淺談客車轉向節臂斷裂的故障分析方法

夏子意

摘要：轉向節臂是車輛實現轉向功能必不可少的連接部件，轉向節臂發生故障，會影響車輛轉向功能，極有可能造成行車事故，對于轉向節臂相關故障現象，建議通過產品材料分析、CAE結構強度對比分析、外觀設計尺寸三方面進行故障診斷，追根溯源，徹底斷絕類似故障的產生，本文結合實例探討相關故障分析方法，為同行提供一些參考經驗。

關鍵詞：轉向節臂;斷裂;故障分析;方法

行車過程中，駕駛員通過方向盤施加轉向力矩，通過傳動桿、方向機、??? 轉向搖臂、轉向節臂等傳動機構，最終將力矩傳入輪轂，形成車輛偏轉功能。由此可知，轉向節臂是車輛實現轉向功能必不可少的連接部件，轉向節臂發生故障，會影響車輛轉向功能，極有可能造成行車事故，對于轉向

節臂等相關部件引起的故障現象，運輸企業往往采用更換零部件的方法來解決，并不注重后期的故障原因分析。因此車輛運營后期，往往會出現類似的故障現象，影響企業正常的生產經營秩序。我部室長期從事企業車輛技術保障工作，結合以往一些車輛故障分析案例，建議通過產品材料分析、CAE結構強度對比分析、外觀設計尺寸分析三方面進行故障診斷，追根溯源，以期達到避免類似故障產生的目的，接下來以本公司某純電動公交客車轉向節臂斷裂故障分析為例，加以說明。

2019年 12月，我公司一臺6 米純電動公交客車，車輛出現前橋左轉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場查看，并協調客車廠家、車橋供應商帶配件到現場修復車輛。同時安排對同批次車輛進行全面排查，發現可疑件立即更換處理。為徹底斷絕類似故障現象，我部室成員經討論，決定通過廠家研發中心對產品材料、CAE結構強度對比、外觀設計尺寸幾方面進行分析處理，過程如下：

一、損壞舊件材料分析

經對舊件分析，裂源處有一臺階條紋，擴展區平整。裂源處截取試樣作金相，基體組織為回火索氏體（8級），硬度229HBW。查轉向節臂以往來料（批次：171011、180818、190524、191008）金相檢測記錄，結果：合格。

二、實物CAE分析

（一）建立模型

針對該6 米純電動公交車2.5噸前橋轉向節臂進行結構強度對比分析，三維模型如下所示：

采用ISO/GB車輛坐標系，x軸指向車輛前進方向反方向，y軸指向車輛前進方向右側，z軸豎直向上。采用四面體單元，零部件屬性如下表所示：

（二）扭矩加載說明

1、轉向機最大輸出扭矩工況：最大輸出扭矩Mr=1470N.m，搖臂長度160mm，則施加于轉向節臂上的力為：

2、原地轉向工況：按汽車工程手冊經驗公式

其中，f為滑動摩擦系數，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）應力分析及結果

在原地轉向工況下，實物掃描結構及設計結構轉向節臂安全系數均大于2，滿足結構強度使用要求;

三、尺寸檢查分析

舊件檢測結果不合格，圖紙要求內側壁厚要厚于外側壁厚。經對庫存件抽查，檢測結果合格，因零件形狀復雜，舊件不合格原因是個別零件加工時軸線偏移，導致內側壁厚偏薄。

四、結論

由于裂源部位尺寸偏薄，內側R表面存在切邊刀痕過深，沿切邊刀痕引發應力集中，形成裂紋源，造成疲勞斷裂。依據查金相來料檢驗記錄及對庫存件尺寸檢測結果，判斷該故障是個別批次金相及尺寸不合格。

五、改進措施

1、考慮到該臂加工過程有偏移軸線的誤差，導致壁厚偏薄，對該臂進行提升，在孔壁處進行加厚（見下表）。通過CAE分析，改進后結構安全系數達到3.35。

2、針對毛坯切飛邊問題，制訂外觀標準，規定切邊刀痕深度≤1mm。下發供應商實施。

3、要求供應商出廠前100%探傷，來料檢驗100%探傷。

4、要求供應商金相控制在1-4級，來料檢驗由原來每3 批檢測一次，提升為每批檢測。

5、反饋供應商對熱處理工藝整改，安排質量專家前往供應商現場監督、指導整改，在下批到貨體現整改狀態，2019-12-11已到達供應商現場。

六、處理措施

針對該批車輛全部更換改進型轉向節臂，改進型轉向節臂樣件生產及臺架試驗驗證后，于2019年 12月底可開始批量更換。目前為止無類似故障現象發生。

利用微觀結構分析結合力學、外觀尺寸設計分析，是一種良好的多元分析方法，可考慮應用于其他車輛結構部件相關故障分析過程。

參考文獻：

[1] 朱金寶，宋小偉，肖聰，王濤，范學群.某電動輕卡轉向節臂斷裂失效分析及優化[J].汽車實用技術，2019（13）：3-5.

[2] 馬宇，孟慧杰.轉向節臂圓錐銷孔載荷分布規律研究[J].機電技術，2014（06）：104-106.

[3] 王若平，王延強，林軍.汽車轉向節臂疲勞仿真[J].拖拉機與農用運輸車，2007（02）：37-38.