某轎車驅(qū)動軸異響分析及整改方案

楊萍 余見山 楊安志

關(guān)鍵詞：驅(qū)動軸;花鍵;異響;計算分析;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，即動力傳動系統(tǒng)組裝成一個緊湊的整體，固定于車架或車身底架上。這種布置形式具有如下優(yōu)勢：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的操縱穩(wěn)定性;傳動系統(tǒng)都集中于汽車前部，操縱機構(gòu)相對比較簡單。前輪不僅是轉(zhuǎn)向輪，而且還是驅(qū)動輪，動力從差速器傳遞到前輪，需要通過驅(qū)動軸實現(xiàn)。

本文所研究的某品牌轎車，前橋為獨立懸架結(jié)構(gòu)，左右驅(qū)動軸均采用分段式結(jié)構(gòu)，輪端采用球籠式萬向節(jié)，差速器端采用三球銷式萬向節(jié)，球籠式萬向節(jié)與前輪轂、三球銷式萬向節(jié)與差速器半軸齒輪間均采用直齒漸開線花鍵配合，從而實現(xiàn)動力從差速器傳遞到車輪。

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

2驅(qū)動軸異響問題分析

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)動軸異響原因分析

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

a.萬向節(jié)軸承缺油：

b.軸承滾針斷損：

c.驅(qū)動軸萬向節(jié)磨損;

d.輪轂與驅(qū)動軸花鍵異常磨損：

e.驅(qū)動軸螺釘或螺母松動：

f輪轂與驅(qū)動軸花鍵不匹配，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，對剛下線的新車進行實車試聽發(fā)現(xiàn)也存在起步及倒車異響聲，由此可以判定驅(qū)動軸異響的主要原因是驅(qū)動軸與輪轂花鍵配合松曠，在起步及倒車過程中傳遞扭矩時，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)動軸和輪轂的花鍵設(shè)計參數(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)間隙大小進行評判。首先，對驅(qū)動軸及輪轂的花鍵設(shè)計參數(shù)進行計算，分析齒側(cè)間隙設(shè)計大小。

某品牌轎車驅(qū)動軸和輪轂花鍵設(shè)計參數(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，計算得到驅(qū)動軸與輪轂配合后，花鍵齒側(cè)間隙在0.084～0.148mm之間符合設(shè)計要求。

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

2.3驅(qū)動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)動軸為獨家生產(chǎn)，前輪轂有兩家供應(yīng)商，其中B點供應(yīng)商為最新引入制造廠商，而出現(xiàn)驅(qū)動軸異響問題的車輛，都裝配了B點供應(yīng)商供應(yīng)的前輪轂。

為了進一步確認問題產(chǎn)生的原因，利用通止規(guī)對驅(qū)動軸及兩個廠家的前輪轂花鍵加工質(zhì)量進行檢查。驅(qū)動軸及A點供應(yīng)商的前輪轂不存在問題，而B點供應(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)過檢測輪轂內(nèi)花鍵棒間距參數(shù)確實超出了設(shè)計值22.90～22.95mm的范圍。

通過對廠家生產(chǎn)制造現(xiàn)場進行審查發(fā)現(xiàn)，B點供應(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)動軸花鍵配合后，花鍵齒側(cè)間隙相對設(shè)計值會偏大，加大了產(chǎn)生齒側(cè)沖擊噪音的風(fēng)險。

以上分析調(diào)查結(jié)果表明.B點供應(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)動軸異響解決方案

驅(qū)動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)，此方法雖快捷簡單，但并非最優(yōu)解決方案。

b.通過設(shè)計改進，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)花鍵加工相對困難，所以本文提出的改進方案，前輪轂仍采用圓柱直齒內(nèi)花鍵，而驅(qū)動軸輪轂端采用圓柱斜齒外花鍵，設(shè)計時增加了一個螺旋角參數(shù)。

斜齒外花鍵與直齒內(nèi)花鍵裝配時，外花鍵齒有一定的撓度，通過變形與內(nèi)花鍵間可以實現(xiàn)無齒側(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)計避免了驅(qū)動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)動軸外花鍵參數(shù)匹配校核

驅(qū)動軸采用斜齒外花鍵，正是為了與輪轂直齒內(nèi)花鍵配合時，實現(xiàn)無齒側(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簡化的正切計算模型

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

4.2驅(qū)動軸斜齒花鍵參數(shù)設(shè)計計算

首先，車輪固定螺母擰緊力矩為（210+15）N.m，驅(qū)動軸在與輪轂裝配時，初始花鍵配合長度應(yīng)達到有效配合長度的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)動軸與前輪轂裝配到位;其次，驅(qū)動軸端部外露螺紋長度還應(yīng)保證能夠帶上車輪固定螺母。

根據(jù)驅(qū)動軸與輪轂初始裝配要求，初始花鍵配合長度應(yīng)達到有效配合長度的2/3時無齒側(cè)間隙，為設(shè)計花鍵參數(shù)下限情況;花鍵配合長度為有效長度時無齒側(cè)間隙，應(yīng)為設(shè)計花鍵參數(shù)上限情況，計算得到改進后驅(qū)動軸和輪轂花鍵參數(shù)（表2）。

4.3驅(qū)動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度上下極限值，用簡化的正切模型分別核算出斜齒花鍵螺旋角大?。ū?）。

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

5結(jié)語

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

盡管如此，市場上常見的驅(qū)動軸問題還有很多，例如驅(qū)動軸斷裂、軸承異響、打轉(zhuǎn)向時防塵罩異響，花鍵異常磨損、防塵罩低溫脆性開裂、萬向節(jié)內(nèi)部異響等，這些問題都需要引起設(shè)計者足夠的重視。