陳剛， 于江， 馬祖國(guó)

(極氪汽車(寧波杭州灣新區(qū))有限公司， 浙江 寧波 315000)

后橋螺栓故障模式主要有后橋螺栓斷裂和后橋螺栓滑絲兩種，對(duì)車輛的影響較大，直接關(guān)系到車輛的正常行駛，防止后橋螺栓斷裂是車輛正常行駛的重要保證。

1 汽車行駛系統(tǒng)簡(jiǎn)介

行駛系統(tǒng)分為車橋、車輪、車架和懸架四大主要部分。車橋(又稱車軸)通過懸架與車架(或承載式車身)相連，其兩端安裝車輪。在車架與車橋(車輪)之間傳遞力與力矩的是懸架，而不是車橋。車橋的作用是承受汽車載荷，維持汽車在道路上正常行駛。前置前驅(qū)動(dòng)汽車的前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，后橋充當(dāng)支持橋，屬于從動(dòng)橋，不傳遞動(dòng)力。后橋承受車輪與車架之間的垂直載荷、縱向的道路阻力、制動(dòng)力和側(cè)向力及這些力所形成的力矩。

轉(zhuǎn)向節(jié)是車橋上的主要零件之一，其作用是承受汽車載荷，支承并帶動(dòng)車輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)而使汽車前行。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷，因而要求其具有很高的強(qiáng)度。后橋是斷開式從動(dòng)橋，與多連桿式獨(dú)立懸架相匹配。轉(zhuǎn)向節(jié)分別通過D1、D2螺栓與前束拉桿、橫拉桿連接(見圖1)，通過一顆長(zhǎng)螺栓與減振器連接，前速拉桿和橫拉桿的另一端與車橋連接。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)與拉桿的連接

本文主要針對(duì)某車售后反映的后輪定位偏移、車橋螺栓斷裂的故障現(xiàn)象，分析故障原因，研究解決方案。

2 故障現(xiàn)象

某車在一般路面上正常行駛或倒車時(shí)，后輪定位發(fā)生偏移，產(chǎn)生異常噪聲，在極端行駛條件下車輪與車身干涉，車輛無法繼續(xù)正常行駛。路面顛簸時(shí)發(fā)生該故障的概率更高。將車輛舉升觀察，發(fā)現(xiàn)后轉(zhuǎn)向節(jié)D1或D2處螺栓斷裂，前束拉桿或橫拉桿在與轉(zhuǎn)向節(jié)連接處脫開，轉(zhuǎn)向節(jié)帶動(dòng)后輪發(fā)生偏移，導(dǎo)致車輛無法正常行駛。

3 后橋螺栓斷裂原因分析

針對(duì)后橋螺栓斷裂的現(xiàn)象，從產(chǎn)品符合性、工藝符合性、客戶駕駛習(xí)慣和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行故障原因分析(見圖2)。螺栓斷裂的直接原因是張力的損失，分析螺栓斷裂的原因也就是分析導(dǎo)致張力損失的原因。

圖2 后橋螺栓斷裂故障原因分析

(1) 產(chǎn)品符合性。1) 螺栓的符合性。首先確定螺栓的金屬冶煉符合性正常。然后對(duì)螺栓的化學(xué)成分、硬度和關(guān)鍵尺寸進(jìn)行檢測(cè)，也都符合要求。 最后對(duì)螺栓斷口進(jìn)行分析，斷口有明顯疲勞特征(見圖3)，疲勞區(qū)約占斷口面積的90%。疲勞起源區(qū)與最后斷裂區(qū)分布在螺栓斷口的兩邊，與最后斷裂區(qū)相鄰的螺栓側(cè)面有明顯的被摩擦的痕跡，說明該螺栓斷裂屬于剪切應(yīng)力導(dǎo)致的彎曲疲勞斷裂。2) 相關(guān)零件的符合性。檢測(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)、前束拉桿和橫拉桿的符合性，都滿足要求。

圖3 螺栓斷口處的疲勞特征

(2) 裝配工藝符合性。按照影響產(chǎn)品質(zhì)量的五大因素即人(制造產(chǎn)品的人員)、機(jī)(制造產(chǎn)品所用的設(shè)備)、料(制造產(chǎn)品使用的原材料)、法(制造產(chǎn)品采用的方法)、環(huán)(產(chǎn)品制造過程中所處環(huán)境)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝的符合性進(jìn)行分析。1) 人。工位上員工都有上崗資質(zhì)；操作工未完全按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書操作；檢查問題車輛的歷史數(shù)據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)任何工廠內(nèi)返修記錄。2) 機(jī)。螺栓力矩伺服機(jī)所記錄的力矩、角度等歷史數(shù)據(jù)都較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)異常情況；現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員很好地執(zhí)行了擰緊工藝監(jiān)控計(jì)劃；后橋螺栓沒有降級(jí)模式，若出現(xiàn)問題，直接更換擰緊工具，問題車輛在相關(guān)時(shí)間段沒有更換后橋螺栓的記錄。3) 料。零件的符合性都正常。4) 法。有標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書且符合要求，其中包括對(duì)螺釘?shù)念A(yù)擰緊；工藝規(guī)定在所有擰緊力矩達(dá)到要求前后橋無法移動(dòng)到下一工位，達(dá)到要求后按動(dòng)移動(dòng)按鈕方可實(shí)現(xiàn)后橋的移動(dòng)，不會(huì)造成缺陷。5) 環(huán)。生產(chǎn)節(jié)拍變化較大，存在一定影響。

(3) 客戶駕駛習(xí)慣。對(duì)客戶駕駛車輛的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，沒有發(fā)現(xiàn)任何有共性的不良駕駛習(xí)慣。車輛沒有經(jīng)常在一些特殊狀況道路上行駛，發(fā)生螺栓斷裂時(shí)也沒有產(chǎn)生車輛碰撞或顛簸。因此，基本可以排除用戶駕駛對(duì)后橋螺栓斷裂的影響。

(4) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度來分析，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定義都沒有問題，都是經(jīng)過專業(yè)驗(yàn)證的，故產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的影響可初步排除。

綜上所述，眾多缺陷原因中存在風(fēng)險(xiǎn)的是現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝符合性，包括人——操作工、環(huán)——生產(chǎn)節(jié)拍。為此，進(jìn)行大量試驗(yàn)來模擬操作工的不規(guī)范操作，結(jié)果顯示，施加在螺栓伺服機(jī)上的外力傾斜3°會(huì)消耗10 N·m的力矩， 導(dǎo)致壓痕(為橫拉桿凸起壓在轉(zhuǎn)向節(jié)上的齒痕)變淺(0.1 mm)、張力減小(10 kN)，壓痕深度為0.30～0.35 mm，與故障件一致。證明人為施加外力擰緊是導(dǎo)致后橋螺栓斷裂的根本原因。

4 改進(jìn)方案及驗(yàn)證

將D1、D2處螺栓的擰緊力矩從(70±7) N·m調(diào)整為(80±8) N·m(力矩增加14%左右)，同時(shí)將單次擰緊方式調(diào)整為雙重?cái)Q緊，彌補(bǔ)人為施加外力導(dǎo)致的殘余力矩的丟失，保證裝配的可靠性。

螺栓擰緊力矩增大，可能會(huì)因力矩過大產(chǎn)生滑絲或帶來其他無法預(yù)料的問題。力矩增加可能會(huì)受到材料、尺寸等因素的綜合影響，但經(jīng)過臺(tái)架耐久性和整車耐久性驗(yàn)證，10 N·m的力矩增幅完全不會(huì)造成上述負(fù)面影響。不過這一結(jié)論的前提是必須嚴(yán)格按操作工藝來執(zhí)行，特別是在售后，螺栓的擰緊必須是在將車輛模擬成滿載狀態(tài)(橫拉桿頂至水平)時(shí)進(jìn)行，如果這一步?jīng)]有做好，D1、D2螺栓還會(huì)有滑絲的風(fēng)險(xiǎn)，行駛中仍存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)。