淺談汽車變速器維修決策方法

鳳建文

（川慶鉆探工程公司長慶固井公司，陜西 西安 710021）

1 故障模式和影響分析FMEA概述

FMEA 是“Failure Mode and Effect Analysis”的縮寫，即“故障模式和影響分析”，是生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)事前預(yù)防的分析手段。一個(gè)系統(tǒng)是由若干相關(guān)的零部件構(gòu)成，當(dāng)一個(gè)零件或者構(gòu)件出現(xiàn)故障時(shí)，上層的構(gòu)件或者系統(tǒng)就會(huì)受到相應(yīng)的影響。通過FMEA逐步的分析，可以得出系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)性、安全性等所受的影響，并確定可能導(dǎo)致重大故障或損失的零件或構(gòu)件。從而采取相應(yīng)的措施。FMEA通過危害度計(jì)算，將故障的重要度加以量化，確定故障等級(jí)，可以很清晰的看到每個(gè)零部件的危害度等，并確定容易造成重大事故或損失的零部件。可以比較容易地進(jìn)行與品質(zhì)、可靠性、維護(hù)性、安全性等有關(guān)的設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)上的改善，使目標(biāo)系統(tǒng)的相關(guān)品質(zhì)、技術(shù)參數(shù)和可靠性得到提高。FMEA還可用于故障診斷設(shè)置的設(shè)計(jì)等方面的。FMEA的最初目的是為故障（模式）評(píng)價(jià)提供最低需要的信息，為了將分析結(jié)果適當(dāng)引用到下一階段。

FMEA通常包括以下基本步驟:（l）首先定義分析對(duì)象，確定產(chǎn)品的工作特性及任務(wù)要求，作為分析的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)；（2）根據(jù)分析的目的和要求，定義分析的基本條件和假設(shè)；（3）根據(jù)數(shù)據(jù)資料和工程試驗(yàn)，全面識(shí)別并按規(guī)定的規(guī)則記錄產(chǎn)品中所有組成部分的故障模式；（4）結(jié)合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性和相關(guān)信息，確定每個(gè)故障模式對(duì)整個(gè)產(chǎn)品工作及狀態(tài)的影響，同時(shí)確定每個(gè)故障模式的產(chǎn)生原因及發(fā)生概率；（5）根據(jù)預(yù)先的定義和假設(shè)，將故障模式按其影響的等級(jí)分類，分別計(jì)算故障模式及組成部分的危害度；（6）根據(jù)故障模式的發(fā)生概率（危害度）及后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行排序；（7）根據(jù)排序結(jié)果分析識(shí)別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并確定關(guān)鍵項(xiàng)目；（8）針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵項(xiàng)目提出改進(jìn)及控制措施建議，形成分析報(bào)告；（9）應(yīng)將分析結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)，并根據(jù)結(jié)果確定是否需要設(shè)計(jì)更改，作為是否確認(rèn)設(shè)計(jì)結(jié)果的決策依據(jù)；對(duì)于設(shè)計(jì)更改部分，應(yīng)重復(fù)上述步驟，以確保設(shè)計(jì)更改的正確性。

2 變速器ZF5S-111GP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

北方奔馳系列重型載貨汽車全部采用機(jī)械式變速器，ZF5S-111GP型變速器由具有5個(gè)前進(jìn)檔(其中一個(gè)為爬行檔)及一個(gè)倒檔的齒輪式主變速器和具有兩個(gè)檔位的后置行星齒輪式副變速器兩部分組成。除了主變速器的倒檔和爬行檔外，主變速器其余各檔以及副變速器各檔位都裝有鎖環(huán)式慣性同步器，且為斜齒常嚙合結(jié)構(gòu).，主副變速器之間用螺栓連接成一體。

該變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與一般常嚙合式變速器類同，由四根軸和若干齒輪、軸承等機(jī)件組成。在第一軸的后軸段有中心油道，油道出口端插有用以連接第二軸中心油道的油管，在軸的中段有與中心油道相通的徑向油道，軸承蓋的座孔前部裝有兩個(gè)油封，內(nèi)油封由氟化橡膠制成，外油封由丁腈橡膠制成。第二軸總成兩端通過軸承分別支承于主變速器殼座孔和第一軸驅(qū)動(dòng)齒輪的中心座孔。后端為向心短圓柱滾子軸承，前端為無外圈的滾柱軸承。兩軸承內(nèi)圈分別通過彈性擋圈或鎖圈軸向鎖緊。通過后軸承外圈上的彈性擋圈和副變速殼對(duì)該軸承外圈的軸向壓緊以限制第二軸的軸向移動(dòng)，在副變速器與后軸承外圈端面之間的調(diào)整墊圈用以調(diào)整第二軸的軸向移動(dòng)量。

3 ZF5S-111GP變速器可能發(fā)生的故障

根據(jù)該變速器的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)以及工作狀況，一般會(huì)出現(xiàn)一下幾種故障：（1）自行脫檔；（2）變速器過熱；（3）換擋時(shí)間長或換擋困難；（5）換擋發(fā)響；（6）變速器跳擋、脫檔；（7）變速器亂擋；（8）變速器異響；（9）變速器漏油；（10）輪齒磨損；（11）軸承失效。

4 ZF5S-111GP變速器的危害性分析

對(duì)于ZF5S-111GP變速器的危害性分析主要涉及的數(shù)據(jù)有故障率、故障模式頻數(shù)比、故障影響概率以及工作時(shí)間，其中故障率和故障模式頻數(shù)比，根據(jù)常見汽車變速箱傳動(dòng)部件的失效比重進(jìn)行估算。通過對(duì)ZF5S-111GP變速器的每個(gè)零部件的危害性分析，可以發(fā)現(xiàn)，齒輪的危害度最大為1，其它危害度比較大的是同步器為0.6，變速器軸為0.48，軸承為0.34，接合套為0.24；對(duì)于以上幾個(gè)零件，一旦出現(xiàn)故障，對(duì)變速器的工作會(huì)有嚴(yán)重影響。這幾個(gè)零件的高危害度值貢獻(xiàn)最大的因素就是它們的高故障模式頻數(shù)比，換句話說就是因?yàn)檫@些零件在變速器工作的過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致了進(jìn)行危害度分析時(shí)出現(xiàn)的高危害度。因此建議對(duì)這些零件采用更好的材料，更好的加工工藝，更合適的熱處理方式。同時(shí)，應(yīng)對(duì)這些零件進(jìn)行定期維修，隨時(shí)更換即將損壞的零件。

5 AHP在變速器維修決策中的應(yīng)用

5.1 層次分析法概述

層次分析法是在20世紀(jì)70年代初提出的一種分析法，簡稱AHP，所謂AHP就是把復(fù)雜的問題中的各種因素，通過劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，使之條理化，根據(jù)對(duì)一定客觀現(xiàn)實(shí)的判斷就每一層次相對(duì)重要性給予定量表示，利用數(shù)學(xué)方法確定表達(dá)每一層次的全部元素的相對(duì)重要次序的權(quán)值，并通過排序的結(jié)果分析和解決問題的一種決策分析方法。

利用AHP法求解多目標(biāo)決策問題，一般計(jì)算過程有四步：建立問題的遞階層次結(jié)構(gòu)模型；構(gòu)造兩兩判斷矩陣；層次單排序及層次總排序。

5.2 建立層次結(jié)構(gòu)模型

AHP的關(guān)鍵在于建立層次結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)對(duì)問題的分析，在弄清問題范圍，明確問題所在及其相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，將問題所包含的因素，按照某些共性進(jìn)行分組，具有共性的相關(guān)因素可以看成是系統(tǒng)中的一個(gè)新的層次，這個(gè)層次可以把上層和下層按照一定的關(guān)系連接起來，同樣，根據(jù)相同的原則，可以分出許多新的層次，當(dāng)然分的層次越多，問題就越明晰，同時(shí)帶來的也就是復(fù)雜的分析過程。這樣，就可以把問題分解成由最高層、若干中間層和最底層組成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標(biāo)層又稱最高層，表示解決問題的目的，即層次分析要達(dá)到的總目標(biāo)。準(zhǔn)則層又稱中間層，表示采取某種措施、政策、方案等來實(shí)現(xiàn)預(yù)定總目標(biāo)所涉及的中間環(huán)節(jié)，中間層也可以是多層次的。方案層又稱最底層，表示要選用的解決問題的各種措施、政策、方案等。

5.3 建立變速器維修決策的層次模型

構(gòu)建層次分析模型主要分兩步，一是篩選各項(xiàng)因素、綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建過程；二是權(quán)重確定、評(píng)價(jià)決策過程。根據(jù)層次分析法的原理，將各項(xiàng)因素按其屬性進(jìn)行分組，各組構(gòu)成遞階結(jié)構(gòu)，形成多層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

詳細(xì)的層次結(jié)構(gòu)如下圖所示：

6 結(jié)論

汽車的安全可靠運(yùn)行離不開對(duì)汽車的保養(yǎng)維護(hù)。合理的維修方式能提高汽車的可靠性和使用年限。但是面對(duì)多種多樣的車輛，構(gòu)造功能各式各樣，很難確定其最佳的維修方式，本文針對(duì)汽車變速器進(jìn)行了故障模式影響分析以及故障樹分析，最后用層次分析法決策出汽車變速箱的最佳維修方式。

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