邱棟 張?jiān)迄i 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(dòng)器實(shí)現(xiàn)全輪驅(qū)動(dòng)，在道路條件較差的環(huán)境下，車輛陷入泥濘溝槽時(shí)通過多軸驅(qū)動(dòng)，使車輛繼續(xù)行駛[1]。分動(dòng)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(fù)雜[4-5]。分動(dòng)器的典型故障為漏油、燒蝕、斷裂，本文針對(duì)某重型多軸車輛分動(dòng)器燒蝕的問題，分析造成燒蝕現(xiàn)象的可能原因，并最終定位造成該現(xiàn)象的主要原因。

2 問題描述

某車輛在使用過程中分動(dòng)器輸入后端蓋變色，后端蓋緊固螺栓松動(dòng)且接合面存在漏油現(xiàn)象，如圖1所示。此時(shí)車輛共行駛了約8000 km。經(jīng)檢查，故障總成中潤(rùn)滑油量約1 L，放油后重新加注潤(rùn)滑油9 L，以500 r/min的轉(zhuǎn)速跑合1 min后，輸入后端蓋與分動(dòng)器后殼體接合面出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，如圖2所示，油泵不吸油。以1000 r/min的轉(zhuǎn)速跑合1 min后，油泵不吸油，跑合停止。拆解檢查發(fā)現(xiàn)輸入軸后端蓋上緊固螺栓松動(dòng)，軸承保持架磨損脫落，軸承滾子和軸承外圈變形。分動(dòng)器潤(rùn)滑油泵卡死，油泵齒輪、齒圈和殼體內(nèi)孔變形造成油泵無法轉(zhuǎn)動(dòng)，分動(dòng)器所有齒輪齒面均有不同程度的高溫?zé)齻兒诂F(xiàn)象，內(nèi)腔多處出現(xiàn)鐵屑和潤(rùn)滑油高溫變質(zhì)殘?jiān)旌衔铩?/p>

圖1 故障分動(dòng)器總成

圖2 輸入后端蓋與分動(dòng)器后殼體接合面漏油

3 故障原因分析

該分動(dòng)器由輸入軸總成、中間軸總成、差速器總成、換擋系統(tǒng)、殼體、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成[6-9]，有高擋、低擋、空擋3個(gè)擋位。為滿足分動(dòng)器在行車和駐車取力等工況下齒輪和軸承等零件的潤(rùn)滑需求，除飛濺潤(rùn)滑外，還增加了油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑。分動(dòng)器在高（低）擋運(yùn)行時(shí)，低（高）擋齒輪內(nèi)孔與輸入軸外緣相對(duì)滑動(dòng)，除油泵的吸油潤(rùn)滑外，分動(dòng)器上所有軸承均設(shè)計(jì)有油杯，通過盛接齒輪飛濺的潤(rùn)滑油實(shí)現(xiàn)軸承潤(rùn)滑。

對(duì)于分動(dòng)器出現(xiàn)的燒蝕現(xiàn)象的原因，主要從6個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 潤(rùn)滑能力設(shè)計(jì)分析

故障分動(dòng)器采用飛濺加自帶齒輪油泵吸油循環(huán)相結(jié)合的雙重潤(rùn)滑，潤(rùn)滑情況可以通過潤(rùn)滑試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。最近一次潤(rùn)滑試驗(yàn)的潤(rùn)滑油覆蓋情況如圖3所示，為全覆蓋，因此可排除潤(rùn)滑能力設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致分動(dòng)器燒蝕的可能性。

圖3 潤(rùn)滑試驗(yàn)潤(rùn)滑油覆蓋情況

3.2 分動(dòng)器漏油情況分析

若分動(dòng)器出現(xiàn)漏油，油量不足會(huì)直接導(dǎo)致分動(dòng)器燒蝕[10]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，故障分動(dòng)器輸入軸后端蓋的螺栓均松動(dòng)脫出，輸入軸后端蓋存在漏油現(xiàn)象，因此需確定是否為漏油導(dǎo)致分動(dòng)器燒蝕，特別是螺栓松動(dòng)導(dǎo)致的分動(dòng)器輸入軸后端蓋漏油[11]。可能引起螺栓松動(dòng)的原因有擰緊力不足、振動(dòng)、熱膨脹、沖擊和墊片蠕變。

分動(dòng)器輸入軸后軸承承受的軸向載荷理論最大值為56500 N·m，經(jīng)計(jì)算分析，螺栓的拉伸力為230000 N·m，螺栓可提供的軸向拉力遠(yuǎn)大于軸向載荷。如分動(dòng)器出廠前螺栓均未擰緊，下線臺(tái)架測(cè)試即會(huì)出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。若個(gè)別螺栓擰緊力不足，輸入軸后端蓋與殼體間一般會(huì)發(fā)生微量滲油，不會(huì)出現(xiàn)大量漏油現(xiàn)象，微量滲油持續(xù)很長(zhǎng)的里程才會(huì)造成分動(dòng)器嚴(yán)重缺油、軸承燒結(jié)，而故障分動(dòng)器共行駛了8000 km，其間多次排查未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。經(jīng)復(fù)查裝配過程，輸入軸后端蓋裝配過程會(huì)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(shí)施要求。螺栓需采用氣動(dòng)扳手按對(duì)角線預(yù)擰緊，再采用扭矩扳手定扭，并在螺栓上畫防松標(biāo)記，螺栓的標(biāo)記線未出現(xiàn)錯(cuò)位，如圖6、圖7所示。分動(dòng)器總成在下線前均進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試和密封性檢測(cè)以驗(yàn)證螺栓緊固效能，檢查未發(fā)現(xiàn)該接合面漏油，因此排除擰緊力不足導(dǎo)致松動(dòng)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(biāo)記

在受到持續(xù)的振動(dòng)或沖擊時(shí)，許多小的“橫向”滑動(dòng)導(dǎo)致螺栓頭與連接件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這些重復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)抵消螺栓與被連接件之間的摩擦力，最終導(dǎo)致螺栓松動(dòng)。當(dāng)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致螺栓和連接件迅速膨脹或收縮，造成螺栓松動(dòng)。分動(dòng)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(huì)導(dǎo)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(dòng)是由分動(dòng)器燒蝕后軸承變形產(chǎn)生的振動(dòng)、沖擊和高溫導(dǎo)致的，可以排除振動(dòng)及熱膨脹導(dǎo)致螺栓松動(dòng)。

經(jīng)復(fù)查，松動(dòng)的螺栓未加墊片，可排除由墊片蠕變導(dǎo)致的松動(dòng)。綜合上述分析，可以排除因螺栓在使用過程中松動(dòng)導(dǎo)致大面積漏油的情況。

通過分析，可以排除分動(dòng)器漏油導(dǎo)致分動(dòng)器燒蝕的可能性。

3.3 潤(rùn)滑油加注量分析

檢查時(shí)，故障總成僅放出約1 L潤(rùn)滑油，故障總成的擋油板的浸油痕跡顯示潤(rùn)滑油加注量不足，如圖9所示，潤(rùn)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(yīng)急泵故障吸油情況分析

應(yīng)急泵油封失效時(shí)，會(huì)將分動(dòng)器的潤(rùn)滑油吸到液壓系統(tǒng)中，混油后會(huì)導(dǎo)致液壓油變色，現(xiàn)場(chǎng)處理過程未發(fā)現(xiàn)液壓油變色現(xiàn)象。

將故障分動(dòng)器的應(yīng)急泵拆解分析，重裝后試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)應(yīng)急泵工作正常，將其裝在分動(dòng)器上運(yùn)轉(zhuǎn)，未發(fā)現(xiàn)分動(dòng)器內(nèi)的潤(rùn)滑油流到液壓油桶內(nèi)，如圖10所示，因此可排除應(yīng)急泵故障吸油的可能性。

圖10 應(yīng)急泵測(cè)試

3.5 潤(rùn)滑油道分析

將故障分動(dòng)器拆解后檢查油泵吸油管、輸入軸內(nèi)孔等油道，未發(fā)現(xiàn)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(rùn)滑油泵故障分析

分動(dòng)器輸入軸后軸承的潤(rùn)滑方式為油杯潤(rùn)滑與油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑相結(jié)合，如油泵失效，分動(dòng)器輸入軸后軸承可依靠油杯潤(rùn)滑繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而輸入軸與齒輪件的滑動(dòng)配合僅依靠油泵潤(rùn)滑，油泵失效最直接的后果是齒輪與輸入軸燒結(jié)，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(dòng)器燒蝕的原因確定為分動(dòng)器潤(rùn)滑油加注量不足，車輛在行駛過程中，因分動(dòng)器總成潤(rùn)滑油不足，底部少量潤(rùn)滑油被油泵吸取用于高低擋齒潤(rùn)滑后，底部的輸出齒輪飛濺的油量過少，依靠飛濺潤(rùn)滑的軸承潤(rùn)滑不良，最終導(dǎo)致輸入軸后端軸承破損，其余軸承也出現(xiàn)不同程度發(fā)熱現(xiàn)象。

4 機(jī)理分析及故障復(fù)現(xiàn)

4.1 機(jī)理分析

分動(dòng)器輸入軸和高、低擋齒輪采用無軸承結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)屬于靜壓軸承的一種，通過分動(dòng)器上自帶的齒輪泵將潤(rùn)滑油強(qiáng)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(jié)構(gòu)為國(guó)內(nèi)外分動(dòng)器通用結(jié)構(gòu)，技術(shù)成熟可靠，分動(dòng)器油泵的吸油口在分動(dòng)器的底部，當(dāng)分動(dòng)器潤(rùn)滑油油量不足時(shí)，分動(dòng)器的飛濺潤(rùn)滑效果會(huì)下降，當(dāng)潤(rùn)滑油面降低至油泵吸油口位置時(shí)，油泵會(huì)斷續(xù)吸油，潤(rùn)滑能力大幅下降，飛濺潤(rùn)滑對(duì)位置較高的輸入軸軸承基本失效，當(dāng)潤(rùn)滑油量<3 L時(shí)，油泵將無法吸油，飛濺效果基本失效。

4.2 故障復(fù)現(xiàn)

分動(dòng)器加注4 L潤(rùn)滑油時(shí)，在輸入轉(zhuǎn)速1000 r/min條件下運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，分動(dòng)器油泵出油口上接的壓力表讀數(shù)為0，拆下壓力表后，出油口有斷續(xù)的油泡噴出。試驗(yàn)結(jié)果表明，潤(rùn)滑油加注量在4 L左右時(shí)，分動(dòng)器油泵無法形成穩(wěn)定潤(rùn)滑循環(huán)，故障得以復(fù)現(xiàn)。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)某分動(dòng)器輸入后端蓋燒蝕且其與分動(dòng)器后殼體接合面處漏油的問題，對(duì)可能原因進(jìn)行故障定位，主要從潤(rùn)滑能力設(shè)計(jì)、分動(dòng)器漏油、潤(rùn)滑油加注量、應(yīng)急泵故障吸油、潤(rùn)滑油道堵塞、潤(rùn)滑油泵故障方面進(jìn)行了分析，并最終確認(rèn)了產(chǎn)生該問題的原因?yàn)榉謩?dòng)器潤(rùn)滑油加注量未達(dá)到要求。

造成該分動(dòng)器燒蝕現(xiàn)象的主要機(jī)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(rùn)滑基本失效。