淺談客車轉(zhuǎn)向節(jié)臂斷裂的故障分析方法

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。

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