某车型驱动桥后桥壳开裂分析

图1㊀后壳盖开裂失效件分析测量故障件板厚为2.7~2.8mm,符合材料拉伸范围要求理论最小允许厚度1.98mm)㊂材料成分见表1,符合标准要P Cr Ni Cuɤ0.035ɤ0.1ɤ0.25ɤ0.0.010.01860.00340.002是焊接时焊渣飞溅到后壳盖表面,会在金属表面产生类似焊接的金相组织,并有一定深度的热影响区,降低后壳盖的强E-mail:576857534@㊂图2㊀球状颗粒附着壳盖表面沿断口试样横截面切取磨制金相试样,经3%硝酸酒精溶液腐蚀㊁清洗㊁干燥后,宏观照片如图3所示,焊缝㊁薄板的位置特征清晰可见㊂置于莱卡DMI5000M 金相显微镜下观察,断口处金相组织为铁素体+珠光体组织,裂纹两侧未见偏析㊁杂质㊁脱碳等现象㊂同时在金相试样上进行洛氏硬度测试,经沃博特洛氏硬度计检测,故障件的洛氏硬度为52HRB ,故障件金相组织和硬度均正常㊂图3㊀裂纹附近金相组织将断口试样经超声波清洗干燥后,置于TESCAN 扫描电子显微镜下观察,起裂区在内侧,为多点起裂,如图4所示㊂图4㊀断口14倍SEM 照片㊀㊀在起裂区未见明显的冶金缺陷,其形貌为准解理+撕裂,如图5所示㊂图5㊀起裂区800倍SEM 照片扩展区形貌为准解理+贝壳纹,如图6所示,为典型的疲劳断口特征㊂图6㊀扩展区1500倍SEM 照片从对故障件的分析结果可以看出,后壳盖属于疲劳断裂,但故障件本身除焊渣飞溅到表面之外,其他方面未见明显的质量缺陷,这就需要从后壳盖的设计及使用环境去判断引起本次失效的原因[2]㊂3　失效原因分析3.1㊀壳盖材料机械性能根据标准GB /T228.1 2010进行材料拉伸试验[3],如图7所示,试样厚度3mm ,宽度30mm ,材料下屈服强度为175MPa ,抗拉强度290MPa ,符合原材料供应商技术协议中定义的要求㊂图7㊀材料拉伸试样3.2㊀CAE 分析根据现在发布的行业标准‘QC /T533 1999㊀汽车驱动桥台架试验方法“中驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验的加载方法,建立CAE 分析模型(图8),得到桥壳后壳盖开裂区域应力为38MPa (图9),壳盖材料屈服强度为175MPa ㊂整车道路试验是按标准负荷加载的,没有发生超载情况,同时桥壳垂直弯曲疲劳台架试验已通过验证[4],且没有出现后壳盖失效故障㊂因此从CAE 分析及台架试验结果判断,后壳盖不可能在只承受垂向力作用下发生疲劳断裂㊂图8㊀CAE分析图9㊀后壳盖应力图3.3㊀路谱采集及台架对标基于故障件㊁原材料机械性能及常用工况CAE 分析结果均未发现异常,有必要对样件的使用环境进行路谱采集,以便进一步查找失效原因㊂应变片贴在后壳盖失效位置(图10),90ʎ为整车X 方向,0ʎ为Y 方向,45ʎ为Z 方向,在试验场地测试开裂位置处的应力应变㊂实测结果表明90ʎ方向(即整车X向)应力应变最大,最大值达到244MPa ,95%道路工况开裂位置应力值为103MPa (图11)㊂图10㊀开裂位置贴应变片图11㊀道路测试应力值根据路谱采集结果,欲在台架上模拟道路试验受力来复制整车上的故障模式㊂将装配主减速器壳体的桥壳总成样件,按主减速器壳体朝上的状态安装在试验台架上(图12),同时在开裂位置贴应变片以监控台架试验工况后壳盖受力与道路试验基本一致㊂共测试3台样件,均出现桥壳后壳盖开裂,开裂位置与道路试验一致㊂对台架试验开裂件进行检测,金相组织㊁材料成分等均正常㊂图12㊀台架试验装置3.4㊀焊接对材料性能的影响文中提到故障件表面有附着焊接时,飞溅到后壳盖表面的焊渣㊂在供应商现场抽取后壳盖表面附着焊渣的样件进行硬度梯度检测,判断焊缝热影响区范围以及焊渣的影响[5]㊂将样件磨制成金相试样(图13),分别进行硬度检测:(1)焊缝热影响区分析:沿图13箭头1方向进行硬度梯度检测,每隔0.5mm 取一个检测点,硬度曲线如图14所示㊂在焊缝区域任取一个点为测试起点(坐标位置0点),距离起点1mm 位置处为焊缝区域,该区域硬度最大为188HB ㊂从位置1mm 点开始,硬度快速下降㊂距起点位置1~2mm 区域为焊接热影响最大的区域,最低硬度为116HB ;距起点位置2~6mm 区域硬度逐步上升,位置6mm 点硬度152HB ,接近母材硬度(ȡ150HB ),焊缝热影响区域在1~6mm 范围㊂本次故障件开裂区域距离焊缝10mm ,因此焊缝热影响区对本次失效基本关联㊂图13㊀抽检试样图14㊀焊缝热影响区硬度梯度(2)焊渣的影响:沿图13箭头2方向进行硬度梯度检测,每隔0.2mm 取一个检测点,硬度曲线如图15所示㊂在焊渣区域任取1点为测试起点(坐标位置0点),距离起点0.2mm 位置处为焊渣区域,该区域硬度最大321HB ㊂从位置0.2mm 点开始,硬度快速下降㊂距起点位置0.2~0.4mm 区域为焊渣热影响最大的区域,最低硬度为137HB ;距起点位置0.4~0.6mm 区域硬度逐步上升,位置0.6mm 点硬度152HB ,接近母材硬度(ȡ150HB ),焊渣热影响区域在0.2~0.6mm 范围㊂从故障件分析来看裂纹有沿焊渣扩展趋势,焊渣对本次故障可能会有一定的影响,但不是关键影响因素㊂图15㊀焊渣热影响区硬度梯度通过以上分析,导致失效的主要原因是道路试验工况整车X 方向作用力大,后壳盖承载能力不足,需要对壳盖的材料进行重新选型㊂4㊀解决措施及验证根据路谱采集的结果,后壳盖材料选择热轧板SAPH440,屈服强度不小于305MPa ,抗拉强度不小于440MPa ㊂按照图12方式进行台架验证,完成80万次循环后,检查后壳盖是否开裂㊂原状态试样在完成80万次台架循环,后壳盖出现开裂;新材料试样,完成80万次循环,后壳盖未开裂,继续进行台架试验至185次循环,试样无裂纹,试验停止㊂台架试验寿命至少提升1.3倍以上,新状态样件也顺利通过整车道路试验考核㊂5㊀结束语综上所述,后壳盖失效是在整车X 向作用力下,后壳盖强度不足引起的㊂在实际工作中,后壳盖通常与桥壳壳体一起组成总成件,按行业标准‘QC /T533 1999㊀汽车驱动桥台架试验方法“中驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验进行验证,往往忽略了来自整车X 方向作用力的台架验证㊂本文阐述的后壳盖开裂是典型的失效案例,通过道路试验路谱采集和台架试验对标分析,可建立适用企业设计研发用的台架验证标准,为今后零部件开发提供理论依据,在设计初期就考虑到类似风险并规避,提高开发效率㊂参考文献:[1]刘惟信.汽车车桥设计[M].北京:清华大学出版社,2004.[2]李亚江.焊接冶金学[M].北京:机械工业出版社,2007.[3]刘春廷.材料力学性能[M].北京:化学工业出版社.2009.[4]邓开豪.汽车桥壳焊缝漏油原因分析及改进措施[J].装备制造技术,2008(4):131-132.[5]李晓丽,王俊杰,路强.汽车驱动桥后盖焊缝㊁渗油漏油原因分析及改进措施[J].汽车实用技术,2015(7):110-111,116.。

后桥常见故障的分析与排除作者：高鹏云来源：《农机使用与维修》2014年第09期后桥是传动系中最后一个总成，将传动轴传来的发动机的动力传给驱动车轮，并能降低转速，增大扭矩，以保证车辆具有足够的牵引力和合适的车速。

同时，改变动力传递的方向和承受汽车的载荷等。

驱动桥具有差速作用，以保证汽车转向或在不平道路上行驶时，轮胎不产生滑移现象。

1.后桥有异响（1）汽车在行驶时，发出一种连续的“咯啦、咯啦”响声，速度越快噪声越大。

这是由于轴承磨损松旷，轴承间隙调整不当，轴承轨道、滚柱疲劳剥落，轴承架损坏等引起。

（2）汽车在行驶中发出一种连续“咕咚、咕咚”的响声。

应检查中间轴两端的轴承盖是否松动，轴承盖接合面是否有漏油现象。

若有，多是由于差速器壳两端轴承不同轴，轴承转动时有较大阻力，引起齿轮啮合时移位而发出响声。

应分解并检查轴承座孔的同轴度，如超过0.3 mm，应焊补并镗孔修复。

差速齿轮轴的两个止推螺栓松脱，差速齿轮轴产生窜动，严重时会打坏箱体。

（3）汽车在行驶中换挡减速或急剧改变车速时（特别在拖车时），听到“咣当、咣当”的撞击声。

这是由于主、被动齿轮啮合间隙过大、突缘紧固螺母松动或轴承座固定螺栓松动引起。

停车后可拆下后桥盖，用铁棍拨动圆锥被动齿轮检查，如晃动量过大，就是间隙过大，应予调整，拆下检修。

（4）汽车在加速或收油门降速时，听到一种“咝……”的响声，同时后桥发热。

这是由于主、被动齿轮啮合间隙过小；主、被动齿轮啮合印迹不良；润滑油油质不符合规定引起。

箱体内润滑油不足或黏度不够，造成润滑不良，齿轮传动时发热，会产生不正常的声响。

（5）汽车在行驶中，突然听到有剧烈响声。

这是由于主、被动齿轮牙齿打坏或有异物引起。

（6）汽车在直线行驶时正常，但汽车转弯时，发出一种不正常的响声（因转弯时差速器在工作）。

这是由于行星齿轮与行星齿轮轴发咬；行星齿轮与半轴齿轮不配套，啮合不良；齿轮止推垫圈磨损过甚；齿轮表面伤损或断齿而引起。

科技与企业 221科技汽车后桥壳开裂的分析与改进【摘要】针对某汽车在丘陵地带矿区路上行驶过程中出现故后桥壳一侧弹簧座附近、近似垂直于轴向短焊缝末端开裂现象，通过桥壳断口形貌进行了宏微观观察，对桥壳基体进行了组织检查，确定了桥壳的开裂性质，分析了开裂的可能原因并提出改进方向。

【关键词】后桥壳；分析；开裂性质；改进随着汽车底盘技术日新月异的发展，汽车用高强度金属板材的应用与研究已经逐步引起了汽车制造厂商的重视，关于汽车桥壳强度的分析，有必要得到更深层次研究和开发。

1.概述某汽车在丘陵地带矿区路上行驶过程中出现故障，停车分解检查，发现后桥壳一侧弹簧座附近、近似垂直于轴向短焊缝末端开裂。

截止至发现后桥壳开裂时，汽车累计行驶路程为27662km。

故障发现前司机没有发现行车异常情况。

该桥壳为冲焊结构，首先经弯曲对接，然后用CO2气体保护焊焊接成型。

桥壳材料为A510L钢。

2.试验过程与结果2.1外观检查板桥外观及开裂位置均在桥壳的背面，位于弹簧座附近，与车辆的前进方向相反，沿桥壳周向分布；开裂区域未见异常损伤。

2.2断口宏观观察断口的整体形貌显示断口表面较为平整，有少量的塑性变形。

断口上可观察到较为明显的疲劳源区和疲劳弧线，裂纹扩展方向为沿桥壳周向，瞬断区出现了严重的磨损。

源区起源于焊缝区外表面一侧。

为进一步对断口进行观察，将断口放于体视显微镜下进行观察。

桥壳断口的宏观形貌分别见图1。

由图1可以看出，桥壳的源区起源于焊缝外表面一侧，为点源特征。

源区被少量油污覆盖，但仍能观察到明显的疲劳弧线，弧线大小间距不等。

疲劳扩展区所占面积较小，而在整个断口上瞬断区所占面积较大，瞬断区大部分区域都因磨损而呈现光亮。

2.3断口微观观察将断口经超声波清洗后放入扫描电镜下观察。

桥壳断口低倍形貌见图2a，源区的局部放大图见图2b。

从图中可以观察到明显的疲劳弧线。

源区旁边是焊缝区，该区域存在较为严重的磨损，应为桥壳开裂后形成，见图2c。

第一章绪论1．1 微型车后桥简介后桥位于动力传动系统的末端，是汽车底盘的重要组成部分之一，是影响汽车承载力、运行平稳、动力性等的关键部件。

其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用与路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。

驱动桥一般由主减速器、差速器、半轴总成、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。

对于研究后驱汽车承载力、运行平稳性、动力性等相关性能后桥力学强度分析相对整车来讲是十分必要的。

一段时间以来我公司货车后桥半轴出现在后桥装配到整车后，试车时发生后桥半轴断裂的情况。

后桥半轴为汽车后桥的关键重要部件特为此半轴断裂件做全面的分析研究以确定发生断裂的原因，确保以后杜绝此类现象的发生。

1．2后桥半轴等部件设计的要求及力学分析的必要性后桥总成设计应满足如下基本要求：1）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。

2）外型尺寸及质量要小，但要保证必要的离地间隙。

3）齿轮及其他传动件工作平稳、噪声小。

4）在各种转速和载荷下具有高的传动效率。

5）在保证足够的强度、刚度条件下，尽量质量小，尤其是簧下质量小，以改善汽车平顺性。

6）与悬架导向机构运动协调。

7）使用寿命要长，结构简单，结构性能应满足使用要求，制造方便，维修容易等。

8）必须符合汽车行业相应标准和法规要求。

为了适应激烈的市场竞争，满足用户需求，企业需要开发出高品质、低价位的新产品汽车，后桥作为后驱车的一个关键部件，其质量对整车的安全性能有重要的影响。

微型车桥壳采用整体式，钢板冲压式焊接结构，主减速器采用准双曲面锥齿轮，采用单级减速、主动齿轮采用悬臂式支承，半轴采用半浮式结构。

因而对其相关主要部件进行有效的力学优化分析与设计是非常必要的。

第二章后桥半轴结构特点从差速器传出来的扭矩经过半轴轮毂最后传给车轮，所以半轴在传动系中是传递扭矩的重要零件。

半轴因受力情况不同分为全浮式、半浮式、3/4浮式。

某车型驱动桥后桥壳开裂分析某款车型在矿区山路行驶过程中，驱动桥后桥壳在钢板弹簧位置附近发生开裂，有齿轮油渗出，此失效后桥壳为钢板冲压件，通过气体保护焊焊接而成，其主体为上下两半冲压件。

本文主要对失效件断口通过宏观观察、微观分析、金相检测，确定后桥壳开裂性质，分析可能开裂的原因。

标签：驱动桥后桥壳；钢板弹簧；开裂；断口分析驱动桥后桥壳是汽车重要的组成部分，它不但支撑着汽车的重量，将载荷传递给车轮，还承受制动工况、驱动工况、横向工况、纵向工况及上下跳工况产生的力或力矩，并经悬架传递给车身或车架。

在汽车行驶过程中，由于道路条件的千变万化，桥壳受到车轮与地面间产生的冲击载荷影响，可能引起桥壳变形或开裂，甚至断裂，因此驱动桥后桥壳应具有足够的强度和刚度。

同时其内部装有减速器、差速器、车轮传动装置及齿轮油，不但可以保护上述零部件受到外界的破坏，还可以通过内部的齿轮油润滑零部件之间的摩擦，降低零部件摩擦产生的温度，提高其寿命，所以合理的设计制造驱动桥后桥壳是提高汽车行驶稳定性和操作性的重要措施，如驱动桥后桥壳失效，会影响整车操稳，甚至发生交通事故，威胁生命。

某款车型在矿区行驶过程中，驱动桥后桥壳开裂，对失效件进行分析，结果如下：1 宏观观察驱动桥后桥壳外观及开裂位置见图1，桥壳的开裂位置在桥壳背面，位于钢板弹簧支座附件，与车辆前进方向相反，沿桥壳周向分布，后桥壳表面为电泳黑漆处理，开裂区域附件未见撞击、磕碰等异常损伤。

在后桥壳上截取失效位置，外观见图2。

图1 后桥壳整体结构图图2 失效样件外观观察断口形貌，发现断口表面较为平整，有少量的塑形变形，端口上可观察到较为明显的疲劳源区和疲劳弧线，裂纹扩展方向为沿后桥壳周向，瞬断区出现了严重的磨损，后桥壳源区起源于焊缝区外表面一侧。

为进一步对断口进行观察，将断口放于显微镜下进行观察，后桥壳源区起源于焊缝外表面一侧，为点源特征，源区被少量油污覆盖，但仍能观察到明显的疲劳辉纹，辉纹大小间距不等。

汽车后桥半轴断裂失效分析摘要: 某新型汽车在试验过程中发生后桥半轴断裂故障。

重点对断裂半轴的断口外观进行宏观及微观检查察，结合金相组织检查、淬火层厚度检查、硬度检测、化学成分分析、冲击性能测试和残余应力测试，确定半轴的断裂性质，并对其断裂原因进行了分析。

结果表明，导致半轴断裂的主要原因有淬硬层组织异常、深度相对较深等因素。

关键词: 汽车后桥半轴；断裂失效；0引言失效半轴材料牌号为40Cr，原材料要求参照标准GB3077-88。

半轴材料牌号为40Cr，原材料要求参照标准GB3077-88。

半轴技术要求参照《QC/T 294-1999》，基本加工流程：锻造-机加工-调质-中频淬火-磨削加工-磁粉探伤。

在汽车传动系统中的后桥半轴是关键安全零件之一，为解决半轴断裂故障，准确地分析其失效形式及产生因素，对半轴结构、载荷性质、应力分布等因素及与各种失效形式之间的关系进行了综合分析。

1试验过程与结果1.1半轴外观及断口宏观检查汽车后桥半轴断裂发生在轴杆中部，该部位为中频感应淬火区。

断轴外观断裂处未见明显变形，基本位于半轴中部。

法兰盘杆部和花键杆部外观完整，未见明显变形，半轴表面光亮，未见腐蚀痕迹。

半轴匹配断口宏观形貌见图1，半轴断口基本垂直轴向，断面平齐。

断面分为心部灰色韧断区、中部银亮色环形区和外围灰色脆断区三部分，见图1a。

心部相对粗糙，中部环形区表面可见周向摩擦变形，外围断面可见明显的人字纹状放射棱线，棱线汇聚于轮轴一侧近表面，此处为裂纹源区位置，见图1b。

1.2断口微观观察将轴断口切取后经丙酮超声波清洗后在体式显微镜下进行观察，可见半轴为单点起源，断口中间环形亮带表面磨损，在淬火层裂纹扩展中后期表面存在弧线状挤压损伤，裂纹源区相对一侧淬火区断面存在一条明显的宏观二次裂纹。

将断口放入扫描电镜进行观察。

断口源区形貌见图2，单点起源，源区位于半轴表面，源区未见材质缺陷，靠近源区为沿晶+韧窝断裂特征，扩展阶段以准解理+韧窝断裂特征为主。

10.16638/ki.1671-7988.2021.012.023某轻卡驱动桥桥壳有限元分析杨晓娜，马建勋（郑州科技学院，河南郑州450064）摘要：驱动桥桥壳作为汽车主要承载构件，对整车安全性及可靠性有较大影响。

因此，在车辆正常行驶中，应确保驱动桥壳满足必要的力学性能。

论文采用CATIA建立后桥桥壳的三维建模，运用Hypermesh进行网格划分，建立桥壳的有限元模型，通过ABAQUS软件分析桥壳在不同工况下的应力和应变，得到了桥壳的静态强度和振动频率，为桥壳的结构设计和优化提供理论依据。

关键词：驱动桥壳；有限元；静态强度；结构设计中图分类号：U463.218+.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)12-78-03Finite Element Analysis of a Light Truck Drive Axle HousingYANG Xiaona, MA Jianxun（Zhengzhou University of Science and Technology, Henan Zhengzhou 450064）Abstract:The drive axle housing is the main load-bearing component of car, and its performance has great impact on the safety and reliability of the whole vehicle. Therefore, during normal vehicle driving, it should be ensured that the axle housing meets the necessary mechanical performance requirements. In this paper, the CATIA software is used to establish the 3D model of the rear axle housing on a certain type of truck. Use Hypermesh software to mesh and get the finite element model of the bridge shell. The ABAQUS software was used to analyze the stress and deformation of the axle housing under different working conditions, get the static strength and vibration frequency of the axle housing, provide theoretical basis for lightweight design of axle housings.Keywords: Drive axle housing; Finite element; Static strength; Structural designCLC NO.: U463.218+.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)12-78-03引言驱动桥桥壳作为整车主要的传动和承载构件，其结构性能不仅关乎整车的可靠性与耐久性，还对汽车行进过程中的安全性产生直接影响。

汽车驱动桥后盖焊缝渗油、漏油原因分析及改进措施李晓丽;王俊杰;路强【摘要】For the oil leakage problem on back cover weld of automotive drive axle,this paper focuses on the reason analysis from the field quality control methods,the physical and chemical analysis of the failure components,finite element analysis,and proposes some improvement measures.%针对汽车驱动桥后盖焊缝渗油、漏油问题，从现场质量控制手段，失效件理化分析、有限元分析等方面进行原因分析，制定改进措施。

【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】3页(P110-111,116)【关键词】驱动桥;开裂;焊缝;漏油【作者】李晓丽;王俊杰;路强【作者单位】陕西汉德车桥有限公司，陕西宝鸡722408;陕西汉德车桥有限公司，陕西宝鸡 722408;陕西汉德车桥有限公司，陕西宝鸡 722408【正文语种】中文【中图分类】U472.4CLC NO.:U472.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-110-03驱动桥壳在中重型汽车车桥的中不仅是主减速器、差速器、半轴的装配基体，还是支撑汽车荷重，承受由车轮传来的路面的反力和反力矩，并经悬架传递给车架（或车身）的主要支承体，在中重型汽车车桥中起重要作用，其制造质量对整桥乃至整车的性能产生直接影响。

驱动桥后盖焊缝渗油、漏油的现象一直是桥壳制造中常见的质量问题之一（右图为驱动桥后盖焊缝开裂漏油图片）。

由于后盖渗油、漏油导致减速器内的轴承与齿轮得不到充分的润滑, 磨损加快，严重时甚至出现“抱死”的现象，会造成严重的后果。