差速器和變速箱一樣嗎

齒輪箱的定義:

變速箱使用不同的檔位來改變從發動機傳遞到車輪的速度和扭矩。變速箱檔位一般分為低速檔、直接檔和超速檔。低檔是指傳動比大于1的檔位。比如常見的5速變速箱的1、2、3檔屬于低速檔，4檔屬于直接檔，5檔屬于超速檔。

微分的定義:

汽車轉彎時，內外輪轉速不同，外輪轉速較快。如果兩個驅動輪剛性連接在一起，轉彎時必然有一個車輪相對于地面滑動，導致轉彎困難，特別是高速行駛時，會嚴重影響穩定性。所以需要一個裝置來保證兩個輪子在轉彎的時候不會互相干擾，同時兩個輪子都能獲得足夠的驅動力。這個裝置就是差速器。

汽車轉彎時，車輪是以弧線運動的，所以外輪的轉速一定要高于內輪，有一定的速度差，會對驅動輪造成相互干擾，這就需要差速器。

現在，差速器安裝在汽車的驅動橋上。

布置在前驅動橋(前驅動汽車)和后驅動橋(后驅動汽車)上的差速器可以分別稱為前差速器和后差速器。如果安裝在四驅汽車的中間傳動軸上，以調節前后輪的轉速，則稱為中央差速器。

具體工作原理就不詳細描述了。值得注意的是，乘用車前輪驅動的差速器與商用車后輪軸的差速器完全相同。不同的是，乘用車采用兩個行星齒輪和一個行星軸，卡車采用四個行星十字軸。

一般來說，差速器的故障很少，尤其是乘用車的故障。故障多見于貨車，多因超載導致強度不足。

半軸齒輪是差速器的核心部件，具有重合度大、傳動穩定性好、承載能力大的特點。

由于設計、制造和過載等原因，半軸齒可能出現接觸疲勞、磨損、膠合、斷齒等故障。當這些故障發生時，差速器就會失效，汽車無法正常行駛，甚至會發生安全事故。

半軸齒輪制造技術；

(1)鍛造:下料→磨外圓→車錐度→加熱→溫鍛

(2)預處理:正火→拋丸→磷化/皂化→冷校。

(3)粗加工:鉆孔→粗車背錐→修邊→精車背錐→精車內孔端面倒角。

(4)拉花鍵。

(5)熱處理:滲碳淬火→拋丸。

(6)精加工:精加工軸頸平面。

(7)成品:產品最終檢驗→清洗上油→包裝。

側齒輪一般采用20CrMnTiHGB/T5216—2004，是一種性能良好、淬透性高的滲碳鋼。滲碳淬火后具有堅硬耐磨的表面和堅韌的心部，低溫沖擊韌性高，焊接性適中，正火后具有良好的切削加工性。

20CrMnMoH可以作為一種較好的材料，其淬透性優于上述材料。

但在一些軍用等特殊場合，重載十字軸由于交變載荷的作用彎曲強度不足，受空的限制無法在尺寸上加強，所以可以選用含Ni的材料，其淬透性更強。在表面硬化的同時，材料的核心仍保持良好的韌性。值得注意的是，Ni材料的熱處理要求更高。

20CrMnTiH化學成分:

丙:0.17-0.23

Si:0.17-0.37

錳:0.80-1.15

s:允許殘留含量≤0.035

p:允許殘留含量≤0.035

Cr:1.00~1.35

鎳:允許殘留含量≤0.030

銅Cu:允許殘留含量≤0.030

鈦:0.04-0.10

1.半軸齒輪的失效模式分析及改進方法。

用戶反饋顯示部分檔位出現故障，典型故障檔位

可以判斷失效形式為斷齒失效，這是齒輪最嚴重的失效形式。出現故障后，差速器無法實現差速，容易造成事故和人身傷害。

(1)金相分析

對失效齒輪的熱處理效果進行了測試，數據表明齒輪的熱處理符合產品的技術要求。

為準確判斷斷齒原因，對端口進行了金相觀察，斷口未發現疲勞損傷。

齒輪斷口沒有宏觀塑性變形，輻射區占斷口的很大一部分。微觀上，斷口主要為沿解理面的穿晶斷裂，斷口形貌為準解理撕裂。

說明齒輪沒有疲勞斷裂特征，是一次性斷裂。斷齒不是因為疲勞強度不足，也沒有初始裂紋，齒面沒有折疊。因此可以判斷斷齒是過載造成的，即斷齒是齒輪強度不足造成的。

(2)故障再現實驗和強度校核

經計算，驅動橋總成的靜扭儲備系數為2.21，符合QC/T534—1999。

扭轉的靜態結果是半軸齒輪壞了，而不是半軸。

根據驅動橋的設計原理，驅動橋傳動系統的薄弱環節應該是半軸。

測試結果表明，側齒輪損壞時的輸入扭矩為1670Nm。

此時差速器殼的扭矩為1670×38/9=7051.11Nm

半軸齒輪承受的扭矩為7051.11/2=3525.56牛·米。

根據設計經驗，差速器的扭矩分配系數為0.6。

側齒輪實際能承受的最大扭矩為754×38/9×0.6=1910.33Nm。

則側齒輪的備用系數為3525.56/1910.33=1.85。

根據QC/T29108—1993，汽車驅動橋差速器行星齒輪和半軸齒輪的強度儲備系數應≥2.5。

因此可以得出結論，側齒輪強度不足的根本原因在于設計強度不足。

(3)結構改進和有限元分析。

根據驅動橋的設計原理，最薄弱的部分是半軸。根據與該齒輪匹配的半軸的最大扭矩儲備系數，修正半軸齒輪的儲備系數至少應大于2.63。

為了保證齒輪強度儲備系數有一定的富余，設計優化時半軸齒輪的強度儲備系數為K=3。

半軸齒輪有限元分析表明，承受最大扭矩時，最大應力

利用ANSYS對側齒輪進行應力分析，有限元分析得到的應力集中點與故障部位的失效點相同。

通過模擬嚙合區位置和紅丹粉檢測，應力集中點和嚙合區在同一區域，導致齒輪承載能力差。

為了提高齒輪的強度，對齒輪結構進行了改進，在輪齒的上下兩端增加了加強筋結構:

應力集中在大端齒的頂部和小端平面與面錐的相交處。

當小端鋼筋直徑較小時，小端平面與面錐相交處的應力點(故障部位的破壞點)消失，只存在大端齒頂處的應力點。

此時側齒輪的扭矩值為7162n·m(根據設計優化設定的目標加載的扭矩)，此時最大應力點的應力值為592.9MPa，小于980MPa，有一定的強度裕度。

(4)改進齒輪效果的驗證。

改進后的齒輪經用戶使用后，在使用期內沒有出現斷齒失效現象，產品符合用戶要求。

(5)經驗

◆采用有限元分析驗證齒輪設計，建立仿真模型，設置變量，通過有限元分析傳遞模型。分析結果與實驗結果基本一致。當用于開發新產品時，強度理論分析可以有效地保證半軸齒輪的設計強度，避免差速器失效，縮短開發時間，減少試制和試驗的浪費，提高首次開發的成功率。

◆在確認設計強度不足時，首先考慮局部加強的方法，盡量避免增加模塊尺寸帶來的更大的設計變更。

2.差速器常見故障模式及原因分析

當車輪直線行駛時，差速器齒輪的磨損率較低。

而臟的潤滑油會加速齒面、齒輪推力面、內孔的磨損，加速止推墊圈、殼體推力面、內孔的磨損。

修理時間隙調整不當，會造成半軸齒輪和行星齒輪在傳動時沿軸線方向向后移動，造成齒輪嚙合間隙過大，導致嚙合不正常。

如果齒輪長期嚙合間隙過大，必然會形成齒面臺階和畸形，加速差速器齒輪本身的磨損，導致十字軸和差速器殼的一系列損壞。

差速器齒輪異常磨損后，工作時行星齒輪前后移動并左右擺動，工作時半軸齒輪也前后移動并左右擺動。當行星齒輪沿半軸齒輪異常傳動時，十字軸因受力不均而損壞，止推墊圈和殼體內孔也加速磨損。

當差速齒輪不轉動時，即車輛直線行駛時，在傳遞力發生變化的情況下，齒輪與齒輪相互碰撞，導致十字軸、止推墊圈和差速器殼損壞加劇。

可見，差速器齒輪過度磨損后，無論差速器齒輪工作與否，其影響都是非常大的。

行星齒輪、十字軸斷裂或十字軸斷裂，往往首先導致齒輪過度磨損，然后十字軸損壞或斷裂，使整個差速器完全失效。

3.差動故障的簡易檢測方法

在檢查差速器行星齒輪和半軸齒輪之間的嚙合間隙之前，應將半軸齒輪及其止推墊圈，以及十字軸、行星齒輪及其止推墊圈放入一側的半殼中，并用夾具夾緊十字軸和半殼。

然后將行星齒輪通過止推墊圈貼在半殼上，百分表觸點靠近行星齒輪大端的齒面。然后，將另外兩個彼此靠近的行星齒輪在不同的旋轉方向上夾緊，以防止側齒輪旋轉。

此時，輕輕來回轉動行星齒輪，測量齒輪與側齒輪的嚙合間隙。但測量時，要測兩個或四個點，取平均值。一般這個間隙應該在0.20~0.50mm的范圍內。

檢查完一側后，用同樣的方法檢查另一側。

檢查時，如果四個行星齒輪與一個半軸齒輪的嚙合間隙相近，但都不符合要求，可以通過更換不同厚度的半軸齒輪止推墊圈來調整。

止推墊圈厚度的變化對每個行星齒輪和另一側半軸齒輪之間的嚙合間隙沒有影響。

如果只是某個行星齒輪與半軸齒輪的嚙合間隙不符合要求，可以通過更換行星齒輪不同厚度的止推墊圈來調整。

但止推墊圈厚度的變化會影響行星齒輪與另一側半軸齒輪的嚙合間隙。所以調整時一定要注意這種情況。

另外，還需要注意的是，有些車并沒有采用上述方法檢查行星齒輪和半軸齒輪的嚙合間隙。取而代之的是，當差速器的裝配工作基本完成，差速器殼的固定螺栓擰緊至半擰緊狀態時，從差速器殼的窗口插入測厚儀，測量后半軸齒輪與差速器殼之間的間隙，以確定行星齒輪與半軸齒輪之間的嚙合間隙是否正常。

這個間隙應該是0.23~0.32mm，如果不在這個范圍內，就要用不同厚度的止推墊圈進行調整。

調節墊圈有多種不同厚度，可根據實際需要檢查后選擇。