利用故障樹方法分析離合器螺栓斷裂問題

閆柱，靳云云，余超

利用故障樹方法分析離合器螺栓斷裂問題

閆柱1，靳云云2，余超3

（1.陜汽集團技術中心，陜西 西安 710042；2.陜西保利特種車制造有限公司，陜西 西安 710042；3.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710042）

故障樹分析是系統安全性可靠性分析的工具之一，在產品設計階段，故障樹分析可以幫助判明潛在的系統故障模式和災難性危險因素，發現可靠性和安全性薄弱環節，以便改進設計。在生產、使用階段，故障樹分析可幫助故障診斷，改進使用維修方案，故障樹分析也是事故調查的一種有效手段[1]。文章采用故障樹分析的方法對某車型離合器螺栓斷裂故障進行全面分析與解決。

螺栓；斷裂；故障模式； 故障樹

1 前言

某車型在初期出現離合器螺栓斷裂的問題，通過運用故障樹分析方法，實現故障因素的排查與定位，實現故障解決措施的制定[2]。

2 故障分析

2.1 故障描述

某車輛行駛106Km后，車輛重新啟動掛檔后車輛變速箱無動力輸出，經排查車輛離合器12條安裝螺栓全部斷裂，為車輛初期故障。

2.2 問題定位

2.2.1故障樹建立

以離合器安裝螺栓斷裂為頂事件，故障樹分析如下：

圖1 故障樹

Top—離合器安裝螺栓斷裂

E1—安裝不當造成的故障

E2—離合器尺寸偏差

E3—發動機飛輪故障

X1—螺栓未涂螺紋鎖固膠

X2—離合器螺栓安裝擰緊順序錯誤

X3—安裝力矩不滿足工藝要求

X4—離合器壓盤軸向尺寸偏大

X5—離合器壓盤徑向尺寸偏大

X6—離合器安裝螺栓質量問題

X7—飛輪安裝孔螺紋深度偏小

X8—飛輪與離合器壓盤配合尺寸偏差

2.2.2故障分析

X1—螺栓未涂螺紋鎖固膠

對斷裂部分的螺紋進行切割，螺紋部分有3-5mm的膠帶，故此因素可排除。

X2--離合器螺栓安裝擰緊順序錯誤

離合器周圈均布螺栓的擰緊要求為先用手將十二個螺栓依次擰緊，后用扭矩扳手按十字交叉的方式擰緊螺栓[3]，現場對離合器安裝螺栓的擰緊過程進行隨機抽查，現場使用風動工具首先對螺栓進行預計后使用定制扭力扳手按照十字交叉法擰緊，故此因素可排除。

X3—安裝力矩不滿足工藝要求

按照工藝文件要求，離合器壓盤緊固螺栓擰緊力矩為50-60N.m，因故障件螺栓全部斷裂故障模式無法復現，采用對照的方法對相同配置車輛的離合器緊固螺栓使用定值扭力扳手進行檢測，變速箱拆除后離合器螺栓自檢標識明確，螺栓擰緊力矩均達到60N.m，力矩滿足工藝要求，故此因素可排除。

圖2 離合器壓盤軸向尺寸測量

X4—離合器壓盤軸向尺寸誤差

設計圖紙要求離合器壓盤軸向尺寸為52.4±0.5mm，現場對離合器壓盤尺寸使用數顯游標卡尺進行測量，尺寸公差均在設計要求范圍之內，故此因素排除。

X5--離合器壓盤徑向尺寸偏大

離合器壓盤外徑設計要求尺寸為475±0.65，對離合器壓盤外徑尺寸進行測量，測量結果為474.9、475.1、475.6、475.4、475.2、475.1，測量結果均符合設計要求，故此因素可排除。

X6—離合器安裝螺栓質量問題

離合器斷裂螺栓從外觀、硬度、金相組織及化學成分進行理化檢驗，檢驗結果為斷裂螺栓金相組織及化學成分正常，螺栓硬度滿足10.9級技術要求[4][5]，故此因素可排除。

X7—飛輪安裝孔螺紋深度偏小

通過對飛輪安裝孔進行線切割，分別測量飛輪孔深與螺紋深度，飛輪孔深與螺紋深度均小于圖紙要求。故此因素不可排除。

圖3 飛輪安裝孔尺寸測量

表1 飛輪安裝孔測量結果

X8—飛輪與離合器壓盤配合尺寸偏差

2.3 定位結果

綜上分析，由于X7、X8兩個事件的影響，螺栓夾緊力不足，受離合器壓盤動載荷的作用，螺栓首先出現疲勞斷裂，當螺栓數量少于一定數目時，其他螺栓發生一次性斷裂。

2.3.1失效機理分析

離合器壓盤螺栓完全擰緊后需要的飛輪孔螺紋深度理論值為18.6-20.6mm，實測飛輪螺紋深度為18mm，由此導致雖然離合器壓盤螺栓擰緊力矩滿足50-60N.m的要求，但是由于螺栓螺紋部分被飛輪內孔卡住，導致離合器緊固螺栓夾緊力不足。

離合器壓盤與飛輪配合尺寸公差存在偏差，離合器外徑大于飛輪止口內徑，導致離合器壓盤不能與飛輪安裝面緊貼，兩者之間存在間隙。

在以上兩個因素的影響下，受離合器壓盤動載荷，螺栓首先出現疲勞斷裂，當螺栓數量少于一定數目時，其他螺栓發生一次性斷裂。

3 小結

本文介紹了利用故障樹分析方法完成螺栓斷裂問題的分析，通過基本事件、頂事件、底事件的確立，建立了故障樹，實現底事件的分解與分析，查找出螺栓斷裂的原因，為進一步整改措施的制定提供了依據。

[1] GB 7829-1987故障樹分析程序.

[2] GJB/Z768A-1998故障樹分析指南.

[3] GB/T 16823.2-1997螺紋緊固件緊固通則.

[4] GB/T 196普通螺紋基本尺寸.

[5] GB/T 197普通螺紋公差.

Analysis of Clutch Bolt Fracture by Fault Tree Method

Yan Zhu1, Jin Yunyun2, Yu Chao3

（1.Shaanxi Automobile Holdings Limited, Shaanxi Xi’an 710042;2.Shaanxi Poly Special Vehicle Manufacturing Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710042;3.Shaanxi HeavyDuty Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710042）

Fault tree analysis is one of the tools for system safety reliability analysis. in the product design phase, fault tree analysis can help identify potential system failure modes and catastrophic risk factors, and identify weak links in reliability and safety in order to improve design. In the stage of production and use, fault tree analysis can help fault diagnosis, improve the use of maintenance scheme, fault tree analysis is also an effective means of accident investigation. In this paper, the fault tree analysis method is used to analyze and solve the broken fault of clutch bolt in a certain vehicle.

Bolt; Fracture;Fault-pattern; Fault tree method

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.053

U471.2

B

1671-7988(2021)02-164-03

U471.2

B

1671-7988(2021)02-164-03

閆柱，工程師，就職于陜汽集團技術中心。