某車型轉8字異響問題分析與改善

楊冰心，王莉莉，黃榮生，黃文通

（1.東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005；2.柳州城市職業學院 機電與汽車工程系，廣西 柳州 545036）

某車型在出廠前路試檢測時長期存在底盤異響問題，故障率約50%。通過對故障車進行確認，該車型在路試檢測時，以20～30 km/h速度轉8字行駛時（如圖1），車輛前部底盤處出現“噠噠”異響。

圖1 車輛轉8字行駛

1 原因分析

1.1 故障分析思路

由于汽車底盤系統結構比較復雜，而異響又只發生在車輛行駛過程中，無法通過常規手段即使用人耳逐個判斷確定異響源。因此，制定故障分析思路如下：（1）分析底盤系統零部件構成；（2）基于互換裝配法，對故障車和正常車底盤系統各零部件進行逐一互換驗證，確定造成異響的零部件；（3）基于關聯圖法，對異響零部件結構進行分析驗證，確定故障要因；（4）基于摩擦學模型，對異響產生的原理進行理論分析；（5）根據故障要因制定改善措施。

1.2 底盤系統零部件構成

該車型底盤系統為麥弗遜式前懸架結構，主要由副車架、前支柱減震器、前軸帶卡鉗、穩定桿、驅動軸和方向機組成，如圖2所示。

圖2 底盤系統零部件構成

1.3 基于互換裝配法的異響零部件確認

互換裝配法是分析異響問題的常用方法，主要是通過對正常車和故障車的相關零部件進行互換裝配，確認故障跟隨哪個零部件進行轉移，即可判斷確定異響零部件。通過對1#故障車和2#正常車底盤系統零部件進行逐一互換驗證，鎖定造成異響的零部件為前軸帶卡鉗總成，見表1。

表1 故障車和正常車互換零部件驗證表

1.4 異響零部件原因分析

由于異響零部件前軸帶卡鉗總成由多個零部件總成，所以仍需對前軸帶卡鉗總成進行結構分析驗證，確定零部件具體故障點。

1.4.1 前軸帶卡鉗總成結構分析

前軸帶卡鉗總成由制動盤、卡鉗、轉向節帶輪轂總成、前擋泥板四個零部件組成，見圖3。

圖3 前軸帶卡鉗總成結構圖

1.4.2 前軸帶卡鉗總成異響零部件確認

同樣采取互換裝配法，對故障車前軸帶卡鉗總成的零部件進行逐一更換新件，然后重新裝車驗證，鎖定異響零部件為轉向節帶輪轂總成，如表2所示。

表2 前軸帶卡鉗總成各零部件換件驗證表

1.4.3 基于關聯圖法的異響要因分析

關聯圖法是質量管理的主要工具，它能夠幫助人們從事物之間的邏輯關系中，尋找出解決問題的辦法，是根據事物之間橫向因果邏輯關系找出主要問題的最合適的方法。根據轉向節帶輪轂總成結構，使用關聯圖法對異響原因進行要因分析，共得出7條末端因素，如圖4所示。

圖4 轉向節帶輪轂總成異響關聯圖

1.4.4 轉向節帶輪轂總成異響要因驗證

對關聯圖法析出的7條末端因素進行逐一驗證分析，最終得出車輛異響的要因為：軸承與轉向節材料匹配不良，見表3。

表3 要因驗證表

1.5 車輛轉8字異響原因分析

通過前述分析，車輛轉8字異響的主要原因為：轉向節軸承外圈與轉向節內圈滑動摩擦產生異響，以下結合摩擦異響原理和車輛受力情況進行分析。

1.5.1 基于摩擦學模型的異響原理分析

摩擦可以認為是凸峰間微觀結合和分離的過程。圖5是單個凸峰的摩擦過程模型，在模型中，宏觀的摩擦力可以認為是各個微觀接觸的摩擦力的總和。圖5（a）為產生摩擦力的第一階段，微觀凸峰開始接觸，在接觸的尖端部分有塑性變形產生，同時也有刻槽作用產生；此外離開接觸點較遠處，有彈性變形產生。圖5（b）為接觸的第二階段，接觸點處產生了粘接，形成粘接點；粘接點的形成原因：機械力和分子力。圖5（c）為第三階段，粘接點產生剪切，使凸峰分離，同時凸峰尖的彈性變形恢復，完成全部滑動摩擦過程；凸峰尖在恢復彈性變形時機械能轉化為凸峰的分子振動，位移發生后摩擦副之間的凸峰相互撞擊，產生異響[1]。

圖5 單個凸峰的摩擦過程

1.5.2 原因總結

綜合以上分析結果，車輛在進行轉8字路試檢測時，由于車輪受到較大的側向力，從而導致轉向節軸承一側受到較大側向力Fx和垂向力Fy（圖6），使轉向節軸承外圈與配合孔相互滑動摩擦（微空間內的極小位移）產生異響。

圖6 轉向節軸承受力變化示意圖

2 解決方案

根據前述1.5分析，車輛轉8字異響的根本原因為：轉向節軸承外圈與配合孔相互滑動摩擦（微空間內的極小位移）。解決該問題的關鍵是如何阻止轉向節軸承外圈與轉向節內圈之間的相對滑動，制定兩種改善對策：（1）增大軸承過盈量；（2）在轉向節軸承外圈與轉向節配合孔處涂膠[2]。根據前期試驗結果，增大過盈量之后會造成軸承壓裝困難，最終確定改善對策為：在轉向節軸承外圈與轉向節配合孔結合面處涂抹高性能緊固膠，最終實施完成效果如圖7所示。

圖7 改善對策實施效果圖

實施改善對策后，通過對下線車輛進行批量驗證，某車型轉8字異響故障率由50%下降至0，改善效果顯著。

3 結束語

針對某車型轉8字異響問題，通過互換裝配法、關聯圖法，并基于摩擦學模型通過理論分析研究，得出影響車輛轉8字異響的關鍵要素，并通過試驗驗證確定轉8字異響的要因為轉向節軸承外圈與配合孔相互滑動摩擦（微空間內的極小位移），通過在轉向節軸承外圈與轉向節配合孔結合面處涂抹高性能緊固膠，問題得到解決。這個措施對于解決汽車行業類似質量問題具有較高的參考價值。