汽车传动轴断裂故障分析.PDF

记录号：JS-AL-交通运输（铁道、汽车、舰船、桥梁）－102 汽车传动轴断裂故障分析 摘要：试验样车在平坦公路上通过磨合试验、制动试验和坏路试验，随后进行动力性试验时，该车传动 轴与后桥连接端脱落，传动轴万向节焊接叉断裂。本文对传动轴及部件进行了宏观形貌检查，对断裂后 的焊接叉耳断口进行宏、微观形貌检查，对焊接叉的材质进行了分析，结合试验结果，确定了焊接叉断 裂性质，综合分析了传动轴发生故障的原因。结果表明，传动轴焊接叉断裂性质为大应力扭转导致的过 载断裂；导致焊接叉断裂的原因可能与汽车载荷过大和后桥托板设计强度不足有关；建议控制焊接叉耳 材质表面质量，避免脱碳现象；建议对后桥托板设计强度进一步开展相关设计校核和验证试验。 关键词：传动轴；45 钢；大应力；设计强度不足；过载断裂 材料种类/牌号：非合金钢/45 钢 概述 试验样车在平坦公路上通过磨合试验、制动试验和坏路试验，随后进行动力性试验时，该车传动轴 与后桥连接端脱落，传动轴万向节焊接叉断裂。委托方将传动轴故障件委托中国航空工业集团公司失效 分析中心进行分析。 本文对传动轴及部件进行了宏观形貌检查，对断裂后的焊接叉耳断口进行宏、微观形貌检查，对焊 接叉的材质进行了分析，结合试验结果，确定了焊接叉断裂性质，综合分析了传动轴发生故障的原因。 试验过程与结果 传动轴及部件宏观检查 （1）传动轴检查：拆卸后故障传动轴局部形貌见图4 ，传动轴焊接叉一端叉耳断裂，万向节十字 轴已脱落，传动轴焊接部位及花键部位未见异常，传动轴筒体部位平直，未见扭转变形及擦伤等痕迹。 焊接叉 传动轴 花键轴 图4 发生故障后的传动轴结构组件形貌 （2 ）焊接叉检查：焊接叉一侧叉耳断裂，焊接叉与法兰叉相对位置角度接近极限位置，见图5 。 与未使用的万向节组件比较，故障焊接叉耳间距变大，另一侧叉耳外侧已磨平，见图 6 。 1 图5 发生故障后十字轴万向节组件形貌 图6 未使用件与故障件焊接叉对比 焊接叉耳损伤形貌见图 7，发生断裂端叉耳断口一端磨损严重，另一端断口局部磨损，该端产生 较大扭曲变形。经测量，断裂侧叉耳圆周长度为 79mm，未断裂侧叉耳圆周长为 99mm，说明该侧叉耳 断裂后断口已发生严重磨损，叉耳外圆磨损严重，表面漆层已脱落，并可见塑性变形特征。 磨损处 磨损处 断口 断口 叉耳外圆 图7 焊接叉损伤形貌 焊接叉耳侧面形貌见图 8，圆形叉耳孔已产生明显塑性变形，且叉耳孔顶部变形较大。 变形较大位置 图 8 故障后焊接叉耳孔变形特征 焊接叉底部中间位置可见明显漆层磨损特征，见图 9 和图 10，根据安装配合位置判断，此处磨损 痕迹应为法兰叉耳与该侧多次接触磨损所致。 2 漆层磨损处 漆层磨损处 图9 焊接叉底部中间位置一侧表面损伤形貌 图 10 焊接叉底部中间位置另一侧表面损伤形貌 （3 ）法兰叉检查：十字轴与法兰叉部分已卡死，不可自由转动，脱落的万向节与法兰叉组件宏 观形貌见图 11 和图 12，法兰叉耳表面局部漆层已脱落；法兰叉开口增大，滚针轴承套可见外移特征。