汽车车桥的失效机理与可靠性分析

姚成林+孙博

摘 要：在汽车行业，可靠性已经成为人们评价一款产品、甚至一个品牌及企业的重要技术指标之一。本文通过分析汽车车桥的失效机理，延伸分析汽车车桥结构的可靠性，希望能够为汽车可靠性的研究提供有益借鉴。

关键词：汽车车桥；失效机理；可靠性

1前言

随着科技的不断进步以及消费者消费心态的成熟，可靠性成为产品设计过程中一个备受关注的因素。具有较高的产品可靠性，可以有效的提高品牌溢价能。在汽车企业中，管理者已经充分认识到产品可靠性对企业发展的重要作用。设计者已经将汽车的可靠性视为衡量汽车质量的核心指标。从汽车的结构上看，车桥是汽车的关键部件，整车的安全性极大地依赖于车桥的强度。本文将从车桥的失效机理切入，通过对失效的分析提出可靠性提高的方向。

2汽车车桥的失效机理

2.1汽车车桥通过悬架与车架（或承载式车身）相连接，其两端安装车轮。车桥的作用是承受汽车的载荷，维持汽车在道路上的正常行驶。大多数汽车采用前置后驱动，前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥；而前置前驱汽车则前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。

2.2什么是失效？产品在规定的条件下，在规定的时间内，不能完成规定功能的现象称为失效，也叫故障。

2.3汽车车桥的常见失效形式

2.3.1异响

现象及原因：

①汽車行驶中有“哽哽”或“嗯嗯”的响声，还带有金属摩擦声，车速加快响声增大，脱挡滑行时响声明显减弱或消失，这是减速器齿轮齿面损伤，一般是齿轮接触印痕位置不对，偏高或偏低导致；

②汽车后桥的齿侧间隙不当的响声。主减速器各轴承预紧度正常情况下，在汽车起步短时间内或换挡时，后桥处出现金属撞击声，当车速稳定后撞击声变为连续的噪声，当油门急剧变化的瞬间，后桥出现无节奏的“喀啦”、“喀啦”响声，这一般是齿侧间隙过大；若汽车低速行驶有“嗷嗷”的响声，类似消防车的警笛声，在加速或减速时有“咝咝”的响声，并伴有后桥发热现象，这一般是齿侧间隙过小。

③汽车后桥齿侧间隙不均的响声。汽车起步或车速急剧变化时，出现有节奏的“哽哽”响声，同时在汽车转弯时，车身后部伴有抖动现象，通常是齿侧间隙不均引起的异响，主要因为差速器壳螺钉松动，从动齿轮齿圈铆钉（有的车是螺钉）松动，齿轮工作时产生偏摆、跳动，引起齿侧间隙时大时小，是造成齿侧间隙不均的直接原因。

④汽车后桥的轴承预紧度不当的响声，比侧齿间隙过小的响声尖。后桥处可听到较均匀的“嘤嘤”连续的响声，其车速越高响声越大，并伴有减速器壳发热现象，这一般是轴承预紧度过大导致。

2.3.2漏油

故障现象：当停车后，如果发现桥壳外表面或制动鼓周围有油迹，或地面有泄露的齿轮油，表明汽车后桥有可能漏油。

故障原因：

①主减速器主动齿轮油封装配不正；

②轴承座铸件疏松有砂眼。这种情况通过更换油封不能解决问题，必须更换轴承座

③齿轮油加注过量；

④装配半轴时损坏了油封刃口；

⑤后桥半轴总成与凸缘连接孔偏斜，导致半轴和凸缘不同心，因而多次损坏半轴油封；

⑥后桥内油封损坏，润滑油从内轮盘甩出。

3车桥的结构可靠性分析

3.1什么是可靠性

产品在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等来评价产品的可靠性。例如，汽车在使用过程中，当某个零件发生故障，经过修理后仍然能够继续驾驶。

3.2汽车可靠性提升

可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。产品在设计、应用过程中，不断经受自身及外界气候环境及机械环境的影响，而仍需要能够正常工作，这就需要用试验设备对其进行验证，这个验证基本分为研发试验、试产试验、量产抽检三个部分。

3.2.1可靠性提升的主要方法

3.2.1.1可靠性设计

ESSUS 软件的分析对象是机械系统在某一参数下的发生概率。该软件依托于通用数字分析方法和最先进的概率算法，对工程系统的可靠性进行分析与计算。其优点主要体现在以下几个方面：第一，它能够对材料特性和初始条件等进行模拟，策略边界条件的随机性；第二，它能够为机械产品的设计者提供强大、稳定的建模；第三，该软件采用了最新、最先进的概率计算方法，能够解决工程应用问题，如结构可靠性计算等。

3.2.1.2可靠性试验

①台架试验。测试车桥的规定时间的功能是否能够保持完好，来判断车桥的耐久性及可靠性

②通过整车耐久试验，验证车桥的可靠性。整车试验一般要求具有固定路形的特殊可靠性道路、变速跑道、砂石路等。通过整车试验，测试车桥的耐久与可靠性。

3.3汽车车桥的可靠性分析

3.3.1后桥结构的可靠性分析

后桥输入的参数为弹簧满轴载荷 PMAX，弹性模量EX，泊松比 PRXY，材料密度 DEN，材料的屈服强度 YIES。根据应力 - 强度干涉模型，输入极限状态方程：

Z = YIES/SMAX-1 （1） SMAX = FE（PMAX， EX， PRXY， DENSITY） （2）

因为方程为线性，且随机变量都呈正态分布，因此在 NESSUS 中的分析方法中首选SMV 这一方法，同时将信度设为 95%，继而定义 NESSUS 的概率分析参数，并按照概率计算方法求出结构运算点，对最终的结果进行整理和统计。

3.3.2前桥结构的可靠性分析

根据前桥的不同工况进行相应的可靠性分析，继而按照其灵敏度的计算结果，全面衡量前桥的可靠性，了解前桥可靠性对个体变量的依赖程度。为了确保安全性，在外部加载的条件下，设计者应该使屈服极限而导致的失效概率低于最大主应力。一旦前者高于后者，机械产品就会因为系统失效问题而引发安全事故。虽然MV 方法已经十分客观，但是不排除具有计算误差，因此应合理使用其他方法。

4结束语

通过对车桥的失效形式及机理进行分析，并从汽车可靠性设计、可靠性试验等方面提出提升可靠性的思路。希望能够为其他从业人员的研究提供一些思路。

参考文献：

[1] 姜武华王其东.基于可靠性的车桥结构多学科优化[J].汽车工程，2012（12）.

[2] 陈喆，王伟.汽车车桥结构有限元分析[J].机械，2012（12）.