汽车转弯时，车轮是以弧线运动的，所以外轮的转速一定要高于内轮，有一定的速度差，会对驱动轮造成相互干扰，这就需要差速器。
现在，差速器安装在汽车的驱动桥上。
布置在前驱动桥(前驱动汽车)和后驱动桥(后驱动汽车)上的差速器可以分别称为前差速器和后差速器。如果安装在四驱汽车的中间传动轴上，以调节前后轮的转速，则称为中央差速器。
具体工作原理就不详细描述了。值得注意的是，乘用车前轮驱动的差速器与商用车后轮轴的差速器完全相同。不同的是，乘用车采用两个行星齿轮和一个行星轴，卡车采用四个行星十字轴。
一般来说，差速器的故障很少，尤其是乘用车的故障。故障多见于货车，多因超载导致强度不足。
半轴齿轮是差速器的核心部件，具有重合度大、传动稳定性好、承载能力大的特点。
由于设计、制造和过载等原因，半轴齿可能出现接触疲劳、磨损、胶合、断齿等故障。当这些故障发生时，差速器就会失效，汽车无法正常行驶，甚至会发生安全事故。
半轴齿轮制造技术；
(1)锻造:下料→磨外圆→车锥度→加热→温锻
(2)预处理:正火→抛丸→磷化/皂化→冷校。
(3)粗加工:钻孔→粗车背锥→修边→精车背锥→精车内孔端面倒角。
(4)拉花键。
(5)热处理:渗碳淬火→抛丸。
(6)精加工:精加工轴颈平面。
(7)成品:产品最终检验→清洗上油→包装。
侧齿轮一般采用20CrMnTiH GB/T 5216—2004，是一种性能良好、淬透性高的渗碳钢。渗碳淬火后具有坚硬耐磨的表面和坚韧的心部，低温冲击韧性高，焊接性适中，正火后具有良好的切削加工性。
20CrMnMoH可以作为一种较好的材料，其淬透性优于上述材料。
但在一些军用等特殊场合，重载十字轴由于交变载荷的作用弯曲强度不足，受空的限制无法在尺寸上加强，所以可以选用含Ni的材料，其淬透性更强。在表面硬化的同时，材料的核心仍保持良好的韧性。值得注意的是，Ni材料的热处理要求更高。
20CrMnTiH化学成分:
丙:0.17-0.23
Si: 0.17-0.37
锰:0.80-1.15
s:允许残留含量≤0.035
p:允许残留含量≤0.035
Cr: 1.00 ~ 1.35
镍:允许残留含量≤0.030
铜Cu:允许残留含量≤0.030
钛:0.04-0.10
1.半轴齿轮的失效模式分析及改进方法。
用户反馈显示部分档位出现故障，典型故障档位如下图所示。
可以判断失效形式为断齿失效，这是齿轮最严重的失效形式。出现故障后，差速器无法实现差速，容易造成事故和人身伤害。
(1)金相分析
对失效齿轮的热处理效果进行了测试，数据表明齿轮的热处理符合产品的技术要求。
为准确判断断齿原因，对端口进行了金相观察，断口未发现疲劳损伤。
齿轮断口没有宏观塑性变形，辐射区占断口的很大一部分。微观上，断口主要为沿解理面的穿晶断裂，断口形貌为准解理撕裂。
说明齿轮没有疲劳断裂特征，是一次性断裂。断齿不是因为疲劳强度不足，也没有初始裂纹，齿面没有折叠。因此可以判断断齿是过载造成的，即断齿是齿轮强度不足造成的。
(2)故障再现实验和强度校核
经计算，驱动桥总成的静扭储备系数为2.21，符合QC/T 534—1999。
扭转的静态结果是半轴齿轮坏了，而不是半轴。
根据驱动桥的设计原理，驱动桥传动系统的薄弱环节应该是半轴。
测试结果表明，侧齿轮损坏时的输入扭矩为1670Nm。
此时差速器壳的扭矩为1670× 38/9 = 7051.11Nm
半轴齿轮承受的扭矩为7051.11/2=3525.56牛·米。
根据设计经验，差速器的扭矩分配系数为0.6。
侧齿轮实际能承受的最大扭矩为754×38/9×0.6=1910.33 Nm。
则侧齿轮的备用系数为3 525.56/1910.33=1.85。
根据QC/T 29108—1993，汽车驱动桥差速器行星齿轮和半轴齿轮的强度储备系数应≥2.5。
因此可以得出结论，侧齿轮强度不足的根本原因在于设计强度不足。
(3)结构改进和有限元分析。
根据驱动桥的设计原理，最薄弱的部分是半轴。根据与该齿轮匹配的半轴的最大扭矩储备系数，修正半轴齿轮的储备系数至少应大于2.63。
为了保证齿轮强度储备系数有一定的富余，设计优化时半轴齿轮的强度储备系数为K=3。
半轴齿轮有限元分析表明，承受最大扭矩时，最大应力< < 980MPa。
利用ANSYS对侧齿轮进行应力分析，有限元分析得到的应力集中点与故障部位的失效点相同。
通过模拟啮合区位置和红丹粉检测，应力集中点和啮合区在同一区域，导致齿轮承载能力差。
为了提高齿轮的强度，对齿轮结构进行了改进，如下图所示，在轮齿的上下两端增加了加强筋结构:
应力集中在大端齿的顶部和小端平面与面锥的相交处。
当小端钢筋直径较小时，小端平面与面锥相交处的应力点(故障部位的破坏点)消失，只存在大端齿顶处的应力点。
此时侧齿轮的扭矩值为7162n·m(根据设计优化设定的目标加载的扭矩)，此时最大应力点的应力值为592.9MPa，小于980MPa，有一定的强度裕度。
(4)改进齿轮效果的验证。
改进后的齿轮经用户使用后，在使用期内没有出现断齿失效现象，产品符合用户要求。
(5)经验
◆采用有限元分析验证齿轮设计，建立仿真模型，设置变量，通过有限元分析传递模型。分析结果与实验结果基本一致。当用于开发新产品时，强度理论分析可以有效地保证半轴齿轮的设计强度，避免差速器失效，缩短开发时间，减少试制和试验的浪费，提高首次开发的成功率。
◆在确认设计强度不足时，首先考虑局部加强的方法，尽量避免增加模块尺寸带来的更大的设计变更。
2.差速器常见故障模式及原因分析
当车轮直线行驶时，差速器齿轮的磨损率较低。
而脏的润滑油会加速齿面、齿轮推力面、内孔的磨损，加速止推垫圈、壳体推力面、内孔的磨损。
修理时间隙调整不当，会造成半轴齿轮和行星齿轮在传动时沿轴线方向向后移动，造成齿轮啮合间隙过大，导致啮合不正常。
如果齿轮长期啮合间隙过大，必然会形成齿面台阶和畸形，加速差速器齿轮本身的磨损，导致十字轴和差速器壳的一系列损坏。
差速器齿轮异常磨损后，工作时行星齿轮前后移动并左右摆动，工作时半轴齿轮也前后移动并左右摆动。当行星齿轮沿半轴齿轮异常传动时，十字轴因受力不均而损坏，止推垫圈和壳体内孔也加速磨损。
当差速齿轮不转动时，即车辆直线行驶时，在传递力发生变化的情况下，齿轮与齿轮相互碰撞，导致十字轴、止推垫圈和差速器壳损坏加剧。
可见，差速器齿轮过度磨损后，无论差速器齿轮工作与否，其影响都是非常大的。
行星齿轮、十字轴断裂或十字轴断裂，往往首先导致齿轮过度磨损，然后十字轴损坏或断裂，使整个差速器完全失效。
3.差动故障的简易检测方法
在检查差速器行星齿轮和半轴齿轮之间的啮合间隙之前，应将半轴齿轮及其止推垫圈，以及十字轴、行星齿轮及其止推垫圈放入一侧的半壳中，并用夹具夹紧十字轴和半壳。
然后将行星齿轮通过止推垫圈贴在半壳上，百分表触点靠近行星齿轮大端的齿面。然后，将另外两个彼此靠近的行星齿轮在不同的旋转方向上夹紧，以防止侧齿轮旋转。
此时，轻轻来回转动行星齿轮，测量齿轮与侧齿轮的啮合间隙。但测量时，要测两个或四个点，取平均值。一般这个间隙应该在0.20 ~ 0.50 mm的范围内。
检查完一侧后，用同样的方法检查另一侧。
检查时，如果四个行星齿轮与一个半轴齿轮的啮合间隙相近，但都不符合要求，可以通过更换不同厚度的半轴齿轮止推垫圈来调整。
止推垫圈厚度的变化对每个行星齿轮和另一侧半轴齿轮之间的啮合间隙没有影响。
如果只是某个行星齿轮与半轴齿轮的啮合间隙不符合要求，可以通过更换行星齿轮不同厚度的止推垫圈来调整。
但止推垫圈厚度的变化会影响行星齿轮与另一侧半轴齿轮的啮合间隙。所以调整时一定要注意这种情况。
另外，还需要注意的是，有些车并没有采用上述方法检查行星齿轮和半轴齿轮的啮合间隙。取而代之的是，当差速器的装配工作基本完成，差速器壳的固定螺栓拧紧至半拧紧状态时，从差速器壳的窗口插入测厚仪，测量后半轴齿轮与差速器壳之间的间隙，以确定行星齿轮与半轴齿轮之间的啮合间隙是否正常。
这个间隙应该是0.23 ~ 0.32 mm，如果不在这个范围内，就要用不同厚度的止推垫圈进行调整。
调节垫圈有多种不同厚度，可根据实际需要检查后选择。
