汽車車橋的失效機理與可靠性分析

姚成林+孫博

摘 要：在汽車行業，可靠性已經成為人們評價一款產品、甚至一個品牌及企業的重要技術指標之一。本文通過分析汽車車橋的失效機理，延伸分析汽車車橋結構的可靠性，希望能夠為汽車可靠性的研究提供有益借鑒。

關鍵詞：汽車車橋；失效機理；可靠性

1前言

隨著科技的不斷進步以及消費者消費心態的成熟，可靠性成為產品設計過程中一個備受關注的因素。具有較高的產品可靠性，可以有效的提高品牌溢價能。在汽車企業中，管理者已經充分認識到產品可靠性對企業發展的重要作用。設計者已經將汽車的可靠性視為衡量汽車質量的核心指標。從汽車的結構上看，車橋是汽車的關鍵部件，整車的安全性極大地依賴于車橋的強度。本文將從車橋的失效機理切入，通過對失效的分析提出可靠性提高的方向。

2汽車車橋的失效機理

2.1汽車車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相連接，其兩端安裝車輪。車橋的作用是承受汽車的載荷，維持汽車在道路上的正常行駛。大多數汽車采用前置后驅動，前橋作為轉向橋，后橋作為驅動橋；而前置前驅汽車則前橋成為轉向驅動橋，后橋充當支持橋。

2.2什么是失效？產品在規定的條件下，在規定的時間內，不能完成規定功能的現象稱為失效，也叫故障。

2.3汽車車橋的常見失效形式

2.3.1異響

現象及原因：

①汽車行駛中有“哽哽”或“嗯嗯”的響聲，還帶有金屬摩擦聲，車速加快響聲增大，脫擋滑行時響聲明顯減弱或消失，這是減速器齒輪齒面損傷，一般是齒輪接觸印痕位置不對，偏高或偏低導致；

②汽車后橋的齒側間隙不當的響聲。主減速器各軸承預緊度正常情況下，在汽車起步短時間內或換擋時，后橋處出現金屬撞擊聲，當車速穩定后撞擊聲變為連續的噪聲，當油門急劇變化的瞬間，后橋出現無節奏的“喀啦”、“喀啦”響聲，這一般是齒側間隙過大；若汽車低速行駛有“嗷嗷”的響聲，類似消防車的警笛聲，在加速或減速時有“咝咝”的響聲，并伴有后橋發熱現象，這一般是齒側間隙過小。

③汽車后橋齒側間隙不均的響聲。汽車起步或車速急劇變化時，出現有節奏的“哽哽”響聲，同時在汽車轉彎時，車身后部伴有抖動現象，通常是齒側間隙不均引起的異響，主要因為差速器殼螺釘松動，從動齒輪齒圈鉚釘（有的車是螺釘）松動，齒輪工作時產生偏擺、跳動，引起齒側間隙時大時小，是造成齒側間隙不均的直接原因。

④汽車后橋的軸承預緊度不當的響聲，比側齒間隙過小的響聲尖。后橋處可聽到較均勻的“嚶嚶”連續的響聲，其車速越高響聲越大，并伴有減速器殼發熱現象，這一般是軸承預緊度過大導致。

2.3.2漏油

故障現象：當停車后，如果發現橋殼外表面或制動鼓周圍有油跡，或地面有泄露的齒輪油，表明汽車后橋有可能漏油。

故障原因：

①主減速器主動齒輪油封裝配不正；

②軸承座鑄件疏松有砂眼。這種情況通過更換油封不能解決問題，必須更換軸承座

③齒輪油加注過量；

④裝配半軸時損壞了油封刃口；

⑤后橋半軸總成與凸緣連接孔偏斜，導致半軸和凸緣不同心，因而多次損壞半軸油封；

⑥后橋內油封損壞，潤滑油從內輪盤甩出。

3車橋的結構可靠性分析

3.1什么是可靠性

產品在一定時間內、在一定條件下無故障地執行指定功能的能力或可能性。可通過可靠度、失效率、平均無故障間隔等來評價產品的可靠性。例如，汽車在使用過程中，當某個零件發生故障，經過修理后仍然能夠繼續駕駛。

3.2汽車可靠性提升

可靠性包含了耐久性、可維修性、設計可靠性三大要素。產品在設計、應用過程中，不斷經受自身及外界氣候環境及機械環境的影響，而仍需要能夠正常工作，這就需要用試驗設備對其進行驗證，這個驗證基本分為研發試驗、試產試驗、量產抽檢三個部分。

3.2.1可靠性提升的主要方法

3.2.1.1可靠性設計

ESSUS 軟件的分析對象是機械系統在某一參數下的發生概率。該軟件依托于通用數字分析方法和最先進的概率算法，對工程系統的可靠性進行分析與計算。其優點主要體現在以下幾個方面：第一，它能夠對材料特性和初始條件等進行模擬，策略邊界條件的隨機性；第二，它能夠為機械產品的設計者提供強大、穩定的建模；第三，該軟件采用了最新、最先進的概率計算方法，能夠解決工程應用問題，如結構可靠性計算等。

3.2.1.2可靠性試驗

①臺架試驗。測試車橋的規定時間的功能是否能夠保持完好，來判斷車橋的耐久性及可靠性

②通過整車耐久試驗，驗證車橋的可靠性。整車試驗一般要求具有固定路形的特殊可靠性道路、變速跑道、砂石路等。通過整車試驗，測試車橋的耐久與可靠性。

3.3汽車車橋的可靠性分析

3.3.1后橋結構的可靠性分析

后橋輸入的參數為彈簧滿軸載荷 PMAX，彈性模量EX，泊松比 PRXY，材料密度 DEN，材料的屈服強度 YIES。根據應力 - 強度干涉模型，輸入極限狀態方程：

Z = YIES/SMAX-1 （1） SMAX = FE（PMAX， EX， PRXY， DENSITY） （2）

因為方程為線性，且隨機變量都呈正態分布，因此在 NESSUS 中的分析方法中首選SMV 這一方法，同時將信度設為 95%，繼而定義 NESSUS 的概率分析參數，并按照概率計算方法求出結構運算點，對最終的結果進行整理和統計。

3.3.2前橋結構的可靠性分析

根據前橋的不同工況進行相應的可靠性分析，繼而按照其靈敏度的計算結果，全面衡量前橋的可靠性，了解前橋可靠性對個體變量的依賴程度。為了確保安全性，在外部加載的條件下，設計者應該使屈服極限而導致的失效概率低于最大主應力。一旦前者高于后者，機械產品就會因為系統失效問題而引發安全事故。雖然MV 方法已經十分客觀，但是不排除具有計算誤差，因此應合理使用其他方法。

4結束語

通過對車橋的失效形式及機理進行分析，并從汽車可靠性設計、可靠性試驗等方面提出提升可靠性的思路。希望能夠為其他從業人員的研究提供一些思路。

參考文獻：

[1] 姜武華王其東.基于可靠性的車橋結構多學科優化[J].汽車工程，2012（12）.

[2] 陳喆，王偉.汽車車橋結構有限元分析[J].機械，2012（12）.