制冷送冷車取力器的可靠性分析*

馮飛燕，侯俊杰

(1.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046011；2.中國人民解放軍第4328工廠，山西 長治 046011)

0 引言

取力器是制冷送冷車的重要零部件，屬于其傳動系統(tǒng)，位于制冷送冷車的變速箱與其后傳動軸之間，通過制冷送冷車的操作控制系統(tǒng)為壓縮機(jī)提供動力，同時(shí)也是汽車底盤行駛的主要組成部分，因此取力器的可靠性能對制冷送冷車的可靠性能有直接的影響。

1 取力器結(jié)構(gòu)組成

取力器主要由連接盤、油封、齒輪軸、齒輪、撥叉、箱體、連接法蘭和皮帶輪等元器件組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1-連接盤;2，9-油封；3-輸入齒輪軸；4-主動齒輪；5-從動齒輪；6-撥叉；7-箱體；8-后輸入齒輪軸；10-連接法蘭；11-后連接盤；12-側(cè)輸出齒輪軸；13-皮帶輪

2 取力器的故障分析

2.1 取力器的故障模式

本文對制冷送冷車使用的取力器出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行了分析，取力器的故障形式及其所占比例見表1。

2.2 取力器故障的原因分析

2.2.1 連接盤的損壞

根據(jù)制冷送冷車的不同工況，發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生并傳遞不同的扭矩，因此取力器的連接盤在使用過程中受發(fā)動機(jī)所傳遞的不同扭矩的影響產(chǎn)生交變應(yīng)力，在長時(shí)間的工作過程中，導(dǎo)致安裝在連接盤內(nèi)的花鍵出現(xiàn)疲勞性損壞。

表1 取力器的故障形式及其所占比例

2.2.2 油封老化

油封在使用過程中受到軸的表面速度、溫度、壓力等因素的影響，在長時(shí)間的工作過程中會出現(xiàn)油封老化現(xiàn)象，致使油封的密封程度進(jìn)一步降低，影響取力器的可靠性。

2.2.3 齒輪表面點(diǎn)蝕或燒蝕

(1) 輪齒在進(jìn)入嚙合時(shí)，齒面接觸處會產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，脫離嚙合后接觸應(yīng)力即消失，呈脈動循環(huán)變化。當(dāng)這種應(yīng)力超過材料的接觸疲勞極限時(shí)，輪齒表面就會產(chǎn)生細(xì)微疲勞裂紋，裂紋隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，使表層金屬微粒脫落而形成不規(guī)則的凹坑或麻點(diǎn)，即疲勞點(diǎn)蝕。

(2) 潤滑油油質(zhì)中存在的雜質(zhì)或齒輪嚙合過程中產(chǎn)生的磨屑，也易導(dǎo)致齒面出現(xiàn)點(diǎn)蝕或面蝕現(xiàn)象。

(3) 齒輪表面燒蝕主要是由于取力器沒有按規(guī)定檢修，箱內(nèi)潤滑油不足造成的。

2.2.4 連接法蘭斷裂

連接法蘭一般為鑄件結(jié)構(gòu)，硬度較差。制冷送冷車的手剎固定盤安裝在連接法蘭上，需要承載手剎制動力。因此當(dāng)手剎制動力太大時(shí)，很容易造成連接法蘭斷裂。

3 取力器的可靠性分析

3.1 建立可靠性模型

系統(tǒng)的可靠性取決于單元的可靠性。在分析取力器的可靠性時(shí)，首先要分析取力器上每個(gè)元器件的可靠性，了解其功能和各元器件之間在功能上的關(guān)系，以及各元器件的功能和故障對整個(gè)取力器的影響。即建立取力器的可靠性框圖，用方框代表系統(tǒng)元器件，按照各元器件的邏輯關(guān)系用短線將各代表元器件的方框連接起來，即可得到取力器的可靠性框圖[1]。

根據(jù)可靠性理論，取力器各元器件之間都是串聯(lián)關(guān)系，其中任意一個(gè)元器件出現(xiàn)故障都可以導(dǎo)致取力器故障。因此，取力器的可靠性模型是由連接盤、油封、齒輪軸、齒輪、撥叉、箱體、連接法蘭和皮帶輪等組成的串聯(lián)系統(tǒng)。取力器的可靠性框圖如圖2所示。

圖2取力器的可靠性框圖

設(shè)U代表取力器無故障工作的事件，Ui代表第i個(gè)元器件無故障工作的事件。根據(jù)取力器的可靠性框圖，各元器件之間是串聯(lián)關(guān)系，只要有一個(gè)元器件失效，系統(tǒng)便失效。所以取力器的正常工作事件出現(xiàn)，等于各個(gè)元器件均正常工作，即U1,U2,…,Un事件同時(shí)發(fā)生，U={U1,U2,…,Un}，根據(jù)計(jì)算概率的規(guī)則來表達(dá)取力器的可靠度。假設(shè)取力器各元器件是相互獨(dú)立的，則：

(1)

(2)

其中：RS為取力器的可靠度；P(U)為取力器正常工作的概率。

由于取力器各元器件之間都是串聯(lián)關(guān)系，根據(jù)可靠性乘積法則，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度等于各單元的可靠度的乘積，因此取力器的可靠度等于各元器件可靠度的乘積[2]。

3.2 取力器的故障樹分析

3.2.1 故障樹的建立

取力器是制冷送冷車傳動系統(tǒng)的主要組成部件,壓縮機(jī)是否能正常工作，主要取決于取力器的性能是否良好。連接盤的作用是連接變速箱輸出軸，將動力傳遞到取力器；油封主要用于密封，防止油液滲漏；齒輪軸用于傳遞扭力；齒輪用于改變動力傳輸?shù)姆较?；撥叉的主要功能是進(jìn)行制冷送冷車壓縮機(jī)與汽車行駛之間的動力轉(zhuǎn)換；箱體主要用于動力傳遞件的安裝固定；連接法蘭主要用于安裝固定手剎盤總成，確保手剎制動力能夠滿足汽車制動時(shí)的要求；皮帶輪主要用于安裝皮帶，滿足制冷送冷車的動力傳輸和輸出轉(zhuǎn)速的要求。

通過分析導(dǎo)致取力器出現(xiàn)故障可能的原因，建立取力器不能正常工作時(shí)的故障樹，如圖3所示。

3.2.2 故障樹的定性分析

故障樹定性分析的目的是找出系統(tǒng)故障或?qū)е马斒录l(fā)生的全部起因，并定性地判斷系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。為此，必須求出故障樹的全部最小割集。割集是能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的一些底事件的集合，當(dāng)這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生。如果割集中的任一底事件不發(fā)生時(shí)頂事件也不會發(fā)生，這就是最小割集[3]。

T-取力器不正常工作；G1-軸承卡滯燒蝕；G2-連接盤損壞；X1-軸承潤滑不足；X2-軸承損壞；X3-連接盤內(nèi)花鍵損壞；X4-連接盤固定螺栓松動

采用上行法，即從故障樹最下面的中間事件算起，按照各自的邏輯關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，從下到上逐次把中間事件和頂事件用基本事件的和表示，逐步將頂事件用基本事件的乘積的和來表示，式中每個(gè)乘積項(xiàng)，即每個(gè)割集代表了故障樹中的每一個(gè)最小割集，從最下面的中間事件開始有：

G1=X1+X2,G2=X3+X4,T=G1+G2.

(3)

頂事件為T時(shí)：

T=X1+X2+X3+X4.

(4)

最小割集K(i=1,2,3,4)為：

K1=X1,K2=X2,K3=X3,K4=X4.

(5)

通過計(jì)算取力器故障樹的最小割集可以找出系統(tǒng)故障發(fā)生的全部起因，了解取力器各種故障發(fā)生的可能性，定量地計(jì)算取力器系統(tǒng)的失效概率和有關(guān)的可靠性參數(shù)，為取力器系統(tǒng)故障分析、維修及技術(shù)改進(jìn)提供可靠的定量數(shù)據(jù)，同時(shí)為了進(jìn)一步評估和改善取力器系統(tǒng)的可靠性[4]，需對上述4個(gè)割集產(chǎn)生的故障原因進(jìn)行進(jìn)一步的分析，統(tǒng)計(jì)其發(fā)生的概率。根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)分析，4個(gè)割集大部分是由于取力器固定螺栓松動與潤滑油不足造成的。

4 結(jié)論

取力器是制冷送冷車傳動系統(tǒng)的主要組成部分，本文對制冷送冷車使用的取力器出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，并運(yùn)用故障樹分析方法對取力器進(jìn)行了可靠性分析，找出了取力器故障的主要原因是固定螺栓松動和潤滑油不足造成的，為取力器故障維修及技術(shù)改進(jìn)提供了依據(jù)。