汽車(chē)車(chē)橋的失效機(jī)理與可靠性分析

姚成林+孫博

摘 要：在汽車(chē)行業(yè)，可靠性已經(jīng)成為人們?cè)u(píng)價(jià)一款產(chǎn)品、甚至一個(gè)品牌及企業(yè)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。本文通過(guò)分析汽車(chē)車(chē)橋的失效機(jī)理，延伸分析汽車(chē)車(chē)橋結(jié)構(gòu)的可靠性，希望能夠?yàn)槠?chē)可靠性的研究提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)車(chē)橋；失效機(jī)理；可靠性

1前言

隨著科技的不斷進(jìn)步以及消費(fèi)者消費(fèi)心態(tài)的成熟，可靠性成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)備受關(guān)注的因素。具有較高的產(chǎn)品可靠性，可以有效的提高品牌溢價(jià)能。在汽車(chē)企業(yè)中，管理者已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品可靠性對(duì)企業(yè)發(fā)展的重要作用。設(shè)計(jì)者已經(jīng)將汽車(chē)的可靠性視為衡量汽車(chē)質(zhì)量的核心指標(biāo)。從汽車(chē)的結(jié)構(gòu)上看，車(chē)橋是汽車(chē)的關(guān)鍵部件，整車(chē)的安全性極大地依賴于車(chē)橋的強(qiáng)度。本文將從車(chē)橋的失效機(jī)理切入，通過(guò)對(duì)失效的分析提出可靠性提高的方向。

2汽車(chē)車(chē)橋的失效機(jī)理

2.1汽車(chē)車(chē)橋通過(guò)懸架與車(chē)架（或承載式車(chē)身）相連接，其兩端安裝車(chē)輪。車(chē)橋的作用是承受汽車(chē)的載荷，維持汽車(chē)在道路上的正常行駛。大多數(shù)汽車(chē)采用前置后驅(qū)動(dòng)，前橋作為轉(zhuǎn)向橋，后橋作為驅(qū)動(dòng)橋；而前置前驅(qū)汽車(chē)則前橋成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，后橋充當(dāng)支持橋。

2.2什么是失效？產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，不能完成規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為失效，也叫故障。

2.3汽車(chē)車(chē)橋的常見(jiàn)失效形式

2.3.1異響

現(xiàn)象及原因：

①汽車(chē)行駛中有“哽哽”或“嗯嗯”的響聲，還帶有金屬摩擦聲，車(chē)速加快響聲增大，脫擋滑行時(shí)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(duì)，偏高或偏低導(dǎo)致；

②汽車(chē)后橋的齒側(cè)間隙不當(dāng)?shù)捻懧暋Ｖ鳒p速器各軸承預(yù)緊度正常情況下，在汽車(chē)起步短時(shí)間內(nèi)或換擋時(shí)，后橋處出現(xiàn)金屬撞擊聲，當(dāng)車(chē)速穩(wěn)定后撞擊聲變?yōu)檫B續(xù)的噪聲，當(dāng)油門(mén)急劇變化的瞬間，后橋出現(xiàn)無(wú)節(jié)奏的“喀啦”、“喀啦”響聲，這一般是齒側(cè)間隙過(guò)大；若汽車(chē)低速行駛有“嗷嗷”的響聲，類(lèi)似消防車(chē)的警笛聲，在加速或減速時(shí)有“咝咝”的響聲，并伴有后橋發(fā)熱現(xiàn)象，這一般是齒側(cè)間隙過(guò)小。

③汽車(chē)后橋齒側(cè)間隙不均的響聲。汽車(chē)起步或車(chē)速急劇變化時(shí)，出現(xiàn)有節(jié)奏的“哽哽”響聲，同時(shí)在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)身后部伴有抖動(dòng)現(xiàn)象，通常是齒側(cè)間隙不均引起的異響，主要因?yàn)椴钏倨鳉ぢ葆斔蓜?dòng)，從動(dòng)齒輪齒圈鉚釘（有的車(chē)是螺釘）松動(dòng)，齒輪工作時(shí)產(chǎn)生偏擺、跳動(dòng)，引起齒側(cè)間隙時(shí)大時(shí)小，是造成齒側(cè)間隙不均的直接原因。

④汽車(chē)后橋的軸承預(yù)緊度不當(dāng)?shù)捻懧暎葌?cè)齒間隙過(guò)小的響聲尖。后橋處可聽(tīng)到較均勻的“嚶嚶”連續(xù)的響聲，其車(chē)速越高響聲越大，并伴有減速器殼發(fā)熱現(xiàn)象，這一般是軸承預(yù)緊度過(guò)大導(dǎo)致。

2.3.2漏油

故障現(xiàn)象：當(dāng)停車(chē)后，如果發(fā)現(xiàn)橋殼外表面或制動(dòng)鼓周?chē)杏哇E，或地面有泄露的齒輪油，表明汽車(chē)后橋有可能漏油。

故障原因：

①主減速器主動(dòng)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(guò)更換油封不能解決問(wèn)題，必須更換軸承座

③齒輪油加注過(guò)量；

④裝配半軸時(shí)損壞了油封刃口；

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

⑥后橋內(nèi)油封損壞，潤(rùn)滑油從內(nèi)輪盤(pán)甩出。

3車(chē)橋的結(jié)構(gòu)可靠性分析

3.1什么是可靠性

產(chǎn)品在一定時(shí)間內(nèi)、在一定條件下無(wú)故障地執(zhí)行指定功能的能力或可能性。可通過(guò)可靠度、失效率、平均無(wú)故障間隔等來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性。例如，汽車(chē)在使用過(guò)程中，當(dāng)某個(gè)零件發(fā)生故障，經(jīng)過(guò)修理后仍然能夠繼續(xù)駕駛。

3.2汽車(chē)可靠性提升

可靠性包含了耐久性、可維修性、設(shè)計(jì)可靠性三大要素。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、應(yīng)用過(guò)程中，不斷經(jīng)受自身及外界氣候環(huán)境及機(jī)械環(huán)境的影響，而仍需要能夠正常工作，這就需要用試驗(yàn)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，這個(gè)驗(yàn)證基本分為研發(fā)試驗(yàn)、試產(chǎn)試驗(yàn)、量產(chǎn)抽檢三個(gè)部分。

3.2.1可靠性提升的主要方法

3.2.1.1可靠性設(shè)計(jì)

ESSUS 軟件的分析對(duì)象是機(jī)械系統(tǒng)在某一參數(shù)下的發(fā)生概率。該軟件依托于通用數(shù)字分析方法和最先進(jìn)的概率算法，對(duì)工程系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析與計(jì)算。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，它能夠?qū)Σ牧咸匦院统跏紬l件等進(jìn)行模擬，策略邊界條件的隨機(jī)性；第二，它能夠?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者提供強(qiáng)大、穩(wěn)定的建模；第三，該軟件采用了最新、最先進(jìn)的概率計(jì)算方法，能夠解決工程應(yīng)用問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算等。

3.2.1.2可靠性試驗(yàn)

①臺(tái)架試驗(yàn)。測(cè)試車(chē)橋的規(guī)定時(shí)間的功能是否能夠保持完好，來(lái)判斷車(chē)橋的耐久性及可靠性

②通過(guò)整車(chē)耐久試驗(yàn)，驗(yàn)證車(chē)橋的可靠性。整車(chē)試驗(yàn)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(guò)整車(chē)試驗(yàn)，測(cè)試車(chē)橋的耐久與可靠性。

3.3汽車(chē)車(chē)橋的可靠性分析

3.3.1后橋結(jié)構(gòu)的可靠性分析

后橋輸入的參數(shù)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(qiáng)度 YIES。根據(jù)應(yīng)力 - 強(qiáng)度干涉模型，輸入極限狀態(tài)方程：

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

因?yàn)榉匠虨榫€性，且隨機(jī)變量都呈正態(tài)分布，因此在 NESSUS 中的分析方法中首選SMV 這一方法，同時(shí)將信度設(shè)為 95%，繼而定義 NESSUS 的概率分析參數(shù)，并按照概率計(jì)算方法求出結(jié)構(gòu)運(yùn)算點(diǎn)，對(duì)最終的結(jié)果進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)。

3.3.2前橋結(jié)構(gòu)的可靠性分析

根據(jù)前橋的不同工況進(jìn)行相應(yīng)的可靠性分析，繼而按照其靈敏度的計(jì)算結(jié)果，全面衡量前橋的可靠性，了解前橋可靠性對(duì)個(gè)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(shè)計(jì)者應(yīng)該使屈服極限而導(dǎo)致的失效概率低于最大主應(yīng)力。一旦前者高于后者，機(jī)械產(chǎn)品就會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)失效問(wèn)題而引發(fā)安全事故。雖然MV 方法已經(jīng)十分客觀，但是不排除具有計(jì)算誤差，因此應(yīng)合理使用其他方法。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)車(chē)橋的失效形式及機(jī)理進(jìn)行分析，并從汽車(chē)可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)等方面提出提升可靠性的思路。希望能夠?yàn)槠渌麖臉I(yè)人員的研究提供一些思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜武華王其東.基于可靠性的車(chē)橋結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化[J].汽車(chē)工程，2012（12）.

[2] 陳喆，王偉.汽車(chē)車(chē)橋結(jié)構(gòu)有限元分析[J].機(jī)械，2012（12）.