2024年3月16日发(作者：守俊语)
人文社会科学学刊 ２０１１年３月
然
汽车变速箱的故障分析
孙宝林 于淳：
（１．长春华硕系统工程有限公司，２．装甲兵技术学院，吉林长春 １３ｏｏｏｏ）
摘要：变速箱是机械设备的重要组成部分，是影响其性能的关键部件。本文分析了变速箱中齿轮、轴承
和轴等主要零部件的失效形式，并对故障诊断方法进行了简要的介绍，以减少故障产生，提高使用效率。
关键词：变速箱；齿轮；轴承；轴
中图分类号：Ｕ４６ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—０４０７．２０１１．０３．０１０
收稿日期：２０１１—０３—１２ 文章编号：１６７２—０４０７（２０１１）０３—０３１—０２
变速箱是机器的重要组成部分。具有传递运动、
扭矩和实现变扭变速的功能，是各种车辆的重要部
件。汽车变速箱是汽车的主要传动部件，担负着将动
力从发动机传递到车轮的重要任务。但是由于机器的
蚀，也会使齿轮失效。
１．２轴承的失效
轴承最常见的失效形式是轴承滚道的疲劳剥落，
剥落根据最初发生的部位可分为表面起源的疲劳剥
落和表面下起源的疲劳剥落。
（１）轴承磨损失效。由于超负荷工作或润滑不良
特殊运行条件和运行环境，使得变速箱中的齿轮、轴
承、轴等主要零部件常发生故障。因而对变速箱的常
见故障进行分析具有重要的意义。
１。变速箱的主要失效形式
１．１齿轮的失效
齿轮发生故障的比例很高，有齿轮装置的传动机
械中８０％的故障与齿轮的故障有关，在旋转机械中齿
轮的失效占其故障的１０％左右。变速箱齿轮的失效类
型主要是齿面破坏和齿断裂。
（１）齿面机械磨损。当外部环境因素影响比较大，
污物、金属屑末、尘埃和砂粒等进入齿的工作表面时
就会引起齿面的机械磨损。它使齿廓形状不准，从而
产生或加大振动冲击，最终可导致齿的折断。此外，齿
面的机械磨损还与润滑不良有关，当操作不当产生冲
击时，还会加速齿面的磨损。
（２）齿面的剥落。齿面如发生相对滑动，在润滑不
良、大载荷条件下会使工作面的温度过高，从而引起
齿面金属熔融黏着并产生剥落。
（３）齿的断裂。断裂分疲劳断裂和过载断裂两种
造成轴承滚道、滚动体、保持架、内孔和轴颈的非正常
磨损、轴承精度超差，引起振动。
（２）轴承疲劳失效。轴承的强迫安装和润滑不良，
会使滚动体及滚道表面在交变载荷作用下加速疲劳
剥落，进而造成轴承失效。
（３）轴承腐蚀失效。由于没有及时更换失效或变
质的润滑油，而造成轴承表面的化学腐蚀，表现为表
面产生锈蚀。
（４）轴承碎裂。由于长时间、高转速、大载荷运行，
以及润滑不良引起轴承高温抱轴，若继续运转，将导
致轴承的碎裂。
（５）轴承粘着磨损。由于轴承内缺乏润滑油，轴承
运转生成的热量不能及时散发。造成两金属表面粘连
剥落。
１．３轴的失效
轴的失效形式主要是因疲劳强度不足而产生的
疲劳断裂；或是因静强度不足而产生的塑性变形或脆
情况，工作中齿根截面受弯矩最大，且根部有较大的
应力集中，是危险断面，当负荷超过一定值或者在循
性断裂、磨损、超过允许范围内的变形和振动等等。
环载荷的作用下，齿根部会产生裂纹、断裂。
（４）齿轮润滑不良引起的失效。由于齿轮的润滑
不良，从而导致散热能力不足，或者长时间超载运转
引起齿轮温升超标，都会使齿面变色、退火软化，造成
齿轮失效。另外，由于所用润滑油失效或其他腐蚀性
杂质进入齿面会造成齿面的化学腐蚀，出现锈斑、点
（１）弯曲变形。当轴受力过大、装配不当、存在内
应力时均可引发塑性弯曲变形，引起振动及故障。当
变形量超差时报废。
（２）疲劳断裂。在交变载荷的作用下，在轴的应力
集中部位会出现疲劳裂纹及断裂。
（３）扭转变形。转轴在传递动力时产生弹性扭转
变形，一般不影响轴的正常工作。但当动力或负荷扭
一
３１—
．？ 艉 ２０１１年３月
矩变化时，就会引起转轴的扭转振动。当扭矩超限时
人文社会科学学刊
为采集信号。因为变速箱的金属零件在磨损、变形、破
可使轴产生扭转永久变形。
裂过程中会产生弹性波，分析弹性波的频率变化，就
２．变速箱的故障诊断技术 可以判别变速箱的运行状态。但是，此方法只能诊断
随着检测传感技术、自动控制技术等的发展，对 些明显的故障，对复杂的、不明显的故障就不容易
变速箱实施故障诊断显得尤为重要。自２０世纪８０年
诊断出来了。
代初，我国开展故障诊断技术的研究工作以来，从理
（５）光纤传感法。光纤传感法是利用光导纤维式
论研究到实际应用都取得了巨大的成就。变速箱的故
位移传感器直接从轴承内圈和外圈的表面提取信息，
障诊断作为旋转机械故障诊断的一部分，在诊断技术 来判别变速箱的运行状态。这种方法提取的信息可
的研究和应用等方面也取得了较大的进展。 靠、稳定、准确，但是由于传感器的价格较贵，因此在
一
变速箱的故障会引起机器振动，产生噪声，从而 实际应用中很少采用。
导致机器故障。根据检测的手段不同，目前汽车变速 （６）磨损残余分析法。磨损残余分析法是对变速
箱故障诊断技术主要有以下几种： 箱润滑油中的磨损残余物进行分析，根据变速箱运行
（１）振动检测法。振动检测法是以变速箱的振动
过程中磨损残余物含量的变化，来判断变速箱的运行
信号作为信息源，在变速箱运行过程中，通过实时检
状态。主要包括光谱分析、铁谱分析和＼）【射线分析等。
测变速箱振动参数的变化特征来判别变速箱的运行 这种方法判断准确，但是分析仪器较贵，在实际应用
状态。这种诊断方法的应用比较普遍。
中也很少采用。
（２）噪声检测法。噪声检测法是采集变速箱运行
３．小结
中的噪声信号作为信息源，在变速箱运行过程中，通 本文概括了汽车变速箱常见的几种失效形式以
过噪声参数的变化特征来判别变速箱的运行状态。这 及故障诊断的方法，为减少汽车变速箱的故障发生
种方法原理虽然简单，但是由于噪声信号容易受外界
率，提高变速箱工作效率奠定了基础。
环境因素干扰，因此，信号的采集不如采集振动信号
参考文献
准确。
［１］王平林变速箱故障浅析［０］．中国设备工程２００４．６
（３）温度检测法。温度检测法是以变速箱的工作
［２］王大力宋丽 汽车变速箱轴承的长寿命技术叫］．轴
温度作为采集信号，在变速箱运行过程中，通过对温
承．１９９８（５）
［３］Ｌｉｎｃｌｅ Ｗ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｒｉｖｅｒ
度信号的监测来判别变速箱的运行状态。温度检测方
Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｈａｎｄｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＳＡＥ ７３０４８９：３０—３３．
法的原理比较简单，容易实现，但是只适用于对～些
［４］尹安东车辆变速箱故障诊断的发展现状与展望．农
较明显的故障进行诊断。
机化研究，２００５（５）
（４）声发射检测法。声发射检测法是以弹性波作
（上接第８页）对《易经》“生生”之道的又一种言说，本质
参考文献
为一。故儒道本然会通，非强求其会通。
［１］［２］邓洪波．中国书院史［Ｈ］．上海：东方出版中心，２００４
由此可见，长白ＩＪＪ书院立教之本只在于人之生
年版，１Ｏ一１ １页．４２页。
命，其“内道外儒”乃生命本真面相，只因“道术为天下
［３］［４］陈元珲等．中国古代的书院制度［Ｍ］．上海教育出版
裂”而出现后世“儒道相黜”之误读。故长白山书院之
社，１９８１年版，１４页，６３页。
［５］蒋庆．王道政治是儒家的治国之道——蒋庆先生再谈
道统担当是“正本清源”之道统，具有对治当下社会病
王道政治三重合法性问题［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：Ｉ／ｖ￣ｗ．ｃｏｎｆｕｃｉｕｓ２０００．
痛之思想资源，亦为当下现代性生存境遇所必须，故
ｃｏｍ／ａｄｍｉｎ／ｌｉｓｔ．ａｓｐ？ｉｄ＝ｌ ３８１
具当下风化社会之功能。故长白山书院开传统书院之
［６］鞠曦．新传统主义与中西文化［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／￣．
学统，每年夏季举行研修会讲，“学以聚之，问以辩之，
ｃＯｎｆｕｃ１ｕｓ２０ＯＯ．ｃｏｍ／ａｄｍｉｎ／ｌｉｓｔ．ａｓｐｉｄ＝３５２９
宽以居之，仁以行之”（《乾文言》），全国各地学子不惧
［７］蒋庆．复兴儒学的两大传统——“政治儒学”与“心性
遥远，共登山门而求学问道，为当代书院向传统书院
儒学”的重建［ＤＢ／０Ｌ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｏｎｆｕｃｉｕｓ２０００．ｃｏｍ／ａｄｍｉｎ／ｌｉｓｔ．
ａｓｐ？ｉｄ＝３８０１
之复归树立了一典范。
［８］鞠曦．哲学、哲学问题－ｂ中西哲学［ＤＢ／０Ｌ］．ｈｔｔｐ：Ｉ／￣．
ｃｏｎｆｕｃｉｕｓ２０００．ｃｏｍ／ａｄｍｉ ｉｓｔ．ａｓｐｉｄ＝２５３１
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人文社会科学学刊 ２０１１年３月
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汽车变速箱的故障分析
孙宝林 于淳：
（１．长春华硕系统工程有限公司，２．装甲兵技术学院，吉林长春 １３ｏｏｏｏ）
摘要：变速箱是机械设备的重要组成部分，是影响其性能的关键部件。本文分析了变速箱中齿轮、轴承
和轴等主要零部件的失效形式，并对故障诊断方法进行了简要的介绍，以减少故障产生，提高使用效率。
关键词：变速箱；齿轮；轴承；轴
中图分类号：Ｕ４６ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—０４０７．２０１１．０３．０１０
收稿日期：２０１１—０３—１２ 文章编号：１６７２—０４０７（２０１１）０３—０３１—０２
变速箱是机器的重要组成部分。具有传递运动、
扭矩和实现变扭变速的功能，是各种车辆的重要部
件。汽车变速箱是汽车的主要传动部件，担负着将动
力从发动机传递到车轮的重要任务。但是由于机器的
蚀，也会使齿轮失效。
１．２轴承的失效
轴承最常见的失效形式是轴承滚道的疲劳剥落，
剥落根据最初发生的部位可分为表面起源的疲劳剥
落和表面下起源的疲劳剥落。
（１）轴承磨损失效。由于超负荷工作或润滑不良
特殊运行条件和运行环境，使得变速箱中的齿轮、轴
承、轴等主要零部件常发生故障。因而对变速箱的常
见故障进行分析具有重要的意义。
１。变速箱的主要失效形式
１．１齿轮的失效
齿轮发生故障的比例很高，有齿轮装置的传动机
械中８０％的故障与齿轮的故障有关，在旋转机械中齿
轮的失效占其故障的１０％左右。变速箱齿轮的失效类
型主要是齿面破坏和齿断裂。
（１）齿面机械磨损。当外部环境因素影响比较大，
污物、金属屑末、尘埃和砂粒等进入齿的工作表面时
就会引起齿面的机械磨损。它使齿廓形状不准，从而
产生或加大振动冲击，最终可导致齿的折断。此外，齿
面的机械磨损还与润滑不良有关，当操作不当产生冲
击时，还会加速齿面的磨损。
（２）齿面的剥落。齿面如发生相对滑动，在润滑不
良、大载荷条件下会使工作面的温度过高，从而引起
齿面金属熔融黏着并产生剥落。
（３）齿的断裂。断裂分疲劳断裂和过载断裂两种
造成轴承滚道、滚动体、保持架、内孔和轴颈的非正常
磨损、轴承精度超差，引起振动。
（２）轴承疲劳失效。轴承的强迫安装和润滑不良，
会使滚动体及滚道表面在交变载荷作用下加速疲劳
剥落，进而造成轴承失效。
（３）轴承腐蚀失效。由于没有及时更换失效或变
质的润滑油，而造成轴承表面的化学腐蚀，表现为表
面产生锈蚀。
（４）轴承碎裂。由于长时间、高转速、大载荷运行，
以及润滑不良引起轴承高温抱轴，若继续运转，将导
致轴承的碎裂。
（５）轴承粘着磨损。由于轴承内缺乏润滑油，轴承
运转生成的热量不能及时散发。造成两金属表面粘连
剥落。
１．３轴的失效
轴的失效形式主要是因疲劳强度不足而产生的
疲劳断裂；或是因静强度不足而产生的塑性变形或脆
情况，工作中齿根截面受弯矩最大，且根部有较大的
应力集中，是危险断面，当负荷超过一定值或者在循
性断裂、磨损、超过允许范围内的变形和振动等等。
环载荷的作用下，齿根部会产生裂纹、断裂。
（４）齿轮润滑不良引起的失效。由于齿轮的润滑
不良，从而导致散热能力不足，或者长时间超载运转
引起齿轮温升超标，都会使齿面变色、退火软化，造成
齿轮失效。另外，由于所用润滑油失效或其他腐蚀性
杂质进入齿面会造成齿面的化学腐蚀，出现锈斑、点
（１）弯曲变形。当轴受力过大、装配不当、存在内
应力时均可引发塑性弯曲变形，引起振动及故障。当
变形量超差时报废。
（２）疲劳断裂。在交变载荷的作用下，在轴的应力
集中部位会出现疲劳裂纹及断裂。
（３）扭转变形。转轴在传递动力时产生弹性扭转
变形，一般不影响轴的正常工作。但当动力或负荷扭
一
３１—
．？ 艉 ２０１１年３月
矩变化时，就会引起转轴的扭转振动。当扭矩超限时
人文社会科学学刊
为采集信号。因为变速箱的金属零件在磨损、变形、破
可使轴产生扭转永久变形。
裂过程中会产生弹性波，分析弹性波的频率变化，就
２．变速箱的故障诊断技术 可以判别变速箱的运行状态。但是，此方法只能诊断
随着检测传感技术、自动控制技术等的发展，对 些明显的故障，对复杂的、不明显的故障就不容易
变速箱实施故障诊断显得尤为重要。自２０世纪８０年
诊断出来了。
代初，我国开展故障诊断技术的研究工作以来，从理
（５）光纤传感法。光纤传感法是利用光导纤维式
论研究到实际应用都取得了巨大的成就。变速箱的故
位移传感器直接从轴承内圈和外圈的表面提取信息，
障诊断作为旋转机械故障诊断的一部分，在诊断技术 来判别变速箱的运行状态。这种方法提取的信息可
的研究和应用等方面也取得了较大的进展。 靠、稳定、准确，但是由于传感器的价格较贵，因此在
一
变速箱的故障会引起机器振动，产生噪声，从而 实际应用中很少采用。
导致机器故障。根据检测的手段不同，目前汽车变速 （６）磨损残余分析法。磨损残余分析法是对变速
箱故障诊断技术主要有以下几种： 箱润滑油中的磨损残余物进行分析，根据变速箱运行
（１）振动检测法。振动检测法是以变速箱的振动
过程中磨损残余物含量的变化，来判断变速箱的运行
信号作为信息源，在变速箱运行过程中，通过实时检
状态。主要包括光谱分析、铁谱分析和＼）【射线分析等。
测变速箱振动参数的变化特征来判别变速箱的运行 这种方法判断准确，但是分析仪器较贵，在实际应用
状态。这种诊断方法的应用比较普遍。
中也很少采用。
（２）噪声检测法。噪声检测法是采集变速箱运行
３．小结
中的噪声信号作为信息源，在变速箱运行过程中，通 本文概括了汽车变速箱常见的几种失效形式以
过噪声参数的变化特征来判别变速箱的运行状态。这 及故障诊断的方法，为减少汽车变速箱的故障发生
种方法原理虽然简单，但是由于噪声信号容易受外界
率，提高变速箱工作效率奠定了基础。
环境因素干扰，因此，信号的采集不如采集振动信号
参考文献
准确。
［１］王平林变速箱故障浅析［０］．中国设备工程２００４．６
（３）温度检测法。温度检测法是以变速箱的工作
［２］王大力宋丽 汽车变速箱轴承的长寿命技术叫］．轴
温度作为采集信号，在变速箱运行过程中，通过对温
承．１９９８（５）
［３］Ｌｉｎｃｌｅ Ｗ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｒｉｖｅｒ
度信号的监测来判别变速箱的运行状态。温度检测方
Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｈａｎｄｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＳＡＥ ７３０４８９：３０—３３．
法的原理比较简单，容易实现，但是只适用于对～些
［４］尹安东车辆变速箱故障诊断的发展现状与展望．农
较明显的故障进行诊断。
机化研究，２００５（５）
（４）声发射检测法。声发射检测法是以弹性波作
（上接第８页）对《易经》“生生”之道的又一种言说，本质
参考文献
为一。故儒道本然会通，非强求其会通。
［１］［２］邓洪波．中国书院史［Ｈ］．上海：东方出版中心，２００４
由此可见，长白ＩＪＪ书院立教之本只在于人之生
年版，１Ｏ一１ １页．４２页。
命，其“内道外儒”乃生命本真面相，只因“道术为天下
［３］［４］陈元珲等．中国古代的书院制度［Ｍ］．上海教育出版
裂”而出现后世“儒道相黜”之误读。故长白山书院之
社，１９８１年版，１４页，６３页。
［５］蒋庆．王道政治是儒家的治国之道——蒋庆先生再谈
道统担当是“正本清源”之道统，具有对治当下社会病
王道政治三重合法性问题［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：Ｉ／ｖ￣ｗ．ｃｏｎｆｕｃｉｕｓ２０００．
痛之思想资源，亦为当下现代性生存境遇所必须，故
ｃｏｍ／ａｄｍｉｎ／ｌｉｓｔ．ａｓｐ？ｉｄ＝ｌ ３８１
具当下风化社会之功能。故长白山书院开传统书院之
［６］鞠曦．新传统主义与中西文化［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／￣．
学统，每年夏季举行研修会讲，“学以聚之，问以辩之，
ｃＯｎｆｕｃ１ｕｓ２０ＯＯ．ｃｏｍ／ａｄｍｉｎ／ｌｉｓｔ．ａｓｐｉｄ＝３５２９
宽以居之，仁以行之”（《乾文言》），全国各地学子不惧
［７］蒋庆．复兴儒学的两大传统——“政治儒学”与“心性
遥远，共登山门而求学问道，为当代书院向传统书院
儒学”的重建［ＤＢ／０Ｌ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｏｎｆｕｃｉｕｓ２０００．ｃｏｍ／ａｄｍｉｎ／ｌｉｓｔ．
ａｓｐ？ｉｄ＝３８０１
之复归树立了一典范。
［８］鞠曦．哲学、哲学问题－ｂ中西哲学［ＤＢ／０Ｌ］．ｈｔｔｐ：Ｉ／￣．
ｃｏｎｆｕｃｉｕｓ２０００．ｃｏｍ／ａｄｍｉ ｉｓｔ．ａｓｐｉｄ＝２５３１
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