轉(zhuǎn)向拉桿斷裂失效原因分析

李晶

【摘 ?要】采用金相分析、硬度測試及化學(xué)成分分析等方法對轉(zhuǎn)向拉桿斷裂的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在折彎處出現(xiàn)微裂紋，在外力作用下，造成應(yīng)力集中，最終引起疲勞斷裂。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)向拉桿，裂紋，應(yīng)力集中

1 引 言

轉(zhuǎn)向拉桿是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)直接影響汽車操縱的穩(wěn)定性、運(yùn)行的安全性和輪胎的使用壽命。正確的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，確保在不同圓周上運(yùn)動的車輪作無滑動的純滾動運(yùn)動，以減少輪胎磨損和 動力消耗。汽車轉(zhuǎn)向拉桿是汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的重 要零件，是聯(lián)系左、右梯形臂并使其協(xié)調(diào)工作的 連接桿，它在汽車行駛過程中反復(fù)承受拉應(yīng)力或 壓應(yīng)力[ 1]，一旦失效往往會造成嚴(yán)重后果[ 2]。

根據(jù)我廠三包服務(wù)部反饋，某轉(zhuǎn)向直拉桿總成出現(xiàn)在市場出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，另其他服務(wù)站也反饋有彎曲變形情況出現(xiàn)。經(jīng)檢查市場退回實(shí)物，本文對斷裂 拉桿進(jìn)行了宏觀檢查、化學(xué)成分分析、顯微組織分析、并通過建立力學(xué)模型進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算和綜合分析，確定了拉桿斷裂的原因。

2 理化檢驗(yàn)

2.1宏觀失效分析

斷裂拉桿的宏觀形貌見圖 1，斷口宏觀形貌如圖2。

發(fā)現(xiàn)斷裂處在第二彎與第三彎中間處，此拉桿是先出現(xiàn)大幅彎曲變形后再發(fā)生斷裂，有擠壓磨損痕跡。

2.2 化學(xué)成分分析

對斷裂拉桿（拉桿用材料為45-30高X5 ）取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，結(jié)果見表1?？梢?，斷裂拉桿材料中，化學(xué)成分含量均符合-GB/T8162標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3力學(xué)性能分析

力學(xué)性能檢測如表2，力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 金相組織分析

金相組織標(biāo)準(zhǔn)為，晶粒度執(zhí)行GB/T8493-87標(biāo)準(zhǔn)：5～8級，截面疏松執(zhí)行GB1979-87標(biāo)準(zhǔn)：1～3級，夾雜執(zhí)行GB10561-89標(biāo)準(zhǔn)：硫化物（1～3級）硅酸鹽（1～3級）;無魏氏組織，帶狀組織1～3級。

金相試樣取自斷裂拉桿，置于 OLYMPUS-PMG3型倒置式高級金相顯微鏡下進(jìn)行觀察，材料金相組織合格。

3 力學(xué)模型及安全性計(jì)算分析

直拉桿工作時主要是產(chǎn)生拉壓變形，故只校核其拉壓應(yīng)力。汽車原地轉(zhuǎn)向時，作用在直拉桿上的力為，產(chǎn)生的拉（壓）應(yīng)力為。其中轉(zhuǎn)向拉力的值確定從兩個方面：

（1）轉(zhuǎn)向阻力矩Mr在直拉桿上產(chǎn)生的拉（壓）力Fr

由上述校核可知：直拉桿強(qiáng)度的安全系數(shù)為1.65，處于要求（1.5～2.5）臨界范圍。

4.結(jié)論

1）拉桿的斷裂性質(zhì)為過載斷裂;

2）斷裂原因?yàn)檫x用30x5直徑拉桿有效承載截面減小，安全系數(shù)偏低，在沖擊作用下發(fā)生斷裂，更改為35x7直徑拉桿提高安全系數(shù)，可有效避免拉桿斷裂問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)揚(yáng)，劉志國，高華云，等.汽車造型設(shè)計(jì)概論[ M] .北京：清華大學(xué)出版社，2005.35 -36.

[2]李瑩，劉高遠(yuǎn)，張立新.某汽車車輪半軸斷裂失效分析[ J] .失效分析與預(yù)防，2007，2（2）：40 -44.