诊断与维修汽车万向传动装置

学习任务3　诊断与维修汽车万向传动装置

学习任务描述

一辆北京现代途胜汽车行驶53 482km，车辆行驶过程中车主听见车辆中部有震颤的响声，特别是在通过坑洼路面以及重载加减速时响声更明显。车主已将车开到特约维修站，请你解决本车的万向传动装置故障。我需要掌握的故障现象和信息，通过检测的方法找到故障原因，并进行处理。

相关知识学习

万向传动装置由于经常受汽车在复杂道路上行驶的影响，使传动轴在其角度和长度不断变化情况下传递转矩，常见的故障有传动轴振动、噪声，起动撞击及滑行异响等。产生这些故障的原因是零件的磨损、动平衡被破坏、材料质量不佳和加工缺陷等方面的原因。

一、传动轴噪声

汽车在行驶过程中，传动轴产生振动并传递给车身，引起车身振动和噪声，握方向盘的手感觉麻木，其振动一般和车速成正比。

1．传动轴动不平衡

1）原因

（1）传动轴上的平衡块脱落。

（2）传动轴弯曲或传动轴管凹陷。

（3）传动轴管与万向节叉焊接不正或传动轴未进行过动平衡试验和校准。

（4）伸缩叉安装错位，造成传动轴两端的万向节叉不在同一平面内，使传动轴失去平衡。

2）故障诊断与排除方法

（1）检查传动轴管是否凹陷：有凹陷，则故障由此引起；无凹陷，则继续检查。

（2）检查传动轴管上的平衡片是否脱落：是脱落，则故障由此引起；否则继续检查。

（3）检查伸缩叉安装是否正确：不正确，则故障由此引起；否则继续检查。

（4）拆下传动轴进行动平衡试验：动不平衡，则应校准以消除故障。弯曲应校直。

2．传动轴弯曲、扭转变形

传动轴弯曲、扭转变形也会引起振动和噪声。高速行驶时还有可能使花键脱落的危险，检查传动轴直线度误差，若超过极限，应更换或进行校正。

3．万向节松旷、异响、严重磨损

1）万向节松旷

（1）原因：凸缘盘连接螺栓松动；万向节主、从动部分游动角度太大；万向节十字轴磨损严重。

（2）故障诊断与排除方法：

①用榔头轻轻敲击各万向节凸缘盘连接处，检查其松紧度。太松旷则故障由连接螺栓松动引起，否则继续检查。

②用双手分别握住万向节主、从动部分转动，检查游动角度。游动角度太大，则故障由此引起。

2）万向节和伸缩叉响

（1）原因：

①万向节凸缘盘连接螺栓松动。

②万向节轴承磨损松旷。

③伸缩叉磨损松旷。

（2）故障诊断与排除方法：

①检查万向节凸缘盘连接螺栓。若松动，则故障由此引起。

②用两手分别握住万向节、伸缩叉的主、从动部分检查游动角度。万向节游动角度太大，则异响由此引起；伸缩叉游动角度太大，则异响由此引起。

3）万向节严重磨损

对于普通十字轴万向节，如果严重磨损，应更换十字轴轴承；对于等速万向节，应更换整个万向节。

4．变速器输出轴花键齿磨损严重

花键齿磨损严重，超过规定极限值，应更换相关部件。

5．中间支承松旷、磨损

1）原因

（1）滚动轴承缺油烧蚀或磨损严重。

（2）中间支承安装方法不当，造成附加载荷而产生异常磨损。

（3）橡胶圆环损坏。

（4）车架变形，造成前后连接部分的轴线在水平面内的投影不同线而产生异常磨损。

2）故障诊断与排除方法

（1）给中间支承轴承加注润滑脂，响声消失，则故障由缺油引起；否则继续检查。

（2）松开夹紧橡胶圆环的所有螺钉，待传动轴转动数圈后再拧紧，若响声消失，则故障由中间支承安装方法不当引起。否则故障可能是：橡胶圆环损坏；或滚动轴承技术状况不佳；或车架变形等引起。

二、起动撞击和滑行异响

原因及排除方法：

（1）万向节产生磨损或损伤，应更换零件。

（2）变速器输出轴花键磨损，修理或更换相关零件。

（3）滑动叉花键磨损、损伤，应更换零件。

（4）传动轴连接部位松动，拧紧螺栓即可消除故障。

维修案例剖析1　毕加索轿车传动轴检修

一、传动轴的特点及参数

1．特点

毕加索轿车采用发动机前置、前轮驱动，前轮既是转向轮又是驱动轮，半轴与轮毂之间采用等速万向节连接，允许有较大的夹角。

变速器端的三销轴等速万向节，允许轴向有一定的移动量，以适应运动中传动轴长度的变化。毕加索轿车传动轴靠近年轮端采用的是不可滑动的球笼式万向节。

传动轴护套的紧固卡箍可用收缩卡环代替，ABS齿圈可更换。

2．性能参数（如图5－27、表5－4所示）

图5－27　传动轴

表5－4　毕加索传动轴参数

注：T36－管式传动轴（φ36mm）；TP－热塑材料；C/C－橡胶。

拧紧力矩：将传动轴螺母1拧紧至320N·m然后锁死。将传动轴套螺母2拧紧至17．5 N·m。

3．传动轴的标记

表5－5　毕加索传动轴标记

二、传动轴的构造

毕加索汽车传动轴构造如图5－28所示。

图5－28　传动轴

1－左传动轴；2－右传动轴；3－防护套组件（车轮侧）；4－防护套组件（变速箱侧）；5－轴承；6－轴承衬套；7－传动轴轴承螺栓；8－右导流板；9－六角头锁紧螺母；10－螺母；11－螺母锁止片；12－开口销；13－卡箍

三、传动轴的维修

（一）常见故障及检修要点

1．传动轴漏油（车轮侧及变速器侧）

故障现象：车辆的轮边及变速器侧底盘上有溅落的传动轴润滑脂。

故障原因：传动轴防尘罩（车轮侧及变速器侧）破裂。

故障排除：更换传动轴防尘罩。

2．传动轴及轴承异响

故障现象：车辆在行驶过程中，传动轴及轴承处产生异常响声。

故障原因：传动轴万向节松旷；轴承失效或装配过紧。

故障排除：更换传动轴万向节；更换轴承（按装配要求紧固）。

3．传动轴振动

故障现象：车辆在行驶过程中，传动轴不能平衡转动，产生振动，引起车体振动或噪音。故障原因：传动轴本体发生弯曲或扭曲、不平衡；花键磨损松旷；万向节磨损松旷。

故障排除：更换传动轴。

（二）维修操作

1．拆装传动轴

1）拆卸（如图5－29～图5－34所示）

图5－29　传动轴拆卸1

图5－30　传动轴拆卸2

图5－31　传动轴拆卸3

图5－32　传动轴拆卸4

图5－33　传动轴拆卸5

图5－34　传动轴拆卸6

（1）关闭发动机，使用举升机横杠［3］将车辆前部升起，拆下前轮。排空变速器油。

（2）装上轮毂锁止工具［1］。

（3）拆下：

①锁销1；锁止垫板2；传动轴螺母；轮毂锁止工具［1］。

②拆下螺母3。

③拆下螺母4，分离横向稳定杆连接杆。

④使用转向节球销脱离杆［2］拆下转向节球销，拆下球销保护罩。

⑤松开螺母5，将螺栓转动1/4圈以使轴承从轴承座中脱出，拆下传动轴。

2）安装（如图5－35、图5－36所示）。

图5－35　传动轴安装1

图5－36　传动轴安装2

（1）使用左传动轴密封圈安装工具［4］和右传动轴密封圈安装工具［5］更换差速器左、右油封，安装前涂抹润滑油。

（2）润滑外轴承支座。

注意：谨慎操作，安装传动轴时不要损坏变速器输出轴油封。

（3）将传动轴装入中间轴承支座中；将轴承装入轴承座；与差速器啮合；传动轴装入轮毂。

（4）将螺柱偏心头6与轴承外座调整好，拧紧螺母5。

（5）按拆卸操作相反的顺序继续安装。

注意：使用新螺母3、4。

3）拧紧力矩

螺母5：17．5N·m；螺母4：40N·m；螺母3：40N·m；转动轴螺母：320N·m；车轮紧固螺栓：90N·m。

2．修复传动轴

注：可分开更换车轮侧及变速器侧防尘罩。

1）车轮侧防尘罩更换（如图5－37～图5－42所示）

图5－37　车轮侧防尘罩更换1

图5－38　车轮侧防尘罩更换2

图5－39　车轮侧防尘罩更换3

图5－40　车轮侧防尘罩更换4

图5－41　车轮侧防尘罩更换5

图5－42　车轮侧防尘罩更换6

（1）拆下卡箍1及2。

注：没有定位槽“a”时应标记传动轴护罩位置。

（2）使用惯性分离器［6］和轴头分离螺纹套筒［7］，拆下球笼3。

（3）拆下档圈4，传动轴防尘罩5，清除传动轴油封上的润滑脂。

（4）安装新的防护罩5、新档圈4。

（5）在档圈上套上一个卡箍6以便安装球笼。

（6）借助惯性分离器［6］和轴头分离螺纹套筒［7］将球笼3装到传动轴上，拆下卡箍6，在防尘罩内加注160g润滑脂。

（7）将防尘罩5套到球笼上。

注意：保持防尘罩在传动轴上的位置，将防尘罩固定在传动轴上的定位槽“a”中或拆卸时所做的标记处。

（8）用卡箍钳［5］装上新卡箍1、2。

2）变速器侧的橡胶防尘罩更换（如图5－43～图5－53所示）

图5－43　变速器侧防尘罩更换1

图5－44　变速器侧防尘罩更换2

图5－45　变速器侧防尘罩更换3

图5－46　变速器侧防尘罩更换4

图5－47　变速器侧防尘罩更换5

图5－48　变速器侧防尘罩更换6

图5－49　变速器侧防尘罩更换7

图5－50　变速器侧防尘罩更换8

图5－51　变速器侧防尘罩更换9

图5－52　变速器侧防尘罩更换10

图5－53　变速器侧防尘罩更换11

（1）测量尺寸A。

（2）折下卡箍7及8。

（3）垂直拆下三销轴9，弹簧10及蝶形垫圈11。

注意：滚轮及滚针，不要丢失。

（4）如必要时使用三销轴保护套［9］。

（5）清除传动轴油封的润滑脂，不要使用溶剂。

（6）用三销轴拆卸支撑板［3］压出三销轴承12。

（7）拆下防尘罩13，将新保尘罩13套在传动轴上。

（8）使用三销轴安装套筒及手锤装上三销轴承。

（9）装上蝶形垫圈11，弹簧10及球笼9，用保护罩套住球笼。

（10）按尺寸A将防尘罩定位。

（11）借助卡箍钳［1］装上新卡箍7及8。

（12）使用分离器［2］按顺序拆下档环15及轴14。

（13）使用轴承及其套环安装管［8］顺序装上轴承14及档环15。

技能训练项目

实训项目1　万向传动装置拆装与检修任务工单

（续表）

（续表）

知识拓展阅读

等速万向节的轻量化、小型化

1．前言

在作为汽车用驱动轴所使用的等速万向节（CVJ：Constant Velocity Joint）中，使用如图5－54所示的在轮胎一侧取较大动作角的固定式等速万向节、在发动机一侧可以轴向滑动的滑动式等速万向节。

在汽车起动时引起的车身横向摆动和A/T车在怠速当中所产生的振动，很大程度上是受传递发动机动力的滑动式等速万向节的感应推力和推力阻力这些振动特性所影响。

为了消除这些振动现象，2002年NTN公司将与原来型低振动万向节相比，将振动特性值降低了50％以上的等速万向节PTJ投放了市场，并且进行了扩大生产。PTJ等速万向节内部部件的滚子盒在外轮的滚子槽上保持一定的姿态顺畅地滚动，因此它可以不依赖动作角度，控制摩擦阻力，能够稳定地维持较低的振动特性值。由此将等速万向节在低速旋转时所发生的感应推力降低到原来型低振动万向节的约50％，从而大幅度地减小了汽车起动加速时的横向摆动。另外，它大幅度地减少了推力阻力，因此可以大幅度地改善A/T车的怠速振动特性。

新开发的EPTJ采用了与PTJ同一机构，并且附加了FEM和机构解析等电脑支援技术，另外，根据质量工学（强力设计）的应用，进行部件内部设计和热处理的最佳化，在维持与PTJ同等的振动特性的同时，实现了小型化和轻量化。

2．构造

图5－55表示的是新开发的EPTJ的外观。EPTJ具有与PTJ同一的内部构造，根据内部部件的接触状态和滚子盒的姿态稳定化处理，降低了摩擦力。

图5－54　前轮驱动

图5－55　EPTJ的外观

图5－56表示的是EPTJ与PTJ的构造比较。EPTJ的内部构造与PTJ相同，由滚子盒（内环、外环、开口环、滚针）、枢轴和外轮所构成，以提高等速万向节的装配性。

另外，如图5－57所示，EPTJ的外轮外径与PTJ相比，缩小了约4％（本公司比：小1号尺寸）。在重量方面，由于外轮与内部部件的小型化，与PTJ相比，实现了约8％的轻量化。

3．功能

由于等速万向节的轻量化和小型化，在振动性能和强度、寿命方面受到了影响，但是，对这些情况进行了改善处理，实现了一点也不逊色于现有件的性能水平。

1）降低感应推力

由于等速万向节的感应推力（等速万向节的外轮与轴具有角度进行旋转时候的万向节部件之间内部摩擦而引起的感应轴力），与实车加速度时的车体横摆是相关的，降低该感应推力，就能够控制车身横摆振动。

图5－56　PTJ与EPTJ的构造

图5－57　PTJ与EPTJ的外轮外径比较

EPTJ与PTJ同样，以枢轴的轴颈作为椭圆柱（负荷点：长径一侧），将与在其相接的内环、内径面作为凸R，根据这样的接触形态来使驱使动作中的滚子盒倾斜的力矩变小，使外轮与滚子盒的姿态稳定，其结果如图5－58所示的那样，EPTJ不受动作角度的影响，经常地保持为较低的感应推力。在该图当中，EPTJ的值与PTJ的值大致相等。

2）降低推力阻力

等速万向节的推力阻力（使等速万向节的外轮向轴向进行激振推力的时候所产生的阻力）与A/T车的D档怠速振动有关，根据降低该推力阻力就可以控制怠速振动。

EPTJ与PTJ一样，滚子盒的内径与枢轴轴颈部分可以进行摆头动作。也就是，滚子盒只是向外轮轴向滚动，可以只是由滚针的滚动承受外轮轴向的激振力，如图5－59所示，EPTJ不受动作角度的影响，保持较低的推力阻力。在本图当中，EPTJ的值与PTJ的值大致相同。

图5－58　感应推力

图5－59　静态激振推力阻力

3）强度、耐久性

EPTJ内部部件的强度是，静态扭曲强度、扭曲疲劳强度，都要在外轮轴杆或者是轴强度以上的强度，充分具有耐实用的强度。

EPTJ的耐久性是，高负荷摆动耐久、低负荷摆动耐久都要拥有比具有长年出色实际业绩的DOJ（球型滑动式等速万向节）同等以上的耐久性。另外，即使与其他公司制造的相比，也要具有同等以上的耐久性。

4．解析的应用

为了综合良好地平衡提高EPTJ的强度、耐久、NVH特性，如图5－60所示，为了决定作为主要部件的外轮、枢轴、滚子盒的最佳形状，附加FEM应力解析，与实物评价结果相联系地，在降低应力水平上下功夫。

另外，如图5－61所示作为动态解析，附加机构解析，把握由于EPTJ的动作所产生的内部力和部件的动态，进行内部尺寸的最佳化。

图5－60　外轮FEM应力解析事例

图5－61　机构解析事例

5．质量工学的应用

EPTJ在为了将PTJ小型化的设计，对由于各个部件的刚性下降和接触面的增加所带来的机能特性是有影响的，对NVH特性的影响较大，特别是在高负荷力矩情况下的感应推力恶化最为明显。因此，为了进行强力设计，使用了质量工学。

在质量工学中，首先是从明确低振动等速万向节开始，将可能涉及到其机能的控制因素和使用条件、制造误差全部列入L18正交表中，进行使用了L18正交表的实验。将其中效果较高的因素引入到EPTJ的设计当中。

如图5－62所示，运用了质量工学后的EPTJ感应推力与运用前的相比，可以降低约50％。

图5－62　应用降低感应推力工学事例

6．结束语

感应推力的大小不受万向节角度的影响，实现了与PTJ同等低振动。

静态激振推力阻力的大小不受万向节角度的影响，实现了与PTJ同等低振动。

外轮外径与PTJ相比，小型化了约4％（本公司比小型了一个号的尺寸）。

重量与PTJ相比轻量化了约8％。

最大动作角与PTJ相同，实现了26°。

EPTJ与原来件相比也更加轻量化、小型化了，几乎就是不受动作角度影响的低振动滑动式等速万向节。它在车辆平面布置设计上，对空间效率和在常用角度变大情况的怠速时、以及起动时、加速时，高扭矩发挥作用的车辆来说，将会充分地发挥其性能。

思考与练习

1．汽车传动系中为什么要设万向传动装置？该装置由哪几部分组成？

2．万向节可分为哪几种类型？各有何特点？

3．试述十字轴式万向节传动的不等速性。

4．等速万向节有哪些结构型式？各有何特点？

5．对照实物或图片说明十字轴式刚性万向节和球笼式等速万向节的结构。

6．对十字轴式刚性万向节和球笼式等速万向节如何进行拆装、检修？

7．传动轴的检修项目包括哪些？

8．中间支承的检修项目包括哪些？

9．简述汽车传动轴的构造。装配汽车传动轴时有哪些要求？

10．为什么要设中间支承？它有哪几种类型？各有何特点？

11．汽车行驶时传动轴处有异响，试分析并排除。

12．汽车起步或变速时万向传动装置有撞击声，试分析并排除。