典型变速箱损坏与典型路线使用状态分析建议

欲速则不达

典型变速箱损坏与典型路线使用状态分析以及建议

山西 运煤车辆 变速箱损坏故障分析

          这几天得到一组照片，根据拍摄者陈述此类现象在山西市场 这几天得到一组照片，根据拍摄者陈述此类现象在山西市场 这几天得到一组照片，根据拍摄者陈述此类现象在山西市场 这几天得到一组照片，根据拍摄者陈述此类现象在山西市场 出现的还是比较频繁，笔者针对零部件损坏象 、了解相关车辆的使 用状态以及部分保养事宜，该故相对比较典型所特拿出来享一下：

        众所周知，变速箱对于车辆来讲，主要作用就是提供不同的减速状态，让车辆可以保证足够的起步能力、相对的车速范围，常规卡车使用的变速箱通常多档位，速比区间也比较宽泛，这是由于卡车的载重系数变化率较大引起。

        在汽车工程中，齿轮传动应用甚为广泛，发动机正时、变速箱、驱动桥等均使用齿轮传动系统，并且往往处于极为重要的部位，因此齿轮的损伤和失效倍受人们的关注。

故障现象

           本次故障里面基本上包含了中重卡变速箱常见的多数齿轮类损坏类型。

            书归正传，先看一下这次事故中的主角：

         法士特12JSD180TA，12前进档，后副箱大中心距；变速箱速比区间12.1-0.78，基本极差1.28附近，副箱速比4.46。铭牌最大输入功率为331KW，折合马力约为450马力，最大承受输入扭矩为1800Nm。
         此变速箱从购车之日起到损坏一共运行了16个月，车辆的运行里程为20万公里附近，车辆配置为ISG.460+12OD+3.7 ，轮胎12R22.5，行驶路线主要以山西煤炭等生产资料运输、国道为主；路线中70%比例为山区状态，道路拥堵情况比较频繁出现。

欲速则不达

       此用户在例行保养换油的过程中从放油螺塞上看到有零部件损坏残渣，为了不引起故障扩大化，车主主动拆解变速箱来进行检查，结果主箱发现多处齿轮局部折断的情况，并伴随中间轴部分齿轮出现严重脱碳起皮的情况。拆解的过程中还发现中间轴后轴承保持架已经完全损坏，局部还出现因挤压变形后与滚柱发生高速摩擦引起局部开裂发蓝。

欲速则不达

故障分析

         根据齿轮的工作特点，在传递功率和扭矩的运动过程中、齿轮在力的作用下、在齿根产生弯曲应力，齿面产生接触应力，齿面间相对滑动摩擦而产生磨损。有时齿间存在间隙，在齿合过程中还会产生冲击，齿轮的主要失效特征是由于弯曲力矩作用而造成齿的变形和折断，由于接触应力作用而造成的表面疲劳剥落和由于摩擦作用而造成的磨损，由于齿轮工作时所受载荷和转速不同，对于不同材料会造成不同的失效形式。
        多方研究表明，齿轮常规损坏的主要因素如下图：

        既然齿轮传动的失效主要发生在轮齿上，而轮齿部分的失效形式分为两大类：轮齿折断，齿面失效。

        此变速箱的中间轴传动齿轮、一档连齿以及二、三档轮上都存在齿轮轮齿表面点蚀（脱碳起皮）的情况，同时主箱二轴三档轮存在轮齿折断的现象，从宏观观察看属于弯曲疲劳折断，人字形断茬痕迹表明轮齿存在交变应力过载，同时还存在传动系不同轴的可能；但是主箱4、5、6档相对应的齿轮组相对正常。

   

欲速则不达

          齿轮轮齿的点蚀损坏，常规点蚀的产生主要存在与齿轮的轮齿偏向根部的节线区域；

         多数情况下点蚀通常被认定为油膜被破坏后存在的一种损坏状态，实际使用过程中，因为齿轮组传动还有一个重要指标，那就是齿轮组相对位置度的保证，这个位置度由轴承类承担。
        此次故障中的变速箱采用直齿传动类型，所以选用的轴承为常规的圆柱滚子轴承类型：

       轴承内支撑圈可以明显的看到偏磨的痕迹，同时轴承滚柱保持架已经完全变形，局部甚至已经于滚子发生接触性高温烧蚀，种种迹象均已表明该轴承径向跳动已经超差，在齿轮组承受载荷的情况下齿轮组轴线已经出现平行度偏差。

欲速则不达

         介于圆柱滚子轴承本身特性，径向承受载荷能力强但承受角度对准误差的能力非常有限，当出现交变应力过载以及润滑条件极具不良的情况同时发生，出现滚子轴承早起失效的概率会完全增加。

        总结

        齿轮的失效通常是指轮齿失效。所谓轮齿失效，就是齿轮在运转过程中，由于某种原因，使轮齿在尺寸、形状或材料性能上发生改变而导致整体设备不能正常工作。
       本故障中存在齿轮点蚀、齿轮折断、轴承失效等综合状态这个和当地用车的基本状态是没法区分的；拉煤养车基本模式均为人停车不停，同时在路上由于大部分时间是国道行驶，堵车、加塞、急停车、急起步的状态均为常态，车辆在使用中也存在相对高速情况下紧急制动后车辆强制越级减挡再急加速的状态，针对这个动力链，恰恰在坡路上比较常用的8、9（主箱2、3）档，作为常啮合的中间轴传动齿轮，作为起步用的1、2、3档轮均有不同程度的损伤，又因现在的多数大马力小速比车辆在爬坡的状态下，普通坡度行驶通常用不到变速箱的低档区，此时负荷都集中在主箱齿轮组上。

       同时由于山区道路比例非常高，实际上变速箱温度长期处于高温状态，按照齿轮油的选用状态来讲，对于类似大负荷而且是在交变冲击负荷的高温运行下的使用环境，齿轮油选用的粘度等级应当适当的提升，原厂建议的齿轮油一般为GL5 85W-90系列，但是在这里实际上除了冬天外都适合适当提升到85W-140系列，防止在变速箱长期高温（油温115度以上）情况下，齿轮轮齿工作面油膜在交变冲击负荷下出现破损引起后续的轮齿早期损坏。

        而且如果变速箱长期处于高温工作状态下，齿轮油的更换周期是随着温度上升而缩短的越快。

       可能很多人会说那么这个变速箱明显是从铭牌上讲名义定义下的最大输入扭矩是小于装车发动机的最大输出扭矩的，那么是否是因为这个问题引起的变速箱故障，对于常规车辆使用上来讲，其实就算经常在最大扭矩转速区行车，只要是匀速过程都不可能出现发动机输出最大扭矩的状态，在急加速或者是因换挡错误导致憋车的情况下才有可能出现仅仅在该情况下的发动机最大扭矩输出状态。比方下图：

         红色箭头此时的状态为当前驾驶员意图加速或者在爬坡路段的过渡区，但是此时因车辆总的驱动力不足，相对当前转速下发动机有效功率也不足以支撑车辆实现驾驶员的要求，所以目前为憋车状态，如果驾驶员不进行减挡操作，那么车辆此时就会出现最大的负荷状态，这种状态下对车辆的底盘影响均为不可逆。
建议：
1、        如果类似本案例中山区使用车辆，尽量选用变速箱最大输入扭矩要高于发动机最大输出扭矩10-20%的类型，比方说发动机最大输出扭矩1800Nm，那么变速箱的最大输入扭矩应该在2200甚至以上，因为相对差别超过20%的话，在变速箱齿轮的加工工艺和热处理上会有一定的差别。
2、        在与本案类似的使用条件下，建议缩短车辆的换油周期以及相对提升齿轮油粘度等级。
3、        在行驶条件允许情况下尽量不要低转速高档低速憋车，尽量避免越级减挡急加速，紧急制动等操作；相对爬坡在过渡区换到合适档位较高的发动机转速，保证车辆相对低负荷爬坡。
4、        保养意识需要加强，本案中的变速箱实际上出现异响应该不是一天两天，但是由于保养维修管理跟不上，所以实际上部分情况下引起故障扩大化。

欲速则不达

原帖由 Unique--QHD 于2016-12-17 00:28 发表在 5楼
看了齐哥的帖子。自己的一点看法：一：ISG的发动机出厂应该是420-430，这个460估计是后来自己刷的。（扩大 ...

没对

欲速则不达

原帖由 天天向上asd 于2016-12-17 01:02 发表在 9楼
也就是说轴承的径向活动造成齿轮啮合不到位呗？只有一个齿轮尖用力，连带造成下一个齿位置偏差，

不算是这个问题，点蚀最主要的是冲击负荷和油膜的破坏。

欲速则不达

原帖由 天天向上asd 于2016-12-17 01:10 发表在 11楼
我就纳闷儿变速箱还限制输入功率干嘛？扭矩限制了不就得了？转速都差不多

关键是现在很多情况下变速箱低档区用不上了，所以其实主箱齿轮受到的载荷很多情况下实际上可能更大了。

欲速则不达

原帖由 掉队的旅途 于2016-12-17 10:48 发表在 30楼
请教一下 平路行驶发动机什么转速 对发动机 变速箱来说较为合适

车辆动力链不同这个就不同的

欲速则不达

原帖由 一诺千金Y 于2016-12-17 10:51 发表在 31楼
我定期更换正品名牌机油，目前使用9年法士特，唯一换过一次高低速同步器和数次O型圈。

习惯挺好