Differential Noise & Vibration: So diagnostizieren Sie das Problem
Warum scheitern Differentiale* so oft?
* Beachten Sie, dass sich dieser Artikel aufgrund der grundlegenden Unterschiede zwischen Differentialen in Hinterachsen und Differentialen, die in FWD-Getrieben eingebaut sind, ausschließlich auf Differentiale konzentriert, die in Hinterachsen von RWD-Fahrzeugen verwendet werden. Beachten Sie jedoch, dass viele der Probleme und deren Lösungen, die für RWD-Achsen gelten, auch für Differentiale gelten, die in den Vorderachsen von 4WD-Fahrzeugen verwendet werden.
Entgegen der landläufigen Meinung scheitern Differentiale nicht oft., Vorausgesetzt, dass jederzeit eine ordnungsgemäße Schmierung verfügbar ist und das Differential ordnungsgemäß und korrekt eingerichtet ist, überdauern die meisten Differentiale die Fahrzeuge, an denen sie montiert sind.
Es ist jedoch die Erfahrung dieses Autors, dass in Ermangelung früherer Reparaturarbeiten an einem ausgefallenen Differential die meisten, wenn nicht alle gängigen Differentialprobleme direkt mit schäbigen Montageprozeduren während der Erstmontage im Werk zusammenhängen., Bedenken Sie Folgendes: Seriöse Quellen behaupten, dass amerikanische Hersteller jedes Jahr etwa 12 Millionen Differentiale für den Einsatz in 4WD-und AWD-Fahrzeugen herstellen. Dies entspricht 32 876 Einheiten pro Tag, 1 370 Einheiten pro Stunde oder mehr auf den Punkt, 22,83 Einheiten pro Minute. Beachten Sie, dass diese Zahlen Differentiale ausschließen, die für den Einsatz in Personen-oder Hochleistungs-Muscle-Cars erzeugt werden.,
Die obige Statistik mag irrelevant erscheinen, aber der Punkt ist dies; Es ist einfach unmöglich, jedes von vielen Millionen Differentialen die ganze Zeit korrekt einzurichten – selbst mit den hochentwickelten Massenproduktionsmethoden und strengen Qualitätssicherungs-/Kontrollprüfungen, auf die sich die Hersteller stolz machen. Somit besteht eine sehr gute Chance, dass ein erheblicher Prozentsatz der Fahrzeuge verkauft und auf internationale Märkte exportiert wird, deren Unterschiede zum Scheitern verurteilt sind: Der berüchtigte „Chevy Shake*“ ist ein guter Fall.,
* Der Begriff „Chevy Shake“ bezieht sich auf starke Vibrationen bei vielen Chevrolet Trucks und SUVs, die nur durch Ersetzen des Differentials durch einen ordnungsgemäß eingerichteten Ersatz geheilt werden können.
Während einige Leser das Obige vielleicht etwas interessant finden, bezieht sich alles darauf, wie und warum Differentiale bei relativ neuen und / oder Fahrzeugen mit niedriger Laufleistung ausfallen, was diese Frage aufwirft-
Wie scheitern Differentiale genau?,
Während plötzliche, katastrophale Getriebeausfälle bei Standardanwendungen, die nicht missbraucht werden, äußerst selten sind, beinhalten die meisten Differentialausfälle Jammern, Schleifen oder Rumpeln, entweder beim Beschleunigen, wenn das Differential geladen ist, ähnliche Geräusche, wenn das Fahrzeug abkühlt, oder in schweren Fällen ein Grollen oder Murren, wenn das Fahrzeug in Kurven und Ecken gelenkt wird.
Wir haben alle gehört, dass abgenutzte oder beschädigte Differentiale diese Geräusche abgeben, aber es ist nicht immer klar, was Vibrationen verursacht, die von der Hinterachse ausgehen., In einigen Fällen korrelieren die Vibrationen mit mechanischen Geräuschen bei einer oder beiden Beschleunigung und Verzögerung, aber erfahrene Techniker werden zustimmen, dass in vielen Fällen die Standardmittel die anhaltenden Vibrationen nicht heilen. Für diejenigen, die neu im Autoreparaturhandel sind, umfassen „Standardhilfsmittel“ das Auswuchten oder Ersetzen der Hinterräder/Reifen, den Wiederaufbau, das Ausbalancieren oder den Austausch der Antriebswelle sowie das Ersetzen von Schäkelbuchsen und anderen Federbuchsen/Komponenten, die manchmal Stoßdämpfer und Blattfedern enthalten.,
Die oben genannten Punkte bedecken viel Boden, und obwohl es bei der Diagnose von Differentialproblemen nicht immer einfach ist, zwischen Ursache und Wirkung zu unterscheiden, können Sie viel Rätselraten aus der Gleichung entfernen, wenn Sie wissen und verstehen einige der grundlegenden Begriffe, die sich auf die Differentialreparatur beziehen., Nachfolgend einige –
Begriffe und Wörter, die Sie verstehen müssen
Bildquelle: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
Das obige Bild zeigt ein typisches Differentialringgetriebe mit einigen wichtigen Beschriftungen. Während „Ferse“ und „Zehe“ weitgehend selbsterklärend sind, sind die anderen beiden Begriffe (mit mehr Folgen) möglicherweise nicht klar, wenn Sie nicht viel mit Differentialreparatur/-wiederaufbau zu tun hatten., Beginnen wir mit –
Antriebsseite
Dies bezieht sich auf die Fläche (oder Seite) der Zahnradzähne, die mit den Zähnen des Ritzels in Kontakt kommen, wenn das Differential beim Beschleunigen belastet wird, oder während der Fahrbedingungen, wenn eine konstante Leistungsaufnahme erforderlich ist, um den Impuls der Fahrzeuge aufrechtzuerhalten. Unter diesen Bedingungen ist das Ritzel das Antriebsrad und das Ringgetriebe das angetriebene Getriebe.,
Küstenseite
Dies bezieht sich auf die Seite (oder Fläche) der Ringzahnzähne, die mit dem Ritzel in Kontakt kommen, wenn die Motorleistung vom Differential entfernt wird, z. B. wenn das Fahrzeug abrollt. Unter diesen Bedingungen wird das Ringgetriebe zum Antriebsrad und das Ritzel zum Antriebsrad, da das Differential unter Ausrollbedingungen durch die Drehung der Räder anstelle des Motors über die Antriebswelle belastet wird.,
Hypoidgetriebe
Bei einem Hypoidgetriebezug wie dem in einem Differential eingestellten Ritzel und Zahnrad sind die Zahnräder so eingestellt, dass sich ihre Mittellinien nicht rechtwinklig schneiden. Diese Anordnung ermöglicht es, zwei Zähne am Ritzel und zwei Zähne am Zahnrad miteinander in Kontakt zu haben, im Gegensatz zu gerade geschnittenen Zahnrädern, bei denen nur ein Zahn an jedem Zahnrad miteinander in Kontakt sein kann.
Backlash
Dies bezieht sich auf den Rotationsgrad, der bei einem Zahnrad in einem Satz auftreten kann, ohne dass der andere Zahnrad im Satz gedreht wird., Dieser Abstand ist anwendungsspezifisch* und bei allen Differentialen von entscheidender Bedeutung, da durch unzureichendes Spiel die Zahnräder binden, während übermäßiges Spiel zu übermäßigem mechanischen Verschleiß führt. Beachten Sie, dass sowohl unzureichendes als auch übermäßiges Spiel unterschiedliche mechanische Geräusche verursachen können.
* Beachten Sie, dass dieser Abstand am besten mit einer im rechten Winkel zu einem Ringzahn eingerichteten Messuhr gemessen wird.
HINWEIS: Differential backlash ist etwas analog zu ventil clearances., Während es einen signifikanten Abstand zwischen einem Nockenlappen und einem Nockenfolger oder Stößel gibt, verhindern die verschiedenen Widerstände und hin-und herbewegenden Massen in einem Ventiltrieb, dass die Nockenfolger und die Nockenlappen ineinander zuschlagen, um das typische Klopfgeräusch zu erzeugen, das wir alle gerne hassen.,
Während Differentiale keine hin-und herbewegenden Massen beinhalten, halten die eingebauten Widerstände in einem richtig eingestellten Differential eine Situation aufrecht, in der ein Zahn am Ritzel genau in dem Moment mit einem Zahn am Zahnrad in Kontakt kommt, in dem ein Zahn am Ritzel den Kontakt mit einem Zahn am Zahnrad verliert. Dies eliminiert mechanische Geräusche und hält gleichzeitig die Zahnradzähne über die größtmögliche Kontaktfläche in Kontakt, wenn das Differential richtig eingestellt ist.,
Wenn jedoch das Spiel zu stark ist, kommt es zu einem kurzen Moment, in dem zwei Zahnradzähne den Kontakt zueinander verlieren, bevor der Kontakt zwischen den nächsten beiden Zahnradzähnen hergestellt wird. Das Ergebnis ist, dass Zahnradzähne (abhängig von den Betriebsbedingungen) entweder auf der Antriebs-oder gegenüberliegenden Seite der Ringzahnradzähne ineinander zuschlagen, was die Jammergeräusche in Differentialen erzeugt, die wir alle gerne hassen.,
Lagervorlast
Dies bezieht sich auf die Lasten, die auf Lager aufgebracht werden müssen, um zu verhindern, dass sich rotierende Komponenten, die von diesen Lagern getragen werden, in einer anderen Achse als ihren Drehachsen bewegen. Wenn also alle Lagervorbelastungen in einem Differential korrekt sind, können alle rotierenden Komponenten in diesem Differential a), die sich nur um ihre Rotationsachsen drehen und b), ihre Rotationsachsen nicht umkreisen oder sich in Längs -, Radial-oder Querachsen relativ zu ihren Rotationsebenen bewegen.,
Gesamtdrehvorspannung (TTP)
Dieser Wert ist ebenfalls anwendungsspezifisch und bezieht sich auf die Kraftmenge (Drehmoment), die zum Drehen des Ritzels über die Ritzelmutter mit Umlenkbalken oder digitalem Drehmomentschlüssel erforderlich ist. Diese Messung hat einen enormen Diagnosewert, aber um zuverlässig zu sein, müssen TTP-Werte erhalten werden, wenn die Antriebswelle, die Räder und die Bremsen vom Differential entfernt werden. Während TTP-Werte von etwa 1,7 Nm bis etwa 2.,8 Nm sind typisch für die meisten SUV und 4WD fahrzeuge, die erhalten wert auf jede differential muss verglichen werden zuverlässige service informationen für diese spezifische anwendung wenn fehldiagnosen sind zu vermieden werden.
In der Praxis wird das TTP eines Differentials durch eine Kombination von Lagervorbelastungen und Spiel ermittelt, wobei das Spiel davon abhängt, wie gut (oder auf andere Weise) der Zahnradzug eingerichtet ist., Daher weist ein TTP-Wert, der einen angegebenen Wert überschreitet, auf übermäßige Lagervorbelastungen und/oder unzureichendes Spiel hin, während ein TTP-Wert, der niedriger als angegeben ist, auf unzureichende Lagervorbelastungen und / oder übermäßiges Spiel hinweist.
Alle oben genannten Begriffe und ihre Definitionen beziehen sich direkt auf die Diagnose von Differentialproblemen sowie die Einrichtung eines Differentials während Reparatur – /Montageprozeduren., Jedoch, ein sehr wichtiger begriff, „getriebe kontakt muster“wurde nicht diskutiert, so lassen sie uns schauen, wie zu sie können diesen begriff verwenden in-
Diagnose differential fragen
Die bild oben zeigt eine fast perfekte kontaktieren muster*. In diesem Beispiel erstrecken sich die Bereiche an den Zahnradzähnen, in denen die gelbe Markierungsfarbe abgenutzt ist, sowohl über die volle Länge als auch über die Gesamttiefe der Zahnradringe, was der gewünschte Zustand**ist.,
* Kontaktmuster werden erhalten, indem alle Schmiermittelspuren von Ring und Ritzel mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden, bevor beide Seiten aller Zahnradzähne mit einer speziellen Markierungsfarbe oder andernfalls mit einer hochwertigen Sprühfarbe lackiert werden. Sobald die Farbe getrocknet ist, wird das Differential leicht belastet, um einen guten Kontakt zwischen den Zahnradzähnen zu gewährleisten, aber beachten Sie, dass die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn das Differential durch mindestens eine volle Umdrehung des Ringgetriebes über die Ritzelmutter gedreht wird., Beachten Sie, dass, wenn das Kontaktmuster auf der Antriebsseite der Ringzahnradzähne akzeptabel ist, es fast sicher ist, dass das Kontaktmuster auf der anderen Seite der Ringzahnradzähne ebenfalls akzeptabel ist. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, daher müssen beide Kontaktmuster erhalten werden, bevor ein Differential verurteilt oder in Betrieb genommen wird.
* * Beachten Sie, dass es manchmal nicht möglich ist, die oben gezeigte Art des Kontaktmusters zu erreichen, da ein gegebenes Zahnrad auf eine von zwei Arten hergestellt worden sein könnte., Bei einem Herstellungsverfahren wird jeder Zahnradzahn separat geschnitten, während bei dem anderen Verfahren mehrere Zahnradzähne gleichzeitig geschnitten werden. Bei der ersten Methode kommt es manchmal vor, dass einige Zahnradzähne tiefer geschnitten werden als andere, während bei der zweiten Methode alle Zahnradzähne auf die gleiche Tiefe geschnitten werden. Daher müssen beim Einrichten eines Differentials, das ein Ringgetriebe mit ungleichen Zahntiefen aufweist, entsprechende Zulagen gemacht werden, um entweder ein übermäßiges oder ein unzureichendes Spiel zwischen Ring und Ritzel zu vermeiden.,
In Bezug auf die Diagnose ist das Kontaktmuster jedoch die wertvollste Hilfe, die Sie haben werden, da dieses Muster eine direkte Funktion davon ist, wie das Differential eingerichtet ist, also lassen Sie uns das Bild unten betrachten-
Bildquelle: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
Das obige Bild zeigt einige Beispiele für Kontaktmuster, die Sie am wahrscheinlichsten auf der differentiale, aber um zu verstehen, wie diese Arten von Kontaktmustern entstehen, müssen Sie verstehen, wie das Ritzel und die Zahnräder relativ zueinander positioniert sind., Schauen wir uns an, wie dies geschieht –
Ritzel
Das Ritzel wird von zwei Lagern getragen, deren Vorbelastungen durch einen zerbrechlichen Abstand zwischen ihnen hergestellt werden. Wenn ein Differential eingerichtet ist, wird dieser Abstandhalter durch Anziehen der Ritzelmutter zerkleinert; Wenn der Abstandhalter zu stark zerkleinert wird, erhalten Sie ein übermäßiges Spiel. Umgekehrt, wenn der Spacer nicht genug gequetscht wird, erhalten Sie ein unzureichendes Spiel, so dass Sie durch Zerkleinern dieses Spacers die Position des Ritzels relativ zum Ringgetriebe einstellen können., Beachten Sie jedoch, dass sowohl die Ritzelmutter als auch der Distanzhalter ausschließlich einmalig sind; Wenn die Einstellung beim ersten Versuch nicht richtig ist, müssen sowohl der Distanzhalter als auch die Mutter für jeden nachfolgenden Versuch ersetzt werden.
Ring gear
Das Ring gear ist in der Regel eine separate Komponente, die auf den Ring gear carrier schrauben, die von zwei Lagern unterstützt wird – eine auf beiden Seiten des Ring gear., Die Vorbelastungen dieser Lager werden durch Distanzscheiben und/oder Abstandhalter auf beiden Seiten des Ringgetriebes festgelegt, so dass durch Entfernen von Distanzscheiben auf einer Seite, um die Position des Ringgetriebes einzustellen, gleich dicke Distanzscheiben auf die andere Seite hinzugefügt werden müssen, um die richtigen Lagervorbelastungen aufrechtzuerhalten., Beachten Sie, dass bei einigen Differentialen die Position des Ringgetriebes durch große verriegelbare Muttern anstelle von Distanzscheiben und/oder Abstandshaltern gesteuert wird, was uns zum Thema-
Interpretation von Kontaktmustern
bringt Begrenzter Raum schließt eine umfassende Diskussion von Kontaktmustern und deren Auswirkungen aus, es ist erwähnenswert, dass-
- Kontaktmuster, die zur Außenkante (Ferse) des Ringgetriebes neigen, mehrere Haupteffekte haben, abgesehen davon, dass sie Jammern verursachen Geräusche., Dazu gehört die Tatsache, dass sich das Ritzel durch das daraus resultierende übermäßige Spiel während wechselnder Belastungs-und Abrollbedingungen entlang der Längsachse des Fahrzeugs hin und her bewegt. Dies führt wiederum zu einer Zerstörung der Ritzelwellenlager, was zu starken antriebswellenartigen Vibrationen führt, da die zerstörten Lager die Ritzelwelle nicht tragen können., Sie können auch erwarten, dass das Schmiermittel an der beschädigten Ritzelwellendichtung vorbeiläuft
- Kontaktmuster, die zur Innenkante (Zehe) der Ringzahnzähne neigen, können das Ergebnis eines unzureichenden (zu kleinen) Ringzahnradversatzes oder eines zu tief eingestellten Ritzels sein., In beiden Situationen gibt es ein unzureichendes Spiel und wahrscheinlich unverkennbare Anzeichen für einen starken mechanischen Verschleiß an den Zähnen beider Zahnräder-abgesehen von Jammern, Schleifen oder Rumpeln unter allen Betriebsbedingungen
- Kontaktmuster, die zur Oberseite der Ringzahnzähne neigen, zeigen an, dass der Ringzahnradversatz relativ zum Ritzel übermäßig ist, was zu übermäßigem Spiel und mechanischen Geräuschen wie Jammern sowohl unter Belastungs-als auch unter Kühlaufbedingungen führt., Beachten Sie jedoch, dass übermäßige Ringzahnradversätze normalerweise keine Vibrationen erzeugen, was diese Frage aufwirft –
Sollten Sie Reparaturen versuchen?
In der Praxis gibt es zwei Leitprinzipien sowohl bei der Fehlerdiagnose als auch bei Reparatur – /Wiederaufbauverfahren für Differentiale. Das erste ist das Kontaktmuster und das zweite ist ein Spiel – oder das Fehlen eines Spiels.,
Beide Prinzipien sind direkt aufeinander abgestimmt, und obwohl es relativ einfach ist, Differentialfehler nur auf der Grundlage dieser Prinzipien zu diagnostizieren, ist es eine andere Sache, die richtige Menge an Spiel, ein gutes Kontaktmuster und die angegebene Gesamtdrehvorspannung gleichzeitig zu ermitteln/zu erhalten, und dies umso mehr, als Sie noch nie zuvor ein Differential gebaut haben.,
Natürlich ist dies nicht dasselbe wie zu sagen, dass Sie es nicht tun könnten, wenn Sie es versuchen würden, aber Ihr Arbeitgeber wird Ihnen mit ziemlicher Sicherheit nicht erlauben zu lernen, wie Sie ein Differential am Fahrzeug eines zahlenden Kunden reparieren oder wieder aufbauen können., Nichtsdestotrotz ist die Tatsache, dass, während jeder lernen kann, Differentiale zu reparieren oder wieder aufzubauen, die Durchführung dieser Verfahren nach Industriestandards eine dedizierte Schulung und Übung erfordert (und viel Übung), was uns dies hinterlässt-
Wenn Sie nicht die erforderliche Ausbildung gehabt haben, würde dieser Autor davon abraten, zu versuchen, ein Differential als Experiment zu reparieren, nur um zu sehen, ob Sie es tun könnten., Sie könnten jedoch das Nächstbeste tun, nämlich lernen, differentialbezogene Probleme und Probleme genau zu diagnostizieren, da dies Ihnen zwei große Vorteile gegenüber Ihren Kollegen bietet.
Das erste ist, dass Sie Vibrationen und andere Probleme mit dem Antriebsstrang identifizieren können, die sonst niemand in der Werkstatt könnte, und das zweite ist, dass Sie Kunden, die Probleme mit den Differentialen an ihren Fahrzeugen haben, klare und eindeutige Diagnosen der Ursachen ihrer Probleme stellen können, was vielleicht das Wichtigste ist.