Differentiellt brus & Vibration: så här diagnostiserar du problemet
varför misslyckas differentialer så ofta?
* Observera att på grund av de grundläggande skillnaderna mellan skillnader i bakaxlar och skillnader som ingår i FWD-överföringar kommer denna artikel endast att fokusera på skillnader som används i bakaxlar på RWD-fordon. Observera dock att många av de problem och deras lösningar som gäller för RWD axlar gäller även för skillnader som används i de främre axlarna av 4WD fordon.
tvärtemot vad många tror, differenser misslyckas inte ofta., Förutsatt att korrekt smörjning alltid är tillgänglig och att differentialen är korrekt och korrekt inställd, överskrider de flesta differentialer de fordon de är monterade på.
det har dock varit denna författares erfarenhet att i avsaknad av tidigare reparationsarbete har utförts på en misslyckad differential, är de flesta, om inte alla vanliga differentialproblem direkt relaterade till skumma monteringsförfaranden under första montering i fabriken., Tänk på detta: välrenommerade källor hävdar att amerikanska tillverkare producerar cirka 12 miljoner differentialer avsedda för användning på 4WD och AWD-fordon varje år. Detta motsvarar 32 876 enheter per dag, 1 370 enheter per timme, eller mer till punkten, 22,83 enheter per minut. Observera att dessa siffror utesluter skillnader som produceras för användning på personbilar eller högdrivna muskelbilar.,
ovanstående statistik kan tyckas irrelevant, men poängen med det är detta; det är helt enkelt omöjligt att ställa in var och en av många miljoner differentialer korrekt hela tiden – även med de mycket raffinerade massproduktionsmetoderna och stränga kvalitetssäkrings-/kontrollkontroller som tillverkarna är stolta över. Således finns det en mycket god chans att en betydande andel av fordon säljs och exporteras till internationella marknader med differentialer som är byggda för att misslyckas: den ökända ”Chevy Shake*” är ett bra fall i punkt.,
* termen ”Chevy Shake” avser svåra vibrationer på många Chevrolet lastbilar och SUV som bara kan botas genom att ersätta differentialen med en korrekt inställd ersättning.
medan vissa läsare kan hitta ovanstående något intressant, faktum är att allt det handlar om både hur och varför skillnader misslyckas på relativt nya och/eller låga körsträcka fordon, vilket väcker denna fråga –
hur differenser misslyckas, exakt?,
även om plötsliga, katastrofala kugghjulsfel är ytterst sällsynta i standardapplikationer som inte missbrukas, innebär de flesta differentialfel att gnälla, slipa eller mullrande ljud antingen vid acceleration när differentialen är laddad, liknande ljud när fordonet är coasting, eller i allvarliga fall, en mullrande eller mumlande buller när fordonet styrs runt böjar och hörn.
Vi har alla hört slitna eller skadade skillnader avger dessa ljud, men det är inte alltid klart vad som orsakar vibrationer som verkar komma från bakaxeln., I vissa fall korrelerar vibrationerna med mekaniska ljud på antingen eller både acceleration och retardation, men erfarna tekniker kommer att hålla med om att standardmekanismerna i många fall inte botar de beständiga vibrationerna. Till förmån för dem som är nya för bilreparationshandeln omfattar ”standardmekanismer” balansering eller byte av bakhjul/däck, ombyggnad, ombalansering eller byte av drivaxel och byte av shacklebuskar och andra upphängningsbussningar/komponenter som ibland inkluderar stötdämpare och bladfjädrar.,
ovanstående punkter täcker mycket mark, och även om det inte alltid är lätt att skilja mellan orsak och effekt när det gäller att diagnostisera differentialproblem kan du ta bort mycket gissningar från ekvationen om du inte har en känna till och förstå några av de grundläggande termer som hänför sig till differential reparation., Nedan följer några –
termer och ord du behöver förstå
Bildkälla: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
bilden ovan visar en typisk differentialring redskap med några viktiga etiketter läggs till. Medan ” häl ”och” tå ” i stor utsträckning är självförklarande, kan de andra två termerna (med mer följande) inte vara tydliga om du inte har haft mycket exponering för differentiell reparation/ombyggnad., Låt oss börja med –
driv sida
detta hänvisar till framsidan (eller sidan) av kugghjulständerna som är i kontakt med tänderna på kugghjulet när differentialen laddas vid acceleration, eller under cruising förhållanden när konstant effektingång krävs för att upprätthålla fordonets drivkraft. Under dessa förhållanden är kugghjulet drivväxeln, och ringväxeln är det drivna växeln.,
Kustsidan
detta hänvisar till sidan (eller ansiktet) av ringväxeltänderna som är i kontakt med kugghjulet när motoreffekten avlägsnas från differentialen, till exempel när fordonet är rostning. Under dessa förhållanden blir ringväxeln drivväxeln, och kugghjulet blir det drivna växeln eftersom differentialen under utrustningsförhållanden laddas av hjulets rotation istället för av motorn via drivaxeln.,
Hypoid kugghjul
i ett hypoid kugghjulståg som kugghjul och ringväxel i en differential, ställs kugghjulen upp på ett sådant sätt att deras centrumlinjer inte skär varandra i rät vinkel. Detta arrangemang gör det möjligt att ha två tänder på kugghjulet och två tänder på ringväxeln i kontakt med varandra, till skillnad från raka kugghjul där endast en tand på varje kugghjul kan vara i kontakt med varandra.
Backlash
detta avser den mängd rotation som kan uppstå på ett redskap i en uppsättning utan att det andra växeln i uppsättningen roteras., Detta avstånd är applikationsspecifik* och är kritiskt viktigt på alla skillnader eftersom otillräcklig backlash orsakar växlarna att binda, medan överdriven backlash orsakar överdriven mekaniskt slitage. Observera att både otillräcklig och överdriven backlash kan orsaka varierande mekaniska ljud.
*Observera att detta avstånd bäst mäts med en rattmätare som är inställd i rät vinkel mot en ringväxeltand.
OBS: Differential backlash är något analogt med ventilklaranser., Medan det finns en betydande clearance mellan en kamlob och en kamföljare eller tappet, hindrar de olika resistanserna och återgående massorna i ett ventiltåg kamföljarna och kamloberna från att smälla in i varandra för att skapa det typiska tappningsbruset som vi alla älskar att hata.,
även om skillnader inte innebär fram-och återgående massor, behåller de inbyggda resistanserna i en korrekt inställd differential en situation där en tand på kugghjulet kommer i kontakt med en tand på ringväxeln vid det exakta ögonblicket att en tand på kugghjulet förlorar kontakt med en tand på ringväxeln. Detta eliminerar mekaniskt brus samtidigt, hålla kugghjulen i kontakt med varandra över största möjliga kontaktområdet om differentialen är korrekt inställd.,
om backlashen emellertid är överdriven, finns det ett kort ögonblick under vilket två kugghjulständer förlorar kontakt med varandra innan kontakt mellan de två följande kugghjulen etableras. Resultatet är att kugghjul tänder slam in i varandra på antingen enheten eller kusten sidorna av ring kugghjulet tänder (beroende på driftsförhållanden) vilket är det som skapar gnällande ljud i differentialer som vi alla älskar att hata.,
Lagerförlastning
detta avser de belastningar som måste appliceras på lager för att förhindra att roterande komponenter som stöds av dessa lager rör sig i någon annan axel än deras rotationsaxlar. Således, om alla lager Pre-laster i en differential är korrekta, alla roterande komponenter i den differentialen kommer a), bara rotera runt sina axlar rotation och b), kommer att vara oförmögen att bana sina axlar rotation eller röra sig i längsgående, radiella eller tvärgående axlar i förhållande till deras rotationsplan.,
Total Turning Preload (TTP)
detta värde är också applikationsspecifikt och avser den mängd kraft (vridmoment) som krävs för att rotera drevet via drevmuttern med en avböjningsstråle eller digital momentnyckel. Denna mätning har stort diagnostiskt värde men för att vara tillförlitlig måste TTP-värden erhållas med driveshaft, hjul och bromsar borttagna från differentialen. Medan TTP värden av ca 1,7 Nm till ca 2.,8 Nm är typiska för de flesta SUV-och 4WD-fordon, det erhållna värdet på vilken differential som helst måste jämföras med tillförlitlig serviceinformation för den specifika applikationen om feldiagnoser ska undvikas.
som en praktisk fråga fastställs TTP av en differential genom en kombination av lagerförlastningar och backlash, med backlash som en funktion av hur väl (eller på annat sätt) växeltåget är upprättat., Därför är N TTP-värde som överstiger ett angivet värde ett tecken på överdriven lagerförbelastning och/eller otillräcklig backlash, medan ett TTP-värde som är lägre än angivet indikerar otillräcklig lagerförbelastning och/eller överdriven backlash.
alla ovanstående termer och deras definitioner bär direkt på hur man diagnostiserar differentialproblem, samt hur man ställer in en differential under reparations – /monteringsprocedurer., Men en mycket viktig term, ”gear contact pattern” har inte diskuterats, så låt oss titta på hur du kan använda denna term i-
diagnostisera differentialproblem
bilden ovan visar ett nästan perfekt kontaktmönster*. I det här exemplet sträcker sig områdena på kuggtänderna där den gula markeringsfärgen har slitits av över både hela längden och det totala djupet på ringväxeltänderna, vilket är det önskade tillståndet**.,
* kontaktmönster erhålls genom att ta bort alla spår av smörjmedel från ringen och kugghjulet med ett lämpligt lösningsmedel innan du smärtar båda sidor av alla kugghjulständer med speciell märkfärg, eller om det inte finns en högkvalitativ sprayfärg. När färgen har torkat, är differentialen lätt lastad för att säkerställa god kontakt mellan kugghjulständerna, men observera att de bästa resultaten erhålls när differentialen roteras genom minst en fullständig varv av ringväxeln via kugghjulet muttern., Observera att om kontaktmönstret på drivsidan av ringväxeltänderna är acceptabelt är det nästan säkert att kontaktmönstret på ringväxelns kustsida också kommer att vara acceptabelt. Det finns dock ingen garanti för detta, så båda kontaktmönstren måste erhållas innan man fördömer en differential eller sätter den i bruk.
** Observera att eftersom ett givet ringväxel kunde ha tillverkats på ett av två sätt är det ibland inte möjligt att uppnå den typ av kontaktmönster som visas ovan., En tillverkningsmetod innebär att man skär varje växeltand separat, medan den andra metoden innebär att man skär flera kugghjulständer samtidigt. I den första metoden händer det ibland att vissa kugghjulständer skärs djupare än andra, medan i den andra metoden skärs alla kugghjulständer till samma djup. Därför måste lämpliga ersättningar göras vid upprättandet av en differential som har ett ringväxel med ojämna tanddjup för att undvika antingen alltför stora eller otillräckliga bakslag mellan ring-och kugghjulen.,
När det gäller diagnostik är dock kontaktmönstret det mest värdefulla hjälp du kommer att ha eftersom det här mönstret är en direkt funktion av hur differentialen ställs in, så låt oss överväga bilden nedan-
Bildkälla: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
ovanstående bild visar några exempel på kontaktmönster som du sannolikt kommer att se på bullriga skillnader, men för att förstå hur dessa typer av kontaktmönster uppstår måste du förstå hur kugghjulet och ringarna är placerade i förhållande till varandra., Låt oss titta på hur detta görs –
Pinion gear
pinion gear stöds av två lager, vars förbelastningar fastställs av en krossbar distans mellan dem. När en differential ställs in krossas denna distans genom att dra åt pinjonmuttern; om distansen krossas för mycket får du överdriven backlash. Omvänt, om distansen inte krossas tillräckligt, får du otillräcklig backlash, så genom att krossa denna distans, kan du justera positionen på kugghjulet i förhållande till ringväxeln., Observera dock att både pinjonmuttern och distansen är strikt engångsbruk; om justeringen inte är rätt på det första försöket måste både distansen och muttern bytas ut för varje efterföljande försök.
ringväxel
ringväxeln är vanligtvis en separat komponent som bultar på ringväxelhållaren, som stöds av två lager – en på vardera sidan av ringväxeln., Förbelastningen av dessa lager fastställs av shims och/eller distanser på vardera sidan av ringväxeln, så genom att ta bort shims på ena sidan för att justera ringväxelns läge måste shims av samma tjocklek läggas till den andra sidan för att bibehålla rätt lagerförlastning., Observera att på vissa differentialer styrs ringväxelns position av stora låsbara muttrar istället för av shims och/eller distanser, vilket leder oss till ämnet-
tolkning av kontaktmönster
medan begränsat utrymme utesluter en omfattande diskussion om kontaktmönster och deras effekter, är det värt att nämna att-
- Kontaktmönster som tenderar till ytterkant (häl) av ringväxeln har flera stora effekter förutom att orsaka gnällljud., Dessa inkluderar det faktum att den resulterande överdrivna backlashen gör att kugghjulet rör sig fram och tillbaka längs fordonens längsgående axel under växlande laddade och utrustningsförhållanden. Detta orsakar i sin tur förstöring av drev axel lager, vilket resulterar i allvarliga driveshaft-liknande vibrationer eftersom de förstörda lagren inte kan stödja drev axeln., Du kan också förvänta dig att se smörjmedlet läcker förbi den skadade pinionaxeltätningen
- Kontaktmönster som tenderar mot insidan (tå) på ringväxeltänderna kan vara resultatet av en ringväxelförskjutning som är otillräcklig (för liten) eller ett kugghjul som är för djupt inställt., I båda situationerna kommer det att finnas en otillräcklig motreaktion och mer sannolikt än inte, otvetydiga tecken på allvarligt mekaniskt slitage på tänderna på båda växlarna – förutom gnäll, slipning eller rubbande ljud under alla driftsförhållanden
- Kontaktmönster som tenderar mot toppen av ringväxeltänderna indikerar att ringväxelns förskjutning i förhållande till kugghjulet är överdriven, vilket resulterar i överdriven motreaktion och mekaniska ljud som t.ex. whining under både lastade och coasting förhållanden., Observera dock att alltför stora ringväxlar inte ger upphov till vibrationer, vilket väcker denna fråga-
ska du försöka reparera?
som en praktisk fråga finns det två vägledande principer under både feldiagnos och reparations – /återuppbyggnadsprocedurer på differentialer. Den första är kontaktmönstret, och den andra är en bakslag – eller bristen på bakslag.,
båda dessa principer bär direkt på varandra, och medan det är relativt lätt att diagnostisera differentialfel baserade enbart på dessa principer, etablera / erhålla rätt mängd bakslag, ett bra kontaktmönster och den angivna totala vändförbelastningen samtidigt är en annan sak helt och hållet, och ännu mer när du aldrig har byggt en differential tidigare.,
naturligtvis är detta inte detsamma som att säga att du inte kunde göra det om du försökte, men din arbetsgivare kommer nästan säkert inte att låta dig lära dig att reparera eller bygga om en differential på en betalande kunds fordon., Ändå är det faktum att medan någon kan lära sig att reparera eller bygga upp differentialer, kräver faktiskt att utföra dessa procedurer till branschstandarder särskild utbildning och övning (och mycket övning), vilket lämnar oss med detta-
slutsats
om du inte har haft den nödvändiga träningen, skulle den här författaren avråda från att försöka reparera en differential som ett experiment bara för att se om du kunde göra det., Du kan dock göra det näst bästa, som lär dig hur man diagnostiserar differentialrelaterade problem och problem exakt eftersom det skulle ge dig två stora fördelar jämfört med dina kollegor.
det första är att du skulle kunna identifiera vibrationer och andra drivlinor som ingen annan i verkstaden kunde, och det andra är att du skulle kunna ge kunder som har problem med differentialerna på sina fordon med tydliga och entydiga diagnoser av orsakerna till deras problem, vilket kanske är det viktigaste att kunna göra.