汽车传动轴的万向节十字轴总成漏油是困扰十字轴品质的主要问题之一，也是传动轴售后的主要问题之一。本文针对某汽车开发过程中传动轴十字轴总成出现漏油的故障进行分析，寻找十字轴总成漏油故障原因。进而提出了十字轴总成漏油的解决方案。

汽车上的万向节传动，主要用于在工作中相对夹角不断变化的两根轴间传递动力。在前置后驱、中置后驱及四轮驱动汽车中，由于汽车行驶时悬架运动，驱动桥主减速器输入轴与变速器（或分动器）输出轴间有相对运动，故需采用万向节连接传动动力。万向节十字轴常用在不同轴线的轴间传递转矩，工作时前后轴作旋转运动，而万向节十字轴总成上的滚针在轴承随轴作旋转运动的同时，在十字轴内部作旋转摆动运动，滚针和十字轴载荷呈交变周期变化。

万向节十字轴总成（见图1）是万向传动轴的关键部件，工作强度较大，所以一旦十字轴总成失效，会立即影响到传动轴及整车的使用性能。漏油是十字轴总成台架及路试验证的主要失效模式之一，同时也是售后的主要问题之一。本文通过对某车型开发过程中的十字轴总成漏油故障进行分析，找出了十字轴总成漏油故障的原因，进而提出了解决措施。

十字轴总成漏油失效案例分析

在某车型开发过程中，试验车辆在进行整车可靠性路试时，发现有部分车辆的传动轴十字轴总成频繁出现漏油现象（见图2、图3）。该车辆采用的十字轴总成是免维护型结构，在十字轴总成使用寿命期内不用再进行油脂加注。一旦漏油，十字轴总成自润滑系统失效，磨损加剧，就会导致传动轴总成失效。

为了查找失效原因，我们转动故障万向节，发现万向节基本能灵活转动、无卡滞和异响。将十字轴总成切割开，发现润滑脂量充足（见图4）。拆开十字轴总成，擦净油脂，检查零件磨损情况，发现滚针表面有磨损印痕（见图5），轴承盖和十字轴颈有滚针印痕，印痕明显，且与圆柱面母线倾斜，装油封的台阶处有烧蚀变色现象（见图6），十字轴轴颈磨损光亮（见图7）。

根据故障现象，初步确定失效机理为滚针的接触应力过大，产生印痕，零件磨损加剧，发热加大，使油脂受热液化，粘度降低，继而泄露出轴承。故需对十字轴设计强度及其生产质量一致性进行校核，下面从设计强度及生产质量一致性两方面进行分析。
1.十字轴设计强度分析

十字轴受力分析如图8所示，十字轴滚针接触应力计算公式如下：

其中一个滚针在合力F作用下，所受的最大载荷计算公式

滚针工作长度按Lb=Lo+0.7d0计算。

式中，d1是十字轴轴颈直径； d0是滚针直径；Fn为一个滚针所受的最大载荷； Lb为滚针工作长度； i是滚针列数；Z是每列中的滚针数；F是各滚针对十字轴轴颈的合力。

通过公式计算得出：滚针接触应力为σj=2605MPa，而允许接触应力为［σj］=3000MPa～3200MPa，说明十字轴滚针强度足够，设计没有问题。

下一步我们需要通过对故障十字轴总成及未使用过的新十字轴总成的子零件（如十字轴、滚针及轴承盖等）的相关尺寸、硬度等技术参数进行检测，并对比设计值进行分析。

2.对零件尺寸及形位公差进行测量

各零件尺寸的测量数据如表1和表2所示，其中故障件的工作部位尺寸受到磨损，其测量值仅供参考，新零件的测量可以反映零件使用前的初始状态。

从表1数据可以看出，该十字轴有磨损，如图9所示，滚针直径小于设计要求的下限值（超差），十字轴轴颈直径小于设计要求的下限值（超差），滚针和十字轴轴颈直径制造不合格，导致滚针在十字轴总成内运动间隙过大，滚针发生倒斜。从表2数据可以看出，该十字轴轴颈表面粗糙度过大，制造不合格，会导致相邻零件之间磨损加剧。

3.对零件的硬度进行检测

零部件硬度的检测数据如表3所示，从检测数据可以发现，轴承盖的硬度低于设计要求。相对运动且接触的零件，其硬度最好相同，而滚针因直径较小，在高接触应力下容易磨损折断，可适当提高其硬度。

对十字轴总成而言，因轴承盖硬度最低，最先受到力被压出凹痕，产生凹痕后滚针运动空间变大，滚针倒斜角度也进一步变大，滚针与十字轴、轴承盖的接触应力进一步变大，使压痕变深，磨损加剧，同时产生卡滞。

4.十字轴总成制造过程分析

整车跑完路试后拆解，可以看出十字轴总成内仍然存有足够的润滑脂。而在此之前，该十字轴总成已经漏出部分油脂。由此可以得出十字轴内润滑脂加注过多。

考察制造现场发现：十字轴内的润滑脂全部是手动加注，而手动加注存在加注量难以控制的问题。由于十字轴是免维护结构，为了避免因油脂加注过少而使磨损更厉害，实际生产通常是接近加满为止，以至于部分油脂在装配过程中溢出十字轴总成。

5.油封设计分析

十字轴轴颈油封为烧蚀变成褐色，说明油封密封处唇口太厚太硬，没有弹性。同时密封唇口过盈量太大，在0.7mm以上。运动过程中，油封压紧在轴颈处，干摩擦生热变色，由此导致油封过早老化。

6.十字轴漏油分析结论

通过以上检测和分析，可以得出十字轴漏油是由于制造精度和油封设计问题一同引起。十字轴轴颈直径、滚针直径制造不合格（偏小），导致滚针在轴颈与轴承盖形成的空间内的运动间隙过大，发生倒斜，滚针与十字轴、轴承盖由线接触变成点接触，应力大幅增加；十字轴轴颈表面粗糙度不合格（超差），十字轴工作时，轴颈磨光后，滚针运动间隙进一步变大；相配合的轴承盖、轴颈要求硬度一致最好，滚针可稍高一点；而轴承盖硬度过低（不合格），导致相对运动时，轴承盖首先受磨损，继而滚针运动空间进一步变大，倒斜加大。

滚针本来是与轴承盖和轴颈线接触，发生倒斜后，滚针两端与轴承盖近似点接触，滚针中段与轴颈也近似点接触，这样接触应力变大，各部件加剧磨损。滚针的运动空间越来越大，运动时产生冲击发热，发热使润滑脂变稀（液化），渗出油封，被甩出十字轴总成；润滑脂加注量过多；油封密封唇口设计不合理。

7.整改措施及效果

控制零件各尺寸、硬度的加工，同时采用定量加注机按十字轴轴承内空间的60%～80%进行定量加注润滑脂，并改进油封设计（选择合理的过盈配合且留有一定弹性，选用耐高温耐老化的材料），将改进后的十字轴总成搭载整车路试，最终路试效果很好，说明整改措施有效。

结语

通过以上案例分析，可以总结：十字轴总成漏油的解决方法：首先，分析十字轴及滚针的强度是否足够，当接触应力过大时，零件磨损会加剧，进而发热稀释油脂，漏油风险变大；接触应力超出零件屈服应力时会产生压痕，十字轴总成会发卡，内部磨损急剧恶化，最终会导致滚针折断。

其次应控制好十字轴、滚针、轴承盖的尺寸、表面粗糙度及硬度等关键参数，严格控制零件加工尺寸。当滚针在十字轴及轴承盖形成的空间内运动间隙过大则可能造成滚针窜动，加剧磨损。相配合的十字轴、滚针和轴承盖的表面粗糙度也应严格控制，过大也将产生磨损，三者的硬度不宜相差过大。

十字轴的油封唇口设计应该过盈配合且留有一定弹性，油封材料应选用耐高温、耐老化的材料。

最后，安装十字轴的轴叉设计也需注意，在轴叉与轴管焊接后，轴叉上安装十字轴的两个耳孔的变形量需严格控制。否则会影响到两个耳孔的同轴度，继而使十字轴的滚针轴承与十字轴不同轴度加大，油封在圆周上受力不均，一边受到挤压，而另一边则被放松，减小了油封的最小密封量，增加了漏油风险。