Rumore differenziale e vibrazioni: ecco come diagnosticare il problema
Perché i differenziali* falliscono così spesso?
* Si noti che a causa delle differenze fondamentali tra differenziali negli assi posteriori e differenziali che sono incorporati nelle trasmissioni FWD, questo articolo si concentrerà esclusivamente sui differenziali utilizzati negli assi posteriori sui veicoli RWD. Si noti però che molti dei problemi e delle loro soluzioni che si applicano agli assi RWD si applicano anche ai differenziali utilizzati negli assi anteriori dei veicoli 4WD.
Contrariamente alla credenza popolare, i differenziali non falliscono spesso., A condizione che sia sempre disponibile una lubrificazione adeguata e che il differenziale sia impostato correttamente e correttamente, la maggior parte dei differenziali supera i veicoli su cui sono montati.
Tuttavia, è stata l’esperienza di questo scrittore che in assenza di precedenti lavori di riparazione eseguiti su un differenziale fallito, la maggior parte, se non tutti i problemi differenziali comuni sono direttamente correlati a procedure di assemblaggio scadenti durante l’assemblaggio iniziale in fabbrica., Considera questo: fonti affidabili affermano che i produttori americani producono circa 12 milioni di differenziali destinati all’uso su veicoli 4WD e AWD ogni anno. Ciò equivale a 32 876 unità al giorno, 1 370 unità all’ora, o più al punto, 22,83 unità al minuto. Si noti che queste cifre escludono differenziali prodotti per l’uso su passeggeri o muscle car ad alta potenza.,
Le statistiche di cui sopra potrebbero sembrare irrilevanti, ma il punto è questo; è semplicemente impossibile impostare correttamente ognuno dei molti milioni di differenziali per tutto il tempo – anche con i metodi di produzione di massa altamente raffinati e rigorosi controlli di garanzia/controllo della qualità di cui i produttori si vantano. Quindi, c’è una buona probabilità che una percentuale significativa di veicoli sia venduta ed esportata nei mercati internazionali con differenziali costruiti per fallire: il famigerato “Chevy Shake*” è un buon esempio.,
* Il termine “Chevy Shake” si riferisce a forti vibrazioni su molti camion Chevrolet e SUV che possono essere curate solo sostituendo il differenziale con una sostituzione correttamente impostata.
Mentre alcuni lettori potrebbero trovare quanto sopra un po ‘ interessante, il fatto è che tutto ciò si riferisce sia a come e perché i differenziali falliscono su veicoli relativamente nuovi e/o a basso chilometraggio, il che solleva questa domanda-
Come falliscono i differenziali, esattamente?,
Mentre i guasti improvvisi e catastrofici degli ingranaggi sono estremamente rari nelle applicazioni standard che non vengono abusati, la maggior parte dei guasti differenziali comporta rumori di piagnistei, di rettifica o di rombo all’accelerazione quando il differenziale viene caricato, rumori simili quando il veicolo sta costeggiando o, nei casi più gravi, un rumore di brontolio o brontolio quando il veicolo
Abbiamo tutti sentito differenziali usurati o danneggiati emettere questi rumori, ma non è sempre chiaro cosa provoca vibrazioni che sembrano emanare dall’asse posteriore., In alcuni casi, le vibrazioni si correlano con i rumori meccanici su una o entrambe le accelerazioni e decelerazioni, ma i tecnici esperti concorderanno sul fatto che in molti casi i rimedi standard non curano le vibrazioni persistenti. A beneficio di coloro che sono nuovi per il commercio di riparazione auto, “rimedi standard” includono bilanciamento o sostituzione delle ruote/pneumatici posteriori, ricostruzione, riequilibrio o sostituzione dell’albero di trasmissione e sostituzione di boccole di grillo e altre boccole/componenti di sospensione che a volte includono ammortizzatori e molle a balestra.,
I punti di cui sopra coprire un sacco di terra, e mentre non è sempre facile distinguere tra causa ed effetto quando si tratta di diagnosi differenziale dei problemi, è possibile rimuovere un sacco di congetture dall’equazione se si conosce e capire il significato di alcuni termini di base che riguardano il differenziale di riparazione., Di seguito sono riportati alcuni –
Termini e parole che devi capire
Fonte immagine:https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
L’immagine sopra mostra un tipico ingranaggio differenziale ad anello con alcune importanti etichette aggiunte. Mentre “Tallone” e” Punta ” sono in gran parte auto-esplicativi, gli altri due termini (con più seguito) potrebbero non essere chiari se non hai avuto molta esposizione alla riparazione/ricostruzione differenziale., Iniziamo con –
Drive side
Questo si riferisce alla faccia (o al lato) dei denti dell’ingranaggio che sono in contatto con i denti sul pignone quando il differenziale viene caricato in accelerazione o durante le condizioni di crociera quando è richiesta una potenza costante per mantenere lo slancio dei veicoli. In queste condizioni, il pignone è l’ingranaggio di trasmissione e l’ingranaggio ad anello è l’ingranaggio condotto.,
Lato costa
Questo si riferisce al lato (o alla faccia) dei denti degli ingranaggi ad anello che sono in contatto con il pignone quando la potenza del motore viene rimossa dal differenziale, ad esempio quando il veicolo sta costeggiando. In queste condizioni, l’ingranaggio ad anello diventa l’ingranaggio di trasmissione e il pignone diventa l’ingranaggio condotto perché, in condizioni di coasting, il differenziale viene caricato dalla rotazione delle ruote, anziché dal motore tramite l’albero di trasmissione.,
Ingranaggi ipoidi
In un treno di ingranaggi ipoidi come il pignone e l’anello di trasmissione in un differenziale, gli ingranaggi sono impostati in modo tale che le loro linee centrali non si intersecano ad angolo retto. Questa disposizione consente di avere due denti sul pignone e due denti sull’ingranaggio ad anello in contatto tra loro, a differenza degli ingranaggi a taglio dritto in cui solo un dente su ciascun ingranaggio può essere in contatto tra loro.
Gioco
Questo si riferisce alla quantità di rotazione che può verificarsi su una marcia in un set senza che l’altra marcia nel set venga ruotata., Questa distanza è specifica per l’applicazione* ed è di fondamentale importanza su tutti i differenziali perché un gioco insufficiente causa il legame degli ingranaggi, mentre un gioco eccessivo causa un’eccessiva usura meccanica. Si noti che sia il gioco inadeguato che eccessivo possono causare rumori meccanici variabili.
*Si noti che questa distanza è meglio misurata con un comparatore impostato ad angolo retto rispetto a un dente ad anello.
NOTA: Il gioco differenziale è in qualche modo analogo ai giochi delle valvole., Mentre c’è un gioco significativo tra un lobo della camma e un seguace della camma o punteria, le varie resistenze e masse alternative in un treno di valvole impediscono ai seguaci della camma e ai lobi della camma di sbattere l’uno contro l’altro per creare il tipico rumore di tappatura che tutti amiamo odiare.,
Mentre i differenziali non comportano masse alternative, le resistenze incorporate in un differenziale impostato correttamente mantengono una situazione in cui un dente sul pignone entra in contatto con un dente sull’ingranaggio dell’anello nel momento esatto in cui un dente sul pignone perde il contatto con un dente sull’ingranaggio dell’anello. Ciò elimina il rumore meccanico e allo stesso tempo, mantenendo i denti degli ingranaggi in contatto tra loro sulla più grande area di contatto possibile se il differenziale è impostato correttamente.,
Se tuttavia il gioco è eccessivo, c’è un breve momento durante il quale due denti dell’ingranaggio perdono il contatto tra loro prima che il contatto tra i due denti dell’ingranaggio successivo sia stabilito. Il risultato è che i denti degli ingranaggi si sbattono l’un l’altro sui lati dell’unità o della costa dei denti degli ingranaggi dell’anello (a seconda delle condizioni operative), che è ciò che crea i rumori piagnucolosi nei differenziali che tutti noi amiamo odiare.,
Pre-carico del cuscinetto
Si riferisce ai carichi che devono essere applicati ai cuscinetti per evitare che i componenti rotanti supportati da tali cuscinetti si muovano su un asse diverso dai loro assi di rotazione. Pertanto, se tutti i precarichi del cuscinetto in un differenziale sono corretti, tutti i componenti rotanti in quel differenziale a), ruoteranno solo attorno ai loro assi di rotazione e b), non saranno in grado di orbitare sui loro assi di rotazione o di muoversi in assi longitudinali, radiali o trasversali rispetto ai loro piani di rotazione.,
Precarico di rotazione totale (TTP)
Questo valore è anche specifico per l’applicazione e si riferisce alla quantità di forza (coppia) necessaria per ruotare il pignone tramite il dado del pignone con un raggio deflettore o una chiave dinamometrica digitale. Questa misurazione ha un enorme valore diagnostico, ma per essere affidabile, i valori TTP devono essere ottenuti con l’albero di trasmissione, le ruote e i freni rimossi dal differenziale. Mentre i valori TTP di circa 1,7 Nm a circa 2.,8 Nm sono tipici per la maggior parte dei veicoli SUV e 4WD, il valore ottenuto su qualsiasi differenziale deve essere confrontato con informazioni di servizio affidabili per quella specifica applicazione se si devono evitare diagnosi errate.
In pratica, il TTP di un differenziale è stabilito da una combinazione di precarichi del cuscinetto e gioco, con gioco essendo una funzione di quanto bene (o altrimenti) il treno di ingranaggi è impostato., Pertanto, il valore n TTP che supera un valore specificato è indicativo di precarichi eccessivi del cuscinetto e/o gioco insufficiente, mentre un valore TTP inferiore a quello specificato è indicativo di precarichi insufficienti del cuscinetto e / o gioco eccessivo.
Tutti i termini di cui sopra e le loro definizioni portano direttamente su come diagnosticare problemi differenziali, nonché su come impostare un differenziale durante le procedure di riparazione / assemblaggio., Tuttavia, un termine molto importante,” gear contact pattern”non è stato discusso, quindi diamo un’occhiata a come è possibile utilizzare questo termine in-
Diagnosticare problemi differenziali
L’immagine sopra mostra un modello di contatto quasi perfetto*. In questo esempio, le aree sui denti degli ingranaggi in cui la vernice gialla di marcatura si è consumata si estendono su tutta la lunghezza e la profondità totale dei denti degli ingranaggi dell’anello, che è la condizione desiderata**.,
* I modelli di contatto si ottengono rimuovendo tutte le tracce di lubrificante dagli ingranaggi ad anello e pignone con un solvente adatto prima di verniciare entrambi i lati di tutti i denti ad anello con una vernice speciale per marcatura o, in mancanza, una vernice spray di alta qualità. Una volta che la vernice si è asciugata, il differenziale viene leggermente caricato per garantire un buon contatto tra i denti dell’ingranaggio, ma si noti che i migliori risultati si ottengono quando il differenziale viene ruotato attraverso almeno un giro completo dell’ingranaggio dell’anello tramite il dado del pignone., Si noti che se il modello di contatto sul lato di azionamento dei denti dell’ingranaggio dell’anello è accettabile, è quasi certo che il modello di contatto sul lato della costa dei denti dell’ingranaggio dell’anello sarà accettabile. Non vi è alcuna garanzia di questo però, quindi entrambi i modelli di contatto devono essere ottenuti prima di condannare un differenziale o metterlo in servizio.
** Si noti che, poiché un determinato ingranaggio ad anello avrebbe potuto essere prodotto in uno dei due modi, a volte non è possibile ottenere il tipo di modello di contatto mostrato sopra., Un metodo di produzione prevede il taglio di ciascun dente dell’ingranaggio separatamente, mentre l’altro metodo prevede il taglio di diversi denti dell’ingranaggio contemporaneamente. Nel primo metodo, a volte capita che alcuni denti degli ingranaggi siano tagliati più in profondità di altri, mentre nel secondo metodo tutti i denti degli ingranaggi vengono tagliati alla stessa profondità. Pertanto, quando si imposta un differenziale con un ingranaggio ad anello con profondità dei denti disuguali, devono essere effettuate opportune tolleranze per evitare un gioco eccessivo o insufficiente tra l’anello e il pignone.,
In termini di diagnostica, tuttavia, il contatto del modello è il più valido aiuto sarà necessario perché questo modello è una funzione diretta di come il differenziale in modo da farci considerare l’immagine qui sotto-
fonte dell’Immagine: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
L’immagine qui sopra mostra alcuni esempi di contattare i modelli che si sono più propensi a vedere su rumoroso differenziali, ma per capire come questi tipi di modelli di venire su di te bisogno di capire come il pignone e anelli ingranaggi sono posizionati rispetto all’altro., Diamo un’occhiata a come questo è fatto-
Pignone
Il pignone è supportato da due cuscinetti, i cui pre-carichi sono stabiliti da un distanziatore schiacciabile tra di loro. Quando un differenziale è installato questo distanziatore è schiacciato stringendo il dado del pignone; se il distanziatore è schiacciato troppo, ottenete il gioco eccessivo. Al contrario, se il distanziatore non è schiacciato abbastanza, si ottiene un gioco insufficiente, quindi schiacciando questo distanziatore, è possibile regolare la posizione del pignone rispetto all’ingranaggio dell’anello., Si noti tuttavia che sia il dado del pignone che il distanziale sono rigorosamente monouso; se la regolazione non è corretta al primo tentativo, sia il distanziale che il dado devono essere sostituiti per ogni tentativo successivo.
Anello gear
L’anello gear è di solito un componente separato che bulloni sul anello gear carrier, che è supportato da due cuscinetti – uno su entrambi i lati del anello gear., I precarichi di questi cuscinetti sono stabiliti da spessori e / o distanziatori su entrambi i lati dell’ingranaggio dell’anello, quindi rimuovendo gli spessori su un lato per regolare la posizione dell’ingranaggio dell’anello, gli spessori di uguale spessore devono essere aggiunti all’altro lato per mantenere i precarichi corretti del cuscinetto., Si noti che su alcuni differenziali, la posizione dell’ingranaggio è controllato da grandi con serratura dadi invece che dagli spessori e/o distanziali, il che ci porta al tema del-
l’Interpretazione di contattare i modelli
Mentre lo spazio limitato preclude una trattazione completa di contattare i modelli e i loro effetti, vale la pena ricordare che-
- Contattare i modelli che tendono verso il bordo esterno (Tallone) della corona hanno diversi effetti importanti oltre che causare piagnucolare rumori., Questi includono il fatto che il conseguente gioco eccessivo fa sì che il pignone si muova avanti e indietro lungo l’asse longitudinale dei veicoli durante le condizioni di carico e di coasting alternate. Questo, a sua volta, causa la distruzione dei cuscinetti dell’albero del pignone, che si traduce in gravi vibrazioni simili all’albero di trasmissione perché i cuscinetti distrutti non possono supportare l’albero del pignone., Ci si può anche aspettare che il lubrificante see perda oltre la guarnizione dell’albero del pignone danneggiato
- I modelli di contatto che tendono verso il bordo interno (punta) dei denti dell’ingranaggio dell’anello possono essere il risultato di un offset dell’anello insufficiente (troppo piccolo) o di un pignone impostato troppo profondamente., In entrambi i casi, ci sarà un insufficiente gioco e più probabile che non, inequivocabile, di grave usura sui denti di entrambe le marce – oltre a piagnucolare, la rettifica, o brontolio rumori in tutte le condizioni operative
- Contattare i modelli che tendono verso la parte superiore dei denti della corona indicano che la corona offset rispetto al pignone è eccessivo, il che si traduce in gioco eccessivo e rumori meccanici come piagnucolare durante sia caricato e costeggiando condizioni., Si noti tuttavia che gli offset eccessivi degli ingranaggi dell’anello in genere non producono vibrazioni, il che solleva questa domanda-
Si dovrebbe tentare di riparare?
In pratica, ci sono due principi guida durante le procedure di diagnosi dei guasti e di riparazione / ricostruzione sui differenziali. Il primo è il modello di contatto, e il secondo è un gioco – o la mancanza di un gioco.,
Entrambi questi principi sono direttamente l’uno sull’altro, e mentre è relativamente facile diagnosticare guasti differenziali basati esclusivamente su questi principi, stabilire/ottenere la giusta quantità di gioco, un buon modello di contatto e il precarico di rotazione totale specificato allo stesso tempo è un’altra questione, e ancora di più quando non hai mai costruito un differenziale prima.,
Naturalmente, questo non è lo stesso come dire che non si poteva fare se si è tentato, ma il vostro datore di lavoro sarà quasi certamente non permetterà di imparare a riparare o ricostruire un differenziale su un veicolo di un cliente pagante., Tuttavia, il fatto è che mentre chiunque può imparare a riparare o ricostruire i differenziali, in realtà l’esecuzione di queste procedure, gli standard di settore, richiede la formazione e la pratica (e un sacco di pratica, a quella), che ci lascia con questo-
Conclusione
Se non avete avuto la formazione necessaria, di questo scrittore, vorrei consigliare contro il tentativo di riparare un differenziale come un esperimento per vedere se si poteva fare., Tuttavia, potresti fare la cosa migliore, che è imparare a diagnosticare problemi e problemi relativi al differenziale in modo accurato perché così facendo ti darebbe due vantaggi principali rispetto ai tuoi colleghi.
La prima è che si sarebbe in grado di identificare le vibrazioni e altri driveline problemi di nessun altro in officina, e la seconda è che si sarebbe in grado di fornire ai clienti che stanno avendo problemi con i differenziali sui loro veicoli con la chiara e inequivocabile diagnosi delle cause dei loro problemi, che è forse la cosa più importante per essere in grado di fare.