馮顯松 付邦璀

摘要：某越野車輛分動箱油冷系統(tǒng)輸油鋼管在整車可靠性路試中出現(xiàn)斷裂故障。通過對故障件的斷口進行外觀檢查、微觀觀察、金相分析、化學(xué)成分分析，并分析鋼管固定方式和結(jié)構(gòu)特點，得出鋼管折點處斷裂的原因是：鋼管是懸臂梁布置方式，折點處應(yīng)力集中，受到長時間振動激勵，出現(xiàn)疲勞斷裂。針對失效原因，對鋼管結(jié)構(gòu)和固定方式進行優(yōu)化。結(jié)果表明：優(yōu)化后鋼管結(jié)構(gòu)及其固定方式通過了道路可靠性試驗，有效避免了該類故障的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鋼管;斷裂;疲勞;優(yōu)化

中圖分類號：U469.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-2550（2019）06-0076-04.

Fracture Failure， Optimization Measures For The Oil Steel Pipe

Of the Transfer Case Oil Cooling System

FENG Xian-song， FU Bang-cui

（ Dong Feng Special Equipment Division （ Dong Feng Off-?Road Vehicle CO.， Ltd ）， WuHan?430000， China ）

Abstract： For the oil steel pipe of the transfer case oil cooling system of the off-road vehicle?was broken on vehicle road reliability test. In order to find the failure cause，?macroscopic observation， microscopic observation， metallographic examination and chemical composition?analysis were carried out， and combined with the analysis of the fixing mode and structural?characteristics of the oil steel pipe. The results show that the oil steel pipe is a cantilever?beam arrangement， where the stress is concentrated at the break point， and is stimulated?by long一term vibration， resulting in fatigue fracture. For the failure reason， the oil steel?pipe structure and fixed mode are optimized. The results show that the optimized oil steel?pipe structure and its fixed mode passed the vehicle road reliability test and avoided the recurrence?of such faults.

Key Words： Steel pipe; Fracture; Fatigue; Optimize

馮顯松

畢業(yè)于重慶大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)就職于東風(fēng)特種裝備事業(yè)部（東風(fēng)越野車有限公司），任工程師，主要研究方向為汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計。

前言

輸油管路是將分動箱內(nèi)部潤滑油輸送給外部油冷器，再傳輸回分動箱。受制于整車空間，特別是分動箱處，其四周空間有限，需采用成型管進行布置。以優(yōu)質(zhì)碳素鋼為原料的無縫鋼管廣泛應(yīng)用于車輛液體和氣體的輸送，并且其可以做成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成型管，有效地利用空間。

某越野車輛分動箱油冷系統(tǒng)輸油鋼管在整車可靠性路試中發(fā)生了斷裂的故障。通過試驗對鋼管斷裂原因進行系統(tǒng)分析，確定斷裂性質(zhì)，提出鋼管結(jié)構(gòu)和固定方式的優(yōu)化方案，對今后類似的設(shè)計具有重要借鑒價值。

1試驗過程及結(jié)果

1.1外觀檢查

鋼管斷裂部位宏觀形貌見圖1所示，斷裂位置位于鋼管折彎處，裂紋呈周向分布，距離管端部約110mm處，對鋼管其他部位進行詳細檢查，未發(fā)現(xiàn)任何異常和損壞。

1.2斷口宏觀檢查

斷口宏觀形貌見圖2所示，斷口表面平緩，裂紋起源于管體的表面，表現(xiàn)為疲勞斷裂[1]-[2]，斷口處未發(fā)現(xiàn)塑性變形。

1.3斷口微觀檢查

在掃描電子顯微鏡下對斷口進行觀察，斷口低倍形貌見圖3，其中，I區(qū)為裂紋源區(qū)，II區(qū)是擴展區(qū)。斷口裂紋源區(qū)和擴展區(qū)高倍形貌分別見圖4、5。查看擴展區(qū)高倍形貌，該區(qū)域顯示為疲勞輝紋。

1.4化學(xué)成分分析

經(jīng)對斷裂鋼管進行化學(xué)成分分析，結(jié)果表明其材料成分與牌號是10F優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分相符【3】，檢測結(jié)果如表1所示。

1.5金相組織檢查

對鋼管進行觀察，可見其顯微組織為鐵素體加少量珠光體，見圖6所示，組織及品粒度均符合要求，無明顯雜質(zhì)存在，材料無冶金缺陷，未發(fā)現(xiàn)明顯異?！?】。

2分析與改進措施

2.1分析

出現(xiàn)斷裂的鋼管固定于分動箱側(cè)部，以懸臂方式布置，其端部通過接頭與軟管連接，軟管另一端固連在車架上，見圖7所示。車架與分動箱是相對運動的，整車在路試中車輪將路面激勵傳遞到分動箱，相應(yīng)地，軟管對鋼管懸臂端產(chǎn)生擺振，鋼管折點是應(yīng)力集中處，從折斷情況判斷，折點處是懸臂端較薄弱的位置【5】-【6】。

2.2改進措施

通過對鋼管懸臂折點處斷裂故障的分析，從如下方面進行改進：首先取消鋼管懸臂梁布置方式，提高鋼管端部結(jié)構(gòu)剛度，其次避免鋼管出現(xiàn)應(yīng)力集中的區(qū)域，綜合以上兩個方向，將鋼管的布置方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計為：鋼管通過過壁接頭固定于支架上，支架固定于分動箱上，見圖8所示。

對比原方案和改進方案，在結(jié)構(gòu)上，改進方案通過增加支架，對鋼管起到支撐作用。將兩種方案簡化成直梁形式，以便對其進行受力分析【7】，見圖9所示，改進方案的最大剪力和最大彎矩有明顯降低，可以說明在改進方案下，懸臂梁的受力性能得到了較大改善。

3試驗驗證

試驗用越野車輛裝配改進的結(jié)構(gòu)組件，在安徽定遠國家汽車試驗場進行3萬公里可靠性道路試驗。車輛進行完整試驗后，鋼管及支架均未出現(xiàn)斷裂、漏油等故障，表明改進方案通過了苛刻的路試，滿足使用要求。

4結(jié)論

（1）鋼管斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂。鋼管以懸臂方式布置，端部受到軟管擺振，折點是應(yīng)力集中處，導(dǎo)致在該位置斷裂。

（2）取消鋼管懸臂布置方式，并改進鋼管結(jié)構(gòu)及布置方式，增加其端部剛度，避免應(yīng)力集中，有效解決疲勞斷裂故障。

參考文獻：

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[2]張棟，鐘培道，陶春虎，等.失效分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

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[7]劉鴻文，等.材料力學(xué)I[M].高等教育出版社，2004.

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王華武：

論文立意簡潔明了，原因分析比較清楚，改善措施到位，改進效果明顯，有一定的參考價直。