深研故障模式挖掘飛輪壽命延長(zhǎng)點(diǎn)

李金年，梁超

山東盛祥動(dòng)力有限責(zé)任公司 山東濰坊 261041

1 序言

近幾年，根據(jù)故障信息統(tǒng)計(jì)，飛輪故障在三包故障中呈上升趨勢(shì)，盛瑞傳動(dòng)股份有限公司本著降低故障率、減少質(zhì)量損失、提高客戶滿意度的目的，對(duì)售后飛輪故障整體進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。抽取其中一個(gè)月索賠單據(jù)中飛輪故障時(shí)間或里程及件數(shù)統(tǒng)計(jì)（合計(jì)130件），見表1。飛輪故障件號(hào)及所占比例統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 一個(gè)月索賠單據(jù)中飛輪故障時(shí)間或里程及件數(shù)

表2 飛輪故障件號(hào)及所占比例

由表1、表2可以看出，飛輪龜裂發(fā)生時(shí)整車使用里程一般都在1萬(wàn)km以上。根據(jù)退回的三包故障件可以發(fā)現(xiàn)，飛輪龜裂發(fā)生的部位全部在摩擦面。故障飛輪主要體現(xiàn)在L0211和L0220兩款飛輪。

根據(jù)三包索賠信息，具體故障描述有以下幾種類型：離合器不工作，換擋困難；抖動(dòng)嚴(yán)重；飛輪裂紋；零公里飛輪邊緣破裂。

對(duì)退回的三包故障件予以分析，以上描述的集中故障類型在實(shí)物上集中表現(xiàn)為飛輪摩擦面裂紋（見圖1a）和表面溝壑（見圖1b）。

圖1 故障件

汽車的離合器是裝在飛輪上，利用飛輪后端面作為驅(qū)動(dòng)件的摩擦面，用來(lái)對(duì)外傳遞動(dòng)力[1]。飛輪的摩擦面在汽車行進(jìn)時(shí)，是與離合器的離合器片相接觸而將動(dòng)力傳至變速器。當(dāng)駕駛者踩下離合器踏板時(shí)，離合器片便離開飛輪，使動(dòng)力傳送中斷，進(jìn)行換檔。離開踏板，離合器片與飛輪相觸，動(dòng)力便恢復(fù)傳送。

根據(jù)飛輪的使用原理，可見使用過(guò)程中的摩擦是客觀存在的，因此裂紋形成為典型的磨損失效。該失效過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，其磨損以表面疲勞磨損為主，并伴有磨粒磨損、犁溝切削以及黏著磨損。

造成飛輪多種磨損失效機(jī)理同時(shí)存在的原因：一是因?yàn)槟Σ翢崾贡砻嫜趸?，從而改變了表面的性質(zhì)；二是加工不良；三是工作條件的影響，這一點(diǎn)是最為重要的。

通過(guò)對(duì)退回三包故障件進(jìn)行宏觀、微觀分析，掃描電鏡分析以及裂紋形成機(jī)理分析，深入剖析三包故障件的問(wèn)題所在，協(xié)助上下游供應(yīng)商更好地提升產(chǎn)品品質(zhì)，持續(xù)改進(jìn)，不斷完善，以維護(hù)公司品牌信譽(yù)。

2 宏觀分析

分析摩擦面裂紋飛輪的形貌，如圖2所示，可以看出，飛輪摩擦面上有沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向的多道磨痕、臺(tái)階、麻點(diǎn)，如圖3所示。可判斷出，裂紋面必定經(jīng)受過(guò)長(zhǎng)時(shí)間或高速的摩擦，并且產(chǎn)生了相對(duì)位移的滑動(dòng)摩擦。

圖2 不均勻摩擦和裂紋

圖3 飛輪摩擦面

3 化學(xué)成分與微觀組織分析

對(duì)故障件（材料HT250）取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表3，正常的檢測(cè)點(diǎn)成分異常，但在摩擦故障面處有脫碳現(xiàn)象。

表3 故障件化學(xué)成分分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

同時(shí)，對(duì)故障件進(jìn)行金相組織和硬度檢測(cè)，所標(biāo)檢測(cè)點(diǎn)位置硬度為195～205HBW，而裂紋處金相組織顯示，該處石墨較正常飛輪偏粗、短，如圖4所示。

圖4 金相檢測(cè)

4 掃描電鏡分析

如圖5所示，對(duì)故障飛輪表面典型磨損形貌的SEM分析可見，在飛輪表面沿其旋轉(zhuǎn)方向除了有平行的細(xì)長(zhǎng)犁溝狀磨痕外，還有一些磨粒和小剝落坑，這些現(xiàn)象為犁溝切削、磨粒磨損及表面疲勞磨損的主要特征。

圖5 故障飛輪表面典型磨損形貌

此外，由于摩擦熱很容易導(dǎo)致表面氧化，飛輪和離合器片之間材料轉(zhuǎn)移的黏著磨損不可避免。

飛輪摩擦面既然是受摩擦力，如果飛輪材質(zhì)不存在問(wèn)題，即是使用原因造成，超載、超速行駛，使飛輪長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，摩擦脫碳從而最終導(dǎo)致形成龜裂，裂紋形成機(jī)理應(yīng)該是脫碳[2]+熱效應(yīng)+磨削裂紋。飛輪抖動(dòng)、換擋困難、表面溝壑及裂紋等故障均為過(guò)度摩擦所致。

5 導(dǎo)致飛輪裂紋出現(xiàn)的原因分析

裂紋形成機(jī)理分析，幾種導(dǎo)致飛輪裂紋的現(xiàn)實(shí)使用條件：

1）汽車離合器經(jīng)常性分離不徹底，使用半聯(lián)動(dòng)時(shí)間持久，在高速的傳動(dòng)摩擦?xí)r汽車離合器壓盤及飛輪表面極易燒蝕。

2）離合踏板踩下后，在半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，油門給的過(guò)大，會(huì)使傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦過(guò)熱，造成飛輪和離合器壓盤燒蝕。

3）車輛超負(fù)荷運(yùn)載時(shí)起步過(guò)猛，造成從動(dòng)盤的扭轉(zhuǎn)減振彈簧脫落，繼而造成飛輪的劃傷甚至打爛齒圈，或分離軸承座與變速器一軸軸承蓋間發(fā)卡，導(dǎo)致離合器片與飛輪分離不徹底，飛輪端面受熱膨脹，從而拉傷燒蝕飛輪端面。

4）離合器摩擦片磨損，離合摩擦片磨損減薄，鉚釘頭超出磨擦片平面，將飛輪工作面刮傷成溝槽，或摩擦片破損，鉚釘松脫，引起飛輪平面損傷。

5）離合器不工作或換擋困難應(yīng)該是離合器本身的問(wèn)題。在離合器總成中，摩擦片、壓盤、彈簧在不停地動(dòng)作和磨損，當(dāng)摩擦片不好或壓緊度不夠時(shí)，若飛輪的后端結(jié)合面磨損，那飛輪也是受害者。離合器不工作、換擋困難應(yīng)該更換摩擦片或其他相關(guān)件。

為充分表達(dá)真實(shí)故障率，我們擴(kuò)大取樣基數(shù)，增加真實(shí)率，對(duì)2014—2017年同L2011飛輪毛坯和L0041飛輪毛坯的所有件號(hào)供貨數(shù)量和故障數(shù)量進(jìn)行比較，具體見表4、表5。

由表4、表5可以看出，L0211毛坯所加工的飛輪故障率為0.32%，其中L0211飛輪故障率已經(jīng)高達(dá)9.89%，L0220飛輪故障率高達(dá)0.16%，而L0041飛輪毛坯整體故障率僅0.01%。

表4 2014—2017使用L0211飛輪毛坯件號(hào)故障率

表5 2014—2017年同L0041毛坯件號(hào)故障率

兩者區(qū)別：

首先，L0211飛輪車型主要是道路機(jī)，而L0041飛輪車型主要是工程機(jī)械。

其次，L0041飛輪不與離合器片直接接觸，而是在L0041飛輪上增加了一個(gè)飛輪連接片。

總而言之，道路機(jī)存在超載現(xiàn)象，半離合狀態(tài)是引起飛輪故障的主要原因，產(chǎn)生的裂紋非鑄造或加工的問(wèn)題，而是客戶使用的問(wèn)題。為減少飛輪故障率，可以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在飛輪與離合器片中間增加一個(gè)過(guò)渡連接盤，這樣可大大提高飛輪件的使用壽命，降低整車維護(hù)成本。

6 制造原因分析

齒圈飛輪爆炸圖如圖6所示，先研究下飛輪齒圈裝配工藝，常用的裝配工藝有以下2種：

圖6 齒圈飛輪爆炸圖

1）螺栓聯(lián)接——受齒圈精度影響，總成件動(dòng)平衡精度丟失。

2）熱裝壓裝——總成件供應(yīng)，動(dòng)平衡[1]精度可控。

通過(guò)飛輪的平衡精度檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)（見表6）對(duì)比：

表6 平衡試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù) （g·cm）

1）隨機(jī)抽取20件已經(jīng)完成動(dòng)平衡去重檢測(cè)的飛輪件（見圖7）；重新檢測(cè)飛輪不平衡量數(shù)值并做相應(yīng)記錄。

圖7 飛輪檢測(cè)狀態(tài)

2）隨機(jī)抽取20件合格的齒圈，分別安裝到飛輪件（見圖8）上，并重新檢測(cè)總成件的不平衡量數(shù)值，并重新記錄。

圖8 總成檢測(cè)狀態(tài)

試驗(yàn)總結(jié)：飛輪總成件的不平衡量受齒圈的質(zhì)量影響，導(dǎo)致總成件的不平衡量精度丟失。

7 對(duì)比其他材質(zhì)的飛輪

研究增加Mo元素提高飛輪毛坯鑄件的耐磨性[3]來(lái)提高使用壽命，根據(jù)工藝成本來(lái)選擇適合的優(yōu)化方案。

飛輪材質(zhì)HT250增加了Mo，合金Mo可以形成致密的合金氧化膜[3]，提高相變溫度，同時(shí)Mo可以強(qiáng)化鐵素體，使基體有較好的高溫強(qiáng)度，能承受較大的應(yīng)力。鉬合金可以更好地抗氧化、龜裂、熱裂。對(duì)此飛輪做了分析，HT250（Mo）飛輪也存在龜裂，但裂紋要輕微，如圖9所示。

圖9 HT250（Mo）飛輪磨損效果

總結(jié)如下：

1）規(guī)范服務(wù)站判定標(biāo)準(zhǔn)，給予正確引導(dǎo)，售后飛輪故障鑒定方案見表7。

表7 售后飛輪故障鑒定方案

2）提升飛輪總成件平衡精度，應(yīng)該由分供方以總成件供應(yīng)，從而避免飛輪總成件分裝導(dǎo)致平衡精度丟失。

3）優(yōu)化動(dòng)力輸出聯(lián)接機(jī)構(gòu)，在飛輪與離合器片中間增加一個(gè)過(guò)渡連接盤。