重型多軸車輛分動器燒蝕原因分析

邱棟 張云鵬 劉雙燕

（泰安航天特種車有限公司，泰安 271000）

1 前言

重型多軸車輛通過分動器實現全輪驅動，在道路條件較差的環境下，車輛陷入泥濘溝槽時通過多軸驅動，使車輛繼續行駛[1]。分動器工作可靠與否將極大影響整車性能[2-3]，其故障分析往往較為復雜[4-5]。分動器的典型故障為漏油、燒蝕、斷裂，本文針對某重型多軸車輛分動器燒蝕的問題，分析造成燒蝕現象的可能原因，并最終定位造成該現象的主要原因。

2 問題描述

某車輛在使用過程中分動器輸入后端蓋變色，后端蓋緊固螺栓松動且接合面存在漏油現象，如圖1所示。此時車輛共行駛了約8000 km。經檢查，故障總成中潤滑油量約1 L，放油后重新加注潤滑油9 L，以500 r/min的轉速跑合1 min后，輸入后端蓋與分動器后殼體接合面出現漏油現象，如圖2所示，油泵不吸油。以1000 r/min的轉速跑合1 min后，油泵不吸油，跑合停止。拆解檢查發現輸入軸后端蓋上緊固螺栓松動，軸承保持架磨損脫落，軸承滾子和軸承外圈變形。分動器潤滑油泵卡死，油泵齒輪、齒圈和殼體內孔變形造成油泵無法轉動，分動器所有齒輪齒面均有不同程度的高溫燒傷變黑現象，內腔多處出現鐵屑和潤滑油高溫變質殘渣混合物。

圖1 故障分動器總成

圖2 輸入后端蓋與分動器后殼體接合面漏油

3 故障原因分析

該分動器由輸入軸總成、中間軸總成、差速器總成、換擋系統、殼體、潤滑系統等組成[6-9]，有高擋、低擋、空擋3個擋位。為滿足分動器在行車和駐車取力等工況下齒輪和軸承等零件的潤滑需求，除飛濺潤滑外，還增加了油泵強制潤滑。分動器在高（低）擋運行時，低（高）擋齒輪內孔與輸入軸外緣相對滑動，除油泵的吸油潤滑外，分動器上所有軸承均設計有油杯，通過盛接齒輪飛濺的潤滑油實現軸承潤滑。

對于分動器出現的燒蝕現象的原因，主要從6個方面進行分析。

3.1 潤滑能力設計分析

故障分動器采用飛濺加自帶齒輪油泵吸油循環相結合的雙重潤滑，潤滑情況可以通過潤滑試驗進行驗證。最近一次潤滑試驗的潤滑油覆蓋情況如圖3所示，為全覆蓋，因此可排除潤滑能力設計不良導致分動器燒蝕的可能性。

圖3 潤滑試驗潤滑油覆蓋情況

3.2 分動器漏油情況分析

若分動器出現漏油，油量不足會直接導致分動器燒蝕[10]。經現場查看，故障分動器輸入軸后端蓋的螺栓均松動脫出，輸入軸后端蓋存在漏油現象，因此需確定是否為漏油導致分動器燒蝕，特別是螺栓松動導致的分動器輸入軸后端蓋漏油[11]。可能引起螺栓松動的原因有擰緊力不足、振動、熱膨脹、沖擊和墊片蠕變。

分動器輸入軸后軸承承受的軸向載荷理論最大值為56500 N·m，經計算分析，螺栓的拉伸力為230000 N·m，螺栓可提供的軸向拉力遠大于軸向載荷。如分動器出廠前螺栓均未擰緊，下線臺架測試即會出現漏油現象。若個別螺栓擰緊力不足，輸入軸后端蓋與殼體間一般會發生微量滲油，不會出現大量漏油現象，微量滲油持續很長的里程才會造成分動器嚴重缺油、軸承燒結，而故障分動器共行駛了8000 km，其間多次排查未發現滲漏現象。經復查裝配過程，輸入軸后端蓋裝配過程會在接合面涂抹平面密封膠且保證無斷膠，如圖4所示，螺栓裝配前在尾部涂抹螺紋鎖固厭氧膠，如圖5所示，均滿足實施要求。螺栓需采用氣動扳手按對角線預擰緊，再采用扭矩扳手定扭，并在螺栓上畫防松標記，螺栓的標記線未出現錯位，如圖6、圖7所示。分動器總成在下線前均進行臺架測試和密封性檢測以驗證螺栓緊固效能，檢查未發現該接合面漏油，因此排除擰緊力不足導致松動的可能性。

圖4 接合面涂膠

圖5 螺紋鎖固厭氧膠

圖6 扭矩扳手定扭

圖7 防松標記

在受到持續的振動或沖擊時，許多小的“橫向”滑動導致螺栓頭與連接件產生相對運動，這些重復運動會抵消螺栓與被連接件之間的摩擦力，最終導致螺栓松動。當螺栓安裝處的螺紋孔材料與螺栓材料不同且溫度急劇變化時，會導致螺栓和連接件迅速膨脹或收縮，造成螺栓松動。分動器螺栓采用涂螺紋鎖固厭氧膠的方式防松，該螺紋膠耐熱溫度為150℃，高溫會導致螺紋膠軟化甚至碳化，失去防松功能。拆解的輸入軸后端蓋平面上存在碳化的平面密封膠，螺栓頭上有碳化的螺紋膠，如圖8所示。

圖8 平面膠碳化

因此，固定螺栓全部松動是由分動器燒蝕后軸承變形產生的振動、沖擊和高溫導致的，可以排除振動及熱膨脹導致螺栓松動。

經復查，松動的螺栓未加墊片，可排除由墊片蠕變導致的松動。綜合上述分析，可以排除因螺栓在使用過程中松動導致大面積漏油的情況。

通過分析，可以排除分動器漏油導致分動器燒蝕的可能性。

3.3 潤滑油加注量分析

檢查時，故障總成僅放出約1 L潤滑油，故障總成的擋油板的浸油痕跡顯示潤滑油加注量不足，如圖9所示，潤滑油量加注不足問題不能排除。

圖9 擋油板浸油痕跡

3.4 應急泵故障吸油情況分析

應急泵油封失效時，會將分動器的潤滑油吸到液壓系統中，混油后會導致液壓油變色，現場處理過程未發現液壓油變色現象。

將故障分動器的應急泵拆解分析，重裝后試驗發現應急泵工作正常，將其裝在分動器上運轉，未發現分動器內的潤滑油流到液壓油桶內，如圖10所示，因此可排除應急泵故障吸油的可能性。

圖10 應急泵測試

3.5 潤滑油道分析

將故障分動器拆解后檢查油泵吸油管、輸入軸內孔等油道，未發現油孔堵塞，且油孔堵塞燒箱為早期故障，可以排除油道堵塞的可能性，如圖11、圖12所示。

圖11 油泵吸油管

圖12 輸入軸油孔

3.6 潤滑油泵故障分析

分動器輸入軸后軸承的潤滑方式為油杯潤滑與油泵強制潤滑相結合，如油泵失效，分動器輸入軸后軸承可依靠油杯潤滑繼續正常運轉，而輸入軸與齒輪件的滑動配合僅依靠油泵潤滑，油泵失效最直接的后果是齒輪與輸入軸燒結，與此次故障的失效模式不符，可排除油泵故障的可能性。

綜上所述，分動器燒蝕的原因確定為分動器潤滑油加注量不足，車輛在行駛過程中，因分動器總成潤滑油不足，底部少量潤滑油被油泵吸取用于高低擋齒潤滑后，底部的輸出齒輪飛濺的油量過少，依靠飛濺潤滑的軸承潤滑不良，最終導致輸入軸后端軸承破損，其余軸承也出現不同程度發熱現象。

4 機理分析及故障復現

4.1 機理分析

分動器輸入軸和高、低擋齒輪采用無軸承結構，該結構屬于靜壓軸承的一種，通過分動器上自帶的齒輪泵將潤滑油強行泵入齒輪和軸之間的微小間隙形成油膜，避免輸入軸與高、低擋齒輪直接接觸和磨擦，該結構為國內外分動器通用結構，技術成熟可靠，分動器油泵的吸油口在分動器的底部，當分動器潤滑油油量不足時，分動器的飛濺潤滑效果會下降，當潤滑油面降低至油泵吸油口位置時，油泵會斷續吸油，潤滑能力大幅下降，飛濺潤滑對位置較高的輸入軸軸承基本失效，當潤滑油量<3 L時，油泵將無法吸油，飛濺效果基本失效。

4.2 故障復現

分動器加注4 L潤滑油時，在輸入轉速1000 r/min條件下運轉5 min，分動器油泵出油口上接的壓力表讀數為0，拆下壓力表后，出油口有斷續的油泡噴出。試驗結果表明，潤滑油加注量在4 L左右時，分動器油泵無法形成穩定潤滑循環，故障得以復現。

5 結束語

本文針對某分動器輸入后端蓋燒蝕且其與分動器后殼體接合面處漏油的問題，對可能原因進行故障定位，主要從潤滑能力設計、分動器漏油、潤滑油加注量、應急泵故障吸油、潤滑油道堵塞、潤滑油泵故障方面進行了分析，并最終確認了產生該問題的原因為分動器潤滑油加注量未達到要求。

造成該分動器燒蝕現象的主要機理為更換的油量較少造成底部的輸出齒輪飛濺的油量過少，飛濺潤滑基本失效。