浅谈客车转向节臂断裂的故障分析方法

夏子意

摘要：转向节臂是车辆实现转向功能必不可少的連接部件，转向节臂发生故障，会影响车辆转向功能，极有可能造成行车事故，对于转向节臂相关故障现象，建议通过产品材料分析、CAE结构强度对比分析、外观设计尺寸三方面进行故障诊断，追根溯源，彻底断绝类似故障的产生，本文结合实例探讨相关故障分析方法，为同行提供一些参考经验。

关键词：转向节臂;断裂;故障分析;方法

行车过程中，驾驶员通过方向盘施加转向力矩，通过传动杆、方向机、    转向摇臂、转向节臂等传动机构，最终将力矩传入轮毂，形成车辆偏转功能。由此可知，转向节臂是车辆实现转向功能必不可少的连接部件，转向节臂发生故障，会影响车辆转向功能，极有可能造成行车事故，对于转向

节臂等相关部件引起的故障现象，运输企业往往采用更换零部件的方法来解决，并不注重后期的故障原因分析。因此车辆运营后期，往往会出现类似的故障现象，影响企业正常的生产经营秩序。我部室长期从事企业车辆技术保障工作，结合以往一些车辆故障分析案例，建议通过产品材料分析、CAE结构强度对比分析、外观设计尺寸分析三方面进行故障诊断，追根溯源，以期达到避免类似故障产生的目的，接下来以本公司某纯电动公交客车转向节臂断裂故障分析为例，加以说明。

2019年 12月，我公司一台6 米纯电动公交客车，车辆出现前桥左转向弯臂横拉杆球头安装孔位置断裂的故障。接到反馈后我部室人员立即到现场查看，并协调客车厂家、车桥供应商带配件到现场修复车辆。同时安排对同批次车辆进行全面排查，发现可疑件立即更换处理。为彻底断绝类似故障现象，我部室成员经讨论，决定通过厂家研发中心对产品材料、CAE结构强度对比、外观设计尺寸几方面进行分析处理，过程如下：

一、损坏旧件材料分析

经对旧件分析，裂源处有一台阶条纹，扩展区平整。裂源处截取试样作金相，基体组织为回火索氏体（8级），硬度229HBW。查转向节臂以往来料（批次：171011、180818、190524、191008）金相检测记录，结果：合格。

二、实物CAE分析

（一）建立模型

针对该6 米纯电动公交车2.5吨前桥转向节臂进行结构强度对比分析，三维模型如下所示：

采用ISO/GB车辆坐标系，x轴指向车辆前进方向反方向，y轴指向车辆前进方向右侧，z轴竖直向上。采用四面体单元，零部件属性如下表所示：

（二）扭矩加载说明

1、转向机最大输出扭矩工况：最大输出扭矩Mr=1470N.m，摇臂长度160mm，则施加于转向节臂上的力为：

2、原地转向工况：按汽车工程手册经验公式

其中，f为滑动摩擦系数，取0.7;p为轮胎气压，取0.9Mpa;

直拉杆连接孔中心到臂安装孔中心的距离为150mm，则施加于其上的力为：

（三）应力分析及结果

在原地转向工况下，实物扫描结构及设计结构转向节臂安全系数均大于2，满足结构强度使用要求;

三、尺寸检查分析

旧件检测结果不合格，图纸要求内侧壁厚要厚于外侧壁厚。经对库存件抽查，检测结果合格，因零件形状复杂，旧件不合格原因是个别零件加工时轴线偏移，导致内侧壁厚偏薄。

四、结论

由于裂源部位尺寸偏薄，内侧R表面存在切边刀痕过深，沿切边刀痕引发应力集中，形成裂纹源，造成疲劳断裂。依据查金相来料检验记录及对库存件尺寸检测结果，判断该故障是个别批次金相及尺寸不合格。

五、改进措施

1、考虑到该臂加工过程有偏移轴线的误差，导致壁厚偏薄，对该臂进行提升，在孔壁处进行加厚（见下表）。通过CAE分析，改进后结构安全系数达到3.35。

2、针对毛坯切飞边问题，制订外观标准，规定切边刀痕深度≤1mm。下发供应商实施。

3、要求供应商出厂前100%探伤，来料检验100%探伤。

4、要求供应商金相控制在1-4级，来料检验由原来每3 批检测一次，提升为每批检测。

5、反馈供应商对热处理工艺整改，安排质量专家前往供应商现场监督、指导整改，在下批到货体现整改状态，2019-12-11已到达供应商现场。

六、处理措施

针对该批车辆全部更换改进型转向节臂，改进型转向节臂样件生产及台架试验验证后，于2019年 12月底可开始批量更换。目前为止无类似故障现象发生。

利用微观结构分析结合力学、外观尺寸设计分析，是一种良好的多元分析方法，可考虑应用于其他车辆结构部件相关故障分析过程。

参考文献：

[1] 朱金宝，宋小伟，肖聪，王涛，范学群.某电动轻卡转向节臂断裂失效分析及优化[J].汽车实用技术，2019（13）：3-5.

[2] 马宇，孟慧杰.转向节臂圆锥销孔载荷分布规律研究[J].机电技术，2014（06）：104-106.

[3] 王若平，王延强，林军.汽车转向节臂疲劳仿真[J].拖拉机与农用运输车，2007（02）：37-38.