汽车前轴疲劳实验的断口分析恩施

汽车前轴疲劳实验的断口分析

汽车前轴疲劳实验的断口分析 2011： 分类号：TH133.2　文献标识码：A文章编号：1001-3997(2000)01-0038-03Fracture Analysis of the Front Axle of Bus under Fatigue TestLI LI　 SHI Wei-jia　(Shenyang Arch. And Civ. Eng. Inst Shenyang 110015, China)YANG Chun-you(Shenyang Ywo Three factory, Shenyang 110015, China)Abstract：In this paper, The factors of fracture for the front axle of bus are analyzed with the help of FTA(fault tree analysis) and the macroscopic and microcosmic fracture are also discussed. The results show that the process fault leads to the failure of the axle under fatigue test.Key words：Front axle； Fracture analysis； FTA； Fatigue▲　　前轴是汽车的重要部件，它直接影响汽车行驶的可靠性与安全性，因此必须具有足够的强度、刚度及抗疲劳性能。为提供改进该产品的依据，对该车型的前轴应力分布状态进行了分析，其中包括刚度试验、垂直弯曲疲劳试验、桥管材质的性能试验、光弹试验。在垂直弯曲疲劳试验中出现了轴的断裂。　　断口是研究失效过程的重要依据，通过宏观及微观断口分析，来判断失效的原因。　　该汽车的前轴是焊接组合件。影响断裂的因素较多，因此，应用故障树分析技术结合断口分析，将产生断裂的原因进行系统的描述，可准确地找出失效故障的主要原因。1　试验条件及断口位置　　汽车前轴的垂直弯曲疲劳试验是在液压疲劳试验机(PME-50型)上进行的。　　(1)试验数据：输入250次/min(1.5万次/h)的脉动载荷；输入载荷为3.5倍的额定载荷。　　(2)断口位置：由产品中随机抽取5根轴作试件，其中4个试件在不同加载次数以后发生了断裂，断口位置如图1、表1所示。图1　断口位置表1　断口位置轴序号断口位置加载次数1焊缝A-A34万次2变断面附近C-C70万次3未破断100万次(载尾试验)4焊缝旁B-B41万次5焊缝A-A37.5万次2　建立前轴断裂的故障树 　　故障树的建立：把系统中(部件)最不希望发生的失效状态作为故障分析的目标，即作为顶事件；把顶事件发生的所有可能的直接因素作为中间事件；导致中间事件的所有可能发生的直接原因作为底事件。把各个事件用相应的代表符号按其逻辑关系连接起来，组成故障树。用矩形符号表示顶事件及中间事件；圆形符号表示低事件；形表示与门符号；形表示或门符号。图2为建立的前轴断裂的故障树。图2　故障树3　故障树综合分析　　由试验统计，试件在经过3×105次以上的脉动弯曲应力作用后发生了断裂。其断口均与最大拉应力成90°角。肉眼可较清楚地看到断裂源区、疲劳扩展区及瞬断区。因试验加载均匀，所以在扩展区看不到贝纹线，但放射花纹仍较清楚。断裂核心均处于弯曲应力受拉一侧，瞬断区在其对边，断口均无明显的塑性变形，符合疲劳断裂的特征。　　断口的瞬断区呈纤维状，比例占整个断面的1/2以下。试验载荷为额定载荷的3.5倍，同时，也对实际承载情况进行了光弹试验与材料机械性能试验。通过光弹试验，证明受弯曲应力各截面处的试验应力与理论计算值接近。试验结果见表2(单位kg/cm2)。表2　试验应力与理论计算值关系圆管部分理论计算值光弹试验值误差%　压边9208853.80　拉边9209101.09　　检查毛坯、锻件，没发现锻造缺陷，由毛坯金相检查可见金相组织与选择材料基本相符。　　通过以上分析，可排除由强度计算、材料选择及热处理因素的影响。断裂主要影响因素可以考虑冷加工及热加工工艺缺陷。由于该汽车前轴是焊接组合件，轴端与轴管是经热装后再焊接而成的，制造工艺的影响因素较复杂，断口的宏观形貌亦呈现出完全不同的断面。因此，必须对断口作更进一步的具体分析。 4　断口分析　　四个断口按其位置可分为三类：　　(1)轴管变断面附近断裂(C-C断面)　　2轴的断裂属此类断口，在扫描电镜照片(图3)上，可看到第一阶段裂纹沿滑移面扩展，第二阶段裂纹沿与正应力相垂直的方向扩展。裂纹起源于冷加工的表面不平处。其断裂是由于孔的冷加工表现粗糙度未达到图纸要求，加工刀痕起到尖缺口作用。

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