淺談汽車變速器維修決策方法

鳳建文

（川慶鉆探工程公司長慶固井公司，陜西 西安 710021）

1 故障模式和影響分析FMEA概述

FMEA 是“Failure Mode and Effect Analysis”的縮寫，即“故障模式和影響分析”，是生產過程中的一項事前預防的分析手段。一個系統是由若干相關的零部件構成，當一個零件或者構件出現故障時，上層的構件或者系統就會受到相應的影響。通過FMEA逐步的分析，可以得出系統的可靠性、維護性、安全性等所受的影響，并確定可能導致重大故障或損失的零件或構件。從而采取相應的措施。FMEA通過危害度計算，將故障的重要度加以量化，確定故障等級，可以很清晰的看到每個零部件的危害度等，并確定容易造成重大事故或損失的零部件。可以比較容易地進行與品質、可靠性、維護性、安全性等有關的設計制造系統上的改善，使目標系統的相關品質、技術參數和可靠性得到提高。FMEA還可用于故障診斷設置的設計等方面的。FMEA的最初目的是為故障（模式）評價提供最低需要的信息，為了將分析結果適當引用到下一階段。

FMEA通常包括以下基本步驟:（l）首先定義分析對象，確定產品的工作特性及任務要求，作為分析的出發點和基礎；（2）根據分析的目的和要求，定義分析的基本條件和假設；（3）根據數據資料和工程試驗，全面識別并按規定的規則記錄產品中所有組成部分的故障模式；（4）結合產品的設計特性和相關信息，確定每個故障模式對整個產品工作及狀態的影響，同時確定每個故障模式的產生原因及發生概率；（5）根據預先的定義和假設，將故障模式按其影響的等級分類，分別計算故障模式及組成部分的危害度；（6）根據故障模式的發生概率（危害度）及后果的嚴重程度進行排序；（7）根據排序結果分析識別系統的薄弱環節，并確定關鍵項目；（8）針對薄弱環節和關鍵項目提出改進及控制措施建議，形成分析報告；（9）應將分析結果及時反饋給設計，并根據結果確定是否需要設計更改，作為是否確認設計結果的決策依據；對于設計更改部分，應重復上述步驟，以確保設計更改的正確性。

2 變速器ZF5S-111GP的結構特點

北方奔馳系列重型載貨汽車全部采用機械式變速器，ZF5S-111GP型變速器由具有5個前進檔(其中一個為爬行檔)及一個倒檔的齒輪式主變速器和具有兩個檔位的后置行星齒輪式副變速器兩部分組成。除了主變速器的倒檔和爬行檔外，主變速器其余各檔以及副變速器各檔位都裝有鎖環式慣性同步器，且為斜齒常嚙合結構.，主副變速器之間用螺栓連接成一體。

該變速器的變速傳動機構與一般常嚙合式變速器類同，由四根軸和若干齒輪、軸承等機件組成。在第一軸的后軸段有中心油道，油道出口端插有用以連接第二軸中心油道的油管，在軸的中段有與中心油道相通的徑向油道，軸承蓋的座孔前部裝有兩個油封，內油封由氟化橡膠制成，外油封由丁腈橡膠制成。第二軸總成兩端通過軸承分別支承于主變速器殼座孔和第一軸驅動齒輪的中心座孔。后端為向心短圓柱滾子軸承，前端為無外圈的滾柱軸承。兩軸承內圈分別通過彈性擋圈或鎖圈軸向鎖緊。通過后軸承外圈上的彈性擋圈和副變速殼對該軸承外圈的軸向壓緊以限制第二軸的軸向移動，在副變速器與后軸承外圈端面之間的調整墊圈用以調整第二軸的軸向移動量。

3 ZF5S-111GP變速器可能發生的故障

根據該變速器的結構功能特點以及工作狀況，一般會出現一下幾種故障：（1）自行脫檔；（2）變速器過熱；（3）換擋時間長或換擋困難；（5）換擋發響；（6）變速器跳擋、脫檔；（7）變速器亂擋；（8）變速器異響；（9）變速器漏油；（10）輪齒磨損；（11）軸承失效。

4 ZF5S-111GP變速器的危害性分析

對于ZF5S-111GP變速器的危害性分析主要涉及的數據有故障率、故障模式頻數比、故障影響概率以及工作時間，其中故障率和故障模式頻數比，根據常見汽車變速箱傳動部件的失效比重進行估算。通過對ZF5S-111GP變速器的每個零部件的危害性分析，可以發現，齒輪的危害度最大為1，其它危害度比較大的是同步器為0.6，變速器軸為0.48，軸承為0.34，接合套為0.24；對于以上幾個零件，一旦出現故障，對變速器的工作會有嚴重影響。這幾個零件的高危害度值貢獻最大的因素就是它們的高故障模式頻數比，換句話說就是因為這些零件在變速器工作的過程中經常出現故障，導致了進行危害度分析時出現的高危害度。因此建議對這些零件采用更好的材料，更好的加工工藝，更合適的熱處理方式。同時，應對這些零件進行定期維修，隨時更換即將損壞的零件。

5 AHP在變速器維修決策中的應用

5.1 層次分析法概述

層次分析法是在20世紀70年代初提出的一種分析法，簡稱AHP，所謂AHP就是把復雜的問題中的各種因素，通過劃分為相互聯系的有序層次，使之條理化，根據對一定客觀現實的判斷就每一層次相對重要性給予定量表示，利用數學方法確定表達每一層次的全部元素的相對重要次序的權值，并通過排序的結果分析和解決問題的一種決策分析方法。

利用AHP法求解多目標決策問題，一般計算過程有四步：建立問題的遞階層次結構模型；構造兩兩判斷矩陣；層次單排序及層次總排序。

5.2 建立層次結構模型

AHP的關鍵在于建立層次結構模型。根據對問題的分析，在弄清問題范圍，明確問題所在及其相關關系的基礎上，將問題所包含的因素，按照某些共性進行分組，具有共性的相關因素可以看成是系統中的一個新的層次，這個層次可以把上層和下層按照一定的關系連接起來，同樣，根據相同的原則，可以分出許多新的層次，當然分的層次越多，問題就越明晰，同時帶來的也就是復雜的分析過程。這樣，就可以把問題分解成由最高層、若干中間層和最底層組成的層次結構模型，目標層又稱最高層，表示解決問題的目的，即層次分析要達到的總目標。準則層又稱中間層，表示采取某種措施、政策、方案等來實現預定總目標所涉及的中間環節，中間層也可以是多層次的。方案層又稱最底層，表示要選用的解決問題的各種措施、政策、方案等。

5.3 建立變速器維修決策的層次模型

構建層次分析模型主要分兩步，一是篩選各項因素、綜合評價模型構建過程；二是權重確定、評價決策過程。根據層次分析法的原理，將各項因素按其屬性進行分組，各組構成遞階結構，形成多層次評價指標體系。

詳細的層次結構如下圖所示：

6 結論

汽車的安全可靠運行離不開對汽車的保養維護。合理的維修方式能提高汽車的可靠性和使用年限。但是面對多種多樣的車輛，構造功能各式各樣，很難確定其最佳的維修方式，本文針對汽車變速器進行了故障模式影響分析以及故障樹分析，最后用層次分析法決策出汽車變速箱的最佳維修方式。

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