花鍵螺旋角接近18’，和設(shè)計(jì)計(jì)算值相同，說明驅(qū)動(dòng)軸花鍵螺旋角度大小設(shè)計(jì)合理。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)驅(qū)動(dòng)軸異響問題進(jìn)行分析及改進(jìn)，提出了一種花鍵異響問題解決方案，并通過模型簡(jiǎn)化及近似計(jì)算，重新對(duì)花鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析及匹配校核，給出了一種驅(qū)動(dòng)軸花鍵參數(shù)計(jì)算校核方法，給后續(xù)其它車型驅(qū)動(dòng)軸的開發(fā)提供有意義的借鑒。

盡管如此，市場(chǎng)上常見的驅(qū)動(dòng)軸問題還有很多，例如驅(qū)動(dòng)軸斷裂、軸承異響、打轉(zhuǎn)向時(shí)防塵罩異響，花鍵異常磨損、防塵罩低溫脆性開裂、萬(wàn)向節(jié)內(nèi)部異響等，這些問題都需要引起設(shè)計(jì)者足夠的重視。