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        淺談客車轉(zhuǎn)向節(jié)臂斷裂的故障分析方法

        2020-11-09 07:28:12夏子意
        科學(xué)與財(cái)富 2020年25期
        關(guān)鍵詞:方法

        夏子意

        摘要:轉(zhuǎn)向節(jié)臂是車輛實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能必不可少的連接部件,轉(zhuǎn)向節(jié)臂發(fā)生故障,會(huì)影響車輛轉(zhuǎn)向功能,極有可能造成行車事故,對(duì)于轉(zhuǎn)向節(jié)臂相關(guān)故障現(xiàn)象,建議通過(guò)產(chǎn)品材料分析、CAE結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比分析、外觀設(shè)計(jì)尺寸三方面進(jìn)行故障診斷,追根溯源,徹底斷絕類似故障的產(chǎn)生,本文結(jié)合實(shí)例探討相關(guān)故障分析方法,為同行提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向節(jié)臂;斷裂;故障分析;方法

        行車過(guò)程中,駕駛員通過(guò)方向盤施加轉(zhuǎn)向力矩,通過(guò)傳動(dòng)桿、方向機(jī)、??? 轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂等傳動(dòng)機(jī)構(gòu),最終將力矩傳入輪轂,形成車輛偏轉(zhuǎn)功能。由此可知,轉(zhuǎn)向節(jié)臂是車輛實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能必不可少的連接部件,轉(zhuǎn)向節(jié)臂發(fā)生故障,會(huì)影響車輛轉(zhuǎn)向功能,極有可能造成行車事故,對(duì)于轉(zhuǎn)向

        節(jié)臂等相關(guān)部件引起的故障現(xiàn)象,運(yùn)輸企業(yè)往往采用更換零部件的方法來(lái)解決,并不注重后期的故障原因分析。因此車輛運(yùn)營(yíng)后期,往往會(huì)出現(xiàn)類似的故障現(xiàn)象,影響企業(yè)正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序。我部室長(zhǎng)期從事企業(yè)車輛技術(shù)保障工作,結(jié)合以往一些車輛故障分析案例,建議通過(guò)產(chǎn)品材料分析、CAE結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比分析、外觀設(shè)計(jì)尺寸分析三方面進(jìn)行故障診斷,追根溯源,以期達(dá)到避免類似故障產(chǎn)生的目的,接下來(lái)以本公司某純電動(dòng)公交客車轉(zhuǎn)向節(jié)臂斷裂故障分析為例,加以說(shuō)明。

        2019年 12月,我公司一臺(tái)6 米純電動(dòng)公交客車,車輛出現(xiàn)前橋左轉(zhuǎn)向彎臂橫拉桿球頭安裝孔位置斷裂的故障。接到反饋后我部室人員立即到現(xiàn)場(chǎng)查看,并協(xié)調(diào)客車廠家、車橋供應(yīng)商帶配件到現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)車輛。同時(shí)安排對(duì)同批次車輛進(jìn)行全面排查,發(fā)現(xiàn)可疑件立即更換處理。為徹底斷絕類似故障現(xiàn)象,我部室成員經(jīng)討論,決定通過(guò)廠家研發(fā)中心對(duì)產(chǎn)品材料、CAE結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比、外觀設(shè)計(jì)尺寸幾方面進(jìn)行分析處理,過(guò)程如下:

        一、損壞舊件材料分析

        經(jīng)對(duì)舊件分析,裂源處有一臺(tái)階條紋,擴(kuò)展區(qū)平整。裂源處截取試樣作金相,基體組織為回火索氏體(8級(jí)),硬度229HBW。查轉(zhuǎn)向節(jié)臂以往來(lái)料(批次:171011、180818、190524、191008)金相檢測(cè)記錄,結(jié)果:合格。

        二、實(shí)物CAE分析

        (一)建立模型

        針對(duì)該6 米純電動(dòng)公交車2.5噸前橋轉(zhuǎn)向節(jié)臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比分析,三維模型如下所示:

        采用ISO/GB車輛坐標(biāo)系,x軸指向車輛前進(jìn)方向反方向,y軸指向車輛前進(jìn)方向右側(cè),z軸豎直向上。采用四面體單元,零部件屬性如下表所示:

        (二)扭矩加載說(shuō)明

        1、轉(zhuǎn)向機(jī)最大輸出扭矩工況:最大輸出扭矩Mr=1470N.m,搖臂長(zhǎng)度160mm,則施加于轉(zhuǎn)向節(jié)臂上的力為:

        2、原地轉(zhuǎn)向工況:按汽車工程手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)公式

        其中,f為滑動(dòng)摩擦系數(shù),取0.7;p為輪胎氣壓,取0.9Mpa;

        直拉桿連接孔中心到臂安裝孔中心的距離為150mm,則施加于其上的力為:

        (三)應(yīng)力分析及結(jié)果

        在原地轉(zhuǎn)向工況下,實(shí)物掃描結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向節(jié)臂安全系數(shù)均大于2,滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度使用要求;

        三、尺寸檢查分析

        舊件檢測(cè)結(jié)果不合格,圖紙要求內(nèi)側(cè)壁厚要厚于外側(cè)壁厚。經(jīng)對(duì)庫(kù)存件抽查,檢測(cè)結(jié)果合格,因零件形狀復(fù)雜,舊件不合格原因是個(gè)別零件加工時(shí)軸線偏移,導(dǎo)致內(nèi)側(cè)壁厚偏薄。

        四、結(jié)論

        由于裂源部位尺寸偏薄,內(nèi)側(cè)R表面存在切邊刀痕過(guò)深,沿切邊刀痕引發(fā)應(yīng)力集中,形成裂紋源,造成疲勞斷裂。依據(jù)查金相來(lái)料檢驗(yàn)記錄及對(duì)庫(kù)存件尺寸檢測(cè)結(jié)果,判斷該故障是個(gè)別批次金相及尺寸不合格。

        五、改進(jìn)措施

        1、考慮到該臂加工過(guò)程有偏移軸線的誤差,導(dǎo)致壁厚偏薄,對(duì)該臂進(jìn)行提升,在孔壁處進(jìn)行加厚(見(jiàn)下表)。通過(guò)CAE分析,改進(jìn)后結(jié)構(gòu)安全系數(shù)達(dá)到3.35。

        2、針對(duì)毛坯切飛邊問(wèn)題,制訂外觀標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定切邊刀痕深度≤1mm。下發(fā)供應(yīng)商實(shí)施。

        3、要求供應(yīng)商出廠前100%探傷,來(lái)料檢驗(yàn)100%探傷。

        4、要求供應(yīng)商金相控制在1-4級(jí),來(lái)料檢驗(yàn)由原來(lái)每3 批檢測(cè)一次,提升為每批檢測(cè)。

        5、反饋供應(yīng)商對(duì)熱處理工藝整改,安排質(zhì)量專家前往供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、指導(dǎo)整改,在下批到貨體現(xiàn)整改狀態(tài),2019-12-11已到達(dá)供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)。

        六、處理措施

        針對(duì)該批車輛全部更換改進(jìn)型轉(zhuǎn)向節(jié)臂,改進(jìn)型轉(zhuǎn)向節(jié)臂樣件生產(chǎn)及臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證后,于2019年 12月底可開(kāi)始批量更換。目前為止無(wú)類似故障現(xiàn)象發(fā)生。

        利用微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)合力學(xué)、外觀尺寸設(shè)計(jì)分析,是一種良好的多元分析方法,可考慮應(yīng)用于其他車輛結(jié)構(gòu)部件相關(guān)故障分析過(guò)程。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 朱金寶,宋小偉,肖聰,王濤,范學(xué)群.某電動(dòng)輕卡轉(zhuǎn)向節(jié)臂斷裂失效分析及優(yōu)化[J].汽車實(shí)用技術(shù),2019(13):3-5.

        [2] 馬宇,孟慧杰.轉(zhuǎn)向節(jié)臂圓錐銷孔載荷分布規(guī)律研究[J].機(jī)電技術(shù),2014(06):104-106.

        [3] 王若平,王延強(qiáng),林軍.汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂疲勞仿真[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2007(02):37-38.

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