当前位置: 首页 >> 成都元创科技有限公司

汽车轮毂异响怎么回事如何解决

2021-10-10 来源:天水机械信息网

车辆起步异响的分析与对策

车辆装配下线后,在起步的瞬间出现异响的情况,经现场排查并对轮毂单元的装配结构进行分析,确认半轴与轮毂单元之间的花键配合间隙为异响发生的根本原因。通过花键的结构优化,增加减摩涂层等措施,解决车辆起步异响的问题,并对以后新开发车型提供开发思路;从设计之初就考虑该风险的影响因素,最大可能地消除异响噪声,提高客户满意度。

汽车驱动轴是车辆传动系统中的重要组成部件,其作用是将发动机输出的扭矩传递到车轮,驱动车辆向前行驶。驱动轴外端节与车轮轮毂通过柄部花键连接传递扭矩,并通过锁紧螺母防止外端节和轮毂之间松脱,其装配如图1所示。某车型装配完成后,在起步瞬间,轮毂单元容易产生清脆的金属异响,引起客户的抱怨。

图1轮毂单元装配图

通过对连接配合状态进行排查,确定问题产生的原因,针对原因进行相应的改进分析,并进行实车验证,解决车辆启动异响问题,提高客户的满意度并为以后车辆传动系统的开发积累经验。

1、汽车轮毂异响故障描述及初步分析

1.1故障描述

某车型在车辆启动后,挂挡前进的瞬间,轮毂附近出现金属异响,在起步后行驶过程中无此异响,车辆停止后,再次启动前进,也无异响;但是在车辆挂倒挡起步的瞬间,轮毂附近再次出现金属异响,车辆停止后,再次启动倒车,也没有异响;再次挂挡前进时,又出现异响。

通过多次测试得出,车辆在一次前进一次倒退间歇启动的瞬间,轮毂附近会发生异响。

1.2初步分析

通过对轮毂单元连接结构的分析以及实车测试得知,将锁紧螺母锁紧力矩逐渐降低,异响会有逐渐减弱的趋势,将驱动轴外端节端面与轴承接触的部位,涂润滑油,异响有所减弱,且异响出现几率有所降低。

2、汽车轮毂异响故障原因排查

通过图2装配示意图可知,轴承外圈与转向节过盈配合,通过压装实现,轴承内圈与轮毂过盈配合,通过压装实现,锁紧螺母将驱动轴固定在轮毂单元上,驱动轴外端节端面与轴承内圈接触,驱动轴外端节的轴柄花键与轮毂内花键相配合,整个装配在理想状态下,不应有相对运动。

通过初步的试验分析,异响的直接表现存在于驱动轴外端节端面和轴承的接触面上,该接触面通过锁紧螺母的作用紧密贴合,不存在敲击现象。但由于驱动轴外花键以及轮毂内花键存在加工公差,实际样件会存在一定的间隙,在发动机较大扭矩的驱动力下,由于间隙的存在,该接触面上会出现相对微小的位移,从而由摩擦振动产生噪声。

摩擦噪声的形成机理比较复杂,主要有粘滑理论、自锁滑动理论和模态耦合理论等,参考噪声的分析得知,在一定条件下,表面压力越大,摩擦噪声也随之增大,但压力超过一定数值后,噪声反而降低,这种情况在此不作详细论述,前期的初步试验分析也验证了噪声随压力增大而增大的情况。

异响的直接原因是接触面的相对滑动,但其根本原因需从多方面考虑。

1)驱动轴与轮毂之间花键的配合

根据驱动轴和轮毂花键参数,计算花键配合的间隙值,本例中配合花键的间隙范围为0.071~0.189 mm,因驱动轴外端节端面与轴承端面接触位置较花键配合半径大,约为花键配合半径的2倍,故此时接触面的相对滑动距离约为花键配合间隙值的2倍左右,约0.142~0.378 mm。汽车启动的瞬间,由发动机传递过来的扭矩远远大于锁紧螺母所能抵抗的扭矩,轴承端面和驱动轴外端节端面之间,在短暂的时间内,发生相对位移,从而产生异响。

2)驱动轴的扭转刚度

如图3所示,将驱动轴轴柄花键连接段近似看做一个圆柱,在受到扭矩时,由扭转变形计算公式可知,扭转角

其中,T为扭矩,l为2个扭转端面的距离,G×Ip为轴的抗扭刚度,对于等粗的实心轴来说

扭矩一定的条件下,扭转角跟长度成正比,跟直径的4次方成反比;因此花键受力等效位置距驱动轴外端节端面越远,直径越小,其刚度越差;刚度越差,在相同长度范围内产生的扭转角越大。此时,花键连接等效受力端面和驱动轴外端节端面之间会产生相对扭转运动,最终体现在轴承端面和驱动轴外端节端面之间发生相对运动,导致异响的发生。

3)驱动轴端面和轴承端面接触面积

该车型采用的驱动轴螺母型号为M24×1.5,扭矩为230 N·m,其扭矩一部分为螺纹副之间的摩擦扭矩,一部分为螺母法兰面和轮毂支撑面之间的摩擦扭矩。

根据已知参数,计算可得,轴向拉力为48k N,驱动轴端面和轴承面接触面积最大即为轴承内圈端面的面积,计算可得轴承内圈端面面积为9.417×10-4m2,面压强为50.97 MPa。

将扭矩设置到210N·m,轴向拉力为44kN,对应的面压强为46.72MPa。

将扭矩设置到180N·m,轴向拉力为38kN,对应的面压强为40.35MPa。

面压强越大摩擦力越大,但发动机启动扭矩远远大于驱动轴螺母端面所提供的扭矩;因此,在发动机的驱动力作用下,间隙的存在会使驱动轴端面和轴承端面发生相对位移,产生异响,通过对螺母施加不同大小的扭矩进行测试,面压强越大,异响越明显。

4)驱动轴端面和轴承端面接触面粗糙度

一般接触面粗糙度较大时,表面微观下的凹凸不平会使摩擦系数变大;表面粗糙度过小,则实际接触面积变多,面之间的固着力变大,摩擦系数也会变大。但后者在普通的机加工上不太容易实现,因此在接触端面上一般会通过加油脂等减摩材料来降低摩擦系数,从而减小摩擦力,降低摩擦引起的能量消耗。

3、汽车轮毂异响解决措施

3.1增加螺旋角,控制花键间隙

增加螺旋角,减小配合花键之间间隙的同时,需要考虑,螺旋角不能过大,否则会出现驱动轴穿过轮毂单元后,伸出轮毂较短,螺母较难拧入,轮毂单元装配困难的情况。

该车型驱动轴相关尺寸如图4所示,轮毂花键尺寸如图5所示,可知:驱动半轴锁紧螺母螺纹起始端到驱动轴端面之间的距离为92mm;完全装配后,锁紧螺母端面和驱动轴端面之间的距离为65mm;驱动轴花键长度为44mm;经设计校核,驱动轴的花键比轮毂内花键短,其全部长度与轮毂花键啮合。为保证装配,将驱动轴穿过轮毂单元后,驱动轴锁紧螺母花键至少留出10mm用于装配,然后拧上螺母,利用扭矩机将其锁紧,同时考虑装配情况,花键配合干涉不能过大,防止其他问题产生。

一般按花键极限位置配合干涉10~15mm长度进行设计,此处取干涉15mm进行设计,此时螺纹露出端面的距离为L1=92mm-15mm-65mm=12mm,大于要求的最小尺寸10mm,自由配合长度L2=44mm-15mm=29mm。

在花键最小的间隙下,需要保证顺利安装,即在花键连接长度为29 mm时,消除0.071 mm的间隙,此时计算花键的螺旋角为8.4′。

在整个花键连接长度的情况下,即L=44 mm时,8.4′的花键对应的间隙为0.108 mm。

参考花键加工的正态分布,对未有螺旋角的间隙取中间值,为0.13 mm,则增加螺旋角后的间隙为0.022 mm,基本消除了花键连接的间隙,只有在极限位置,未有螺旋角的花键连接最大间隙为0.189 mm,增加螺旋角后的间隙为0.081mm,该间隙理论上存在,但实际极少发生,增加螺旋角后的间隙明显减小,剩余的间隙以及由其产生的位移导致的异响可通过其他措施消除或降低。

3.2增大抗扭刚度

增大抗扭刚度最有效的措施是增大轴径,但该措施受轮毂内花键尺寸影响,该尺寸发生变化,其相关零件的尺寸都需要重新调整,调整尺寸涉及到的周期长,成本高,不易实现。

3.3增大轴承端面和驱动轴端面的接触面积,减小面压力

从结构上看,接触面积最小直径为轴承的内圈外端面的内直径,接触面最大直径为驱动轴端面最大直径或轴承内圈外端面的外直径中的较小值,由此可知,能做到的最大的接触面积就是轴承内圈端面的最小直径和最大直径之间的面积,更改此处结构,则轴承需重新设计,其相关联的轮毂、转向节都需要重新设计,更改成本高,影响较大。

3.4改善接触面粗糙度,降低摩擦系数

轴承的端面粗糙度一般为1.6μm,可以通过对端面进行抛光加工来改善摩擦系数,抛光后,粗糙度为0.63~0.8μm,实车验证,可减小车辆起步异响几率。

以轴承端面为例,标准轴承的内圈端面微观结构如图6所示,经过抛光处理后的样品微观结构如图7所示。该工作工序时间以及成本都较大,不易用于批量生产。

通常,可采用在接触端面上涂抹减摩涂层的方式,降低接触面的摩擦系数,本车型采用Molykote 7400型号减摩涂层,该涂层承载能力高,摩擦系数低,适用于高应力的金属与金属摩擦副的滑动摩擦。通过实际测试,单独增加涂层,可减小异响产生几率,配合增加螺旋角后增加涂层,可完全消除异响情况。

4、最后

综上所述,该车型通过调整花键螺旋角同时增加减摩涂层的方式,并经过大量试验验证,解决起步异响问题。针对车辆起步时驱动轴端面和轴承端面接触面异响的问题进行分析,如果问题出现在车型开发之初,可以综合考虑,包括适当增加轴柄直径,增大轴承内圈端面和驱动轴端面的接触面积等措施;如果问题出现在开发后期,轴柄、轴承、转向节等周边零部件设计都已定型,模具都已开发完成,这时一方面可以通过增加花键的螺旋角,尽可能减小花键配合间隙,降低异响发生的几率;另一方面可以通过涂抹减摩涂层,减小摩擦系数,降低摩擦力,防止异响的产生。

智能汽车服务

通行一体机

智能考勤机

人工智能教育

友情链接