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1、2 0 0 8 . 1 . H E A V Y T R U C K 重型汽车1 1文/胡顺安 郭志楠差速器润滑的优化设计1 前言大量的数据表明，汽车差速器初期容易出现烧蚀问题，出现烧蚀的部位一般为半轴齿轮与差壳轴径配合以及十字轴和行星齿轮轴径配合等处。而这类零件的主要失效部位在其工作表面，因此分析差速器零部件工作表面的润滑情况即分析润滑油油膜厚度、工作表面的润滑状态具有实际意义。为此引入最小油膜厚度的公式，提出从设计上改进零件的润滑结构，适当放宽运动配合间隙，从而有效避免差速器早期烧蚀问题。图1 4 0 ，1 0 0 0 转时，当量半径最小油膜厚度关系图2 4 0 ，2 5 0 0 转时，当量
2、半径最小油膜厚度关系图3 1 0 0 ，2 5 0 0 转时，当量半径最小油膜厚度关系Qichesheji2 最小油膜厚度和润滑状态的探讨根据B l o k 方程计算的最小油膜厚度为hm i n= 1 . 6 6（V ）2 / 3R1 / 3（1 ）式中 润滑油的动力粘度V 相对速度R 接触点处当量半径润滑油粘压系数，一般为2 . 2 1 0- 8( m2/ N )G L - 5 8 5 W / 9 0 齿轮油在4 0 和1 0 0 时的运动粘度为1 8 2 . 1 m m2/ s 和1 6 . 5 m m2/ s 。润滑油的动力粘度公式为v （2 ）式中 润滑油的密度，8 . 9 0 1 0
3、2k g / m3v 润滑油的运动粘度故在4 0 和1 0 0 时润滑油的动力粘度为4 00 . 1 6 1 2 7 P a s 1 0 00 . 0 1 4 6 9 7 P a s根据 （1 ） 式，带入参数，在4 0 和1 0 0 不同运动粘度下，最小油膜厚度与V 、R 的关系图，如图1 、图2 、图3 。汽车设计重型汽车H E A V Y T R U C K 2 0 0 8 . 1 .1 2由图1 、图2 、图3 可以得出这样的结论：随着温度的升高，最小油膜变薄，润滑状态趋向恶劣；随着转速的升高，最小油膜变厚，润滑状态趋于改善；当量半径越大，油膜越厚，润滑状态趋于改善。通常判断润滑状态的
4、依据是膜厚比，即（3 ）式中，1和2分别是两个零件接触表面的粗糙度，其值与加工和跑合情况有关。当 3 时，处于流体润滑状态。若最小油膜厚度固定在一定范围内时，此时随着粗糙度值的减小，润滑状态将趋向液体润滑状态。3 差速器润滑条件分析及优化差速器内的零部件工作在非强制润滑状态下，若突然高速转动，这些部位的润滑油甩出量大于进入量，此时的润滑只能靠间隙中原始储存油量，若间隙过小，则储存的油量不足以形成油膜，此时摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生 “冷焊” 后，在相对运动时，材料便从一个表面迁移到另一个表面，形成烧蚀现象。若油量适中，还可满足润滑油膜形成的条件。因此，在设计差速
5、器中零部件的配合公差时，应注意合理选择配合间隙。表1 是几种驱动桥原始设计时的配合间隙和粗糙度数值。经市场反映，这些桥在使用初期容易出现小批量差速器烧蚀现象，而经过磨合期后的桥则很少出现烧蚀问题。因为在传动系统工作中，由于跑合或工作一定时间后，其粗糙度将可能产生变化，凸峰将磨平，因此将达到比较好的润滑状态。设计时如何考虑这一现象，将影响设计参数的确定。这也很好地解释了为什么差速器总是在早期易出现烧蚀现象的问题。差速器中的运动副结构形式类似于滑动轴承，从形成动压油膜的必要条件来看：两工作表面间必须构成楔形间隙；两工作表面间应充满具有一定粘度的润滑油或其它流体；两工作表面间存在一定相对滑动。从表中
6、可以发现，差速器相配合的零部件其配合间隙有的在设计时可能为0 ，不能形成楔形间隙。因此，在优化设计中，适当增大配合间隙，同时也增大了孔与轴接触线上的压力角，形成有效的楔形间隙，使润滑油更容易进入楔形中，能有效地促进油膜的形成。另外，增大配合间隙，也提高了两摩擦表面原始的储存油量，从而改善润滑的初始状态。通过将表1 中的粗糙度数据带入公式（3 ） ，膜厚比 1 ，差速器内的零部件处于边界润滑状态，对于一些零部件的粗糙度相对较大，可在原基础减小一级。因为粗糙度越小，润滑状态就越趋向于液体润滑状态。表2 为优化后的各种驱动桥差速器的配合间隙和粗糙度数值表，经过实验和一年多的市场检验，差速器烧蚀现象较
7、未优化设计前有明显的改善。= h / + 2 12 2表1 几种驱动桥差速器零部件的配合间隙和粗糙度数值表另外，同时也可以通过一些其他途径对差速器的润滑进行改善。在半轴齿轮、行星齿和十字轴上增加油道，使飞溅的油滴能迅速进入摩擦表面，从而在一定程度上构成较好的润滑环境。对十字轴进行磷化处理，因为磷化膜硬而多孔，易吸油，可保证初始的润滑磨合。4 总结汽车差速器烧蚀一般发生在早期磨合阶段及其运动部位配合间隙较小的情况；经过磨合期后，差速器烧蚀的概率一般较小。因此，采用上述几种措施，综合进行运用，便能有效控制差速器在初期的烧蚀现象。通过最小油膜厚度计算以及对润滑状态的判断，能够清楚地了解整个差速器的润滑状况，可以克服按经验和试验方法选择差速器零部件的配合公差及零部件的润滑结构设计，根据理论依据进行合理设计和选择差速器零部件配合公差及表面粗糙度。参考文献略。表2 优化设计后的差速器零部件配合间隙和粗糙度数值表Qichesheji汽车设计
