APP下载

减速箱差速器行星轮圆柱销失效分析

2020-10-29柴少彪汤会芳孟庆祥

汽车科技 2020年5期
关键词:差速器

柴少彪 汤会芳 孟庆祥

摘  要:本文主要介绍了纯电动减速箱差速器行星轮圆柱销失效的过程及解决方案,通过分析差速器的工作原理,并对行星轮圆柱销及行星轮的连接关系进行简化,并简化为滑动轴承的连接关系,这种连接关系符合滑动轴承的承载能力特性,即PV值的约束,本文还对该减速箱差速器能够承受的PV值进行试验,并探索该差速器的最大PV值,并使用该PV值进行整车控制,从而避免以后整车工况中再次发生失效。

关键词:减速箱;差速器;滑动轴承;PV值

中图分类号:U467    文献标识码:A    文章编号:1005-2550(2020)05-0080-04

Abstract: The aim of this article is to introduce a solution for electric drive gearbox differential planetary spin shaft failure process, throughout the differential workflow, to simplify the structure with plain bearing connection. The connection can explain the relation between planetary gear and spin shaft. The plain bearing PV value is important for endurance. This article had been finished lots of testes to attain the connection PV value. Using this PV value for vehicle control so as to protect the differential.

Key Words: Gearbox; Differential; Plain Bearing; PV Value

引言

差速器是减速箱的重要零部件,它对整车的转弯具有重要作用,由于左右车辆的转速不同,相对应的差速器半轴齿轮转速也不相同,在急转弯或车辆在高低摩擦副的路面上行驶时,半轴齿轮的转速差较大,当车辆在高低摩擦副的路面上爬坡时,如果坡道很大,两个车辆的附着系数也很大,此时,高摩擦副车轮转速很小,另一低摩擦副车轮转速很大,这导致半轴齿轮的转速差很大,同时,车辆的需求扭矩也很大,这种情形下,车辆对差速器的考核是非常苛刻的,差速器在没有转速和扭矩控制的情况下极易失效。尤其是车辆在ESP(车身电子稳定系统)标定时,由于标定软件的不成熟,差速器也极易失效。

1    差速器工作原理

在汽车上,差速器主要是开式差速器。该差速器总成是一种行星轮系,如图2所示,它是由差壳、半轴齿轮、行星轮、行星轮圆柱销、行星轮定位销等零部件组成,它也符合行星轮的杠杆原理的相关定义。

传递动力的路径主要是:来自电机的动力,经过各级齿轮的传递,通过与差壳固连的主减速齿轮将动力传递到差壳上,在直线行驶时,差壳带动行星轮圆柱销圆周运动,行星轮圆柱销带动行星轮仅做公转圆周转动,行星轮与半轴齿轮啮合,从而行星轮带动半轴齿轮转动,从而驱动整车行驶;在转弯或高低摩擦副的路面上行驶时,低摩擦副的半轴齿轮转动速度较大,高摩擦副的半轴齿轮转动速度较小,此时,行星轮不仅公转还自转,这种情况下,行星轮与行星轮圆柱销之间产生滑动摩擦,行星轮与行星轮圆柱销之间的连接形式为滑动轴承,如图3所示,行星轮与行星轮圆柱销之间简化成如图3所示的滑动轴承,该滑动轴承承受转速V及力P的作用,由滑动轴承手册可知,对于某种材料而言,PV值是恒定的,即,在一定的环境下,某种材料能够承受的表面转速V(m/s)和压力P(MPa)是不变的值,也就是所在减速箱的润滑条件及相应的温度下,行星轮圆柱销与行星轮之间的相对转速和表面压力的乘积是某个常数。

其中,P=F/A,A=L×D;

V=nπD/12;

F——行星轮圆柱销承受的径向力,N;

L——行星轮与行星轮圆柱销接触的有效长度,m;

D——行星轮圆柱销直径,m;

n——行星轮与行星轮圆柱销的相对转速,m/s;

当车辆在高度摩擦副的坡道上行驶时,行星轮与行星轮圆柱销之间产生的热量PV值,大于材料能够承受的热量时,该摩擦副将失效。

2    失效工况

某车辆,在进行ESP标定时,差速器行星轮销轴磨损严重,行星轮定位销在较大的摩擦力作用下,发生断裂。

对失效的减速箱进行拆解分析,发现行星轮销轴磨损严重,行星轮销轴定位销已经断裂,同时,行星轮销轴在离心力作用下向外脱出。

试验车辆车轮半径0.3528m,最大爬坡度为12%,减速箱速比为9.92,电机最大扭矩320Nm,在整车进行ESP标定时的工况如表1所示:

3    失效分析

减速箱差速器试验,一般按照QC/T1022-2015进行测试,按照该测试工况得到如下测试工况,测試结果反馈试验通过,差速器总成等零部件都无失效发生。

按照表1整车失效工况进行台架测试,试验仍然失效。

综上可知,按照汽车行业标准进行差速器测试,测试结果是偏保守的,为了探知该差速器能够承受的PV值,需要再次测试以摸底该差速器的承载能力,结合整车实际情况,对以下工况进行测试,测试结果显示零部件没有失效,故试验通过。

结合试验结果,使用最大PV值的测试工况,按照相同PV值进行反求各个测试工况下的转速和扭矩,得到如下差速器承载能力PV值,并按照该曲线对左右车轮转速和扭矩进行控制,以避免差速器再次失效。使用该曲线对车轮进行控制后,差速器没有失效再次发生。

4    结论

通过此次试验可以得到如下经验:

整车在进行恶劣工况测试或标定时,例如ESP标定等,需要对左右车轮的转速和扭矩进行控制,以避免减速箱差速器失效;

减速箱差速器台架试验工况较弱,在试验前期应该进行分析和测试,得知差速器的最大承载能力的PV值后再进行测试,以验证该材料的承载能力;

使用差速器PV值的承载能力限制,车辆差速器没有失效,该方法是有效的。

参考文献:

[1]FAG. Selection of the correct plain bearing. FAG Plain bearings 2014,P29.

[2]QC/T1022-2015纯电动乘用车用减速器总成技术条件,2015,P10-11.

[3]MARC OLLE BERNADES,Torque split between left and right drive shaft over a front wheel drive differential,CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY,Goteborg,Sweden2012.

[4]ROBERT C. JUVINALL. Fundamentals of Machine Component Design[M]. JOHN WILEY & SONS,INC. 2012.

[5]Harald Naunheimer. Bernd Bertsche. Joachim Ryborz. Wolfgang Novak. Automotive Transmissions[M]. JOHN WILEY & SONS,INC. 2011.Springer.

猜你喜欢

差速器
基于ADAMS的差速器建模与运动仿真分析
基于Pro/E的汽车差速器装配与机构仿真
轮毂电机驱动电动汽车电子差速器的研究
轮毂电机驱动电动汽车电子差速器的研究
新型水田搅浆平地机的设计改进
浅谈差速器基础知识
浅谈车桥主减速器工艺
拖拉机差速器的工作原理与使用维护
浅淡汽车主减速器及差速器的调整
拖拉机差速器故障分析与检查调整