某车型驱动桥后桥壳开裂分析
桥壳后壳盖失效分析
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
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。
某车型桥壳结构性能分析及轻量化方案设计
2.2 桥壳轻量化方案设计
为了将对现场的影响降到最低限度，本次轻量 化方案设计主要集中于上下半桥壳及 4 块连接板组 件，如图 8 所示 .
图 10 （网络版彩图）4.0 mm 桥壳结构应力分布云图
4.0 mm 厚度桥壳前四阶模态振型与图 2 所示基 本一致，但是固有频率数值略有下降 . 该桥壳结构 的自由模态前四阶固有频率如表 7 所示 .
124 902
三角形 单元数
2 106
三角形 单元比例/%
1.7
质量/kg 16.27
收稿日期：2021-03-05 基金项目：柳州市科学研究与技术开发项目（2017BH10303）资助 . 作者简介：朱华宇，工程师，研究方向：钢材在汽车零部件上的应用 . *通信作者：梁程华，博士，副教授，研究方向：射频系统及电子材料电特性表征，E-mail：chenghua.liang@.
494.832
4.5
85.508
299.278 0
513.048
4.4
88.721
310.523 5
532.326
4.2
95.736
335.076 0
574.416
4.0
103.851
363.478 5
623.106
3.8
114.282
399.987 0
685.692
3.6
126.306
442.071 0
频率/Hz 266.1 388.1 614.0 657.3
振型 一阶模态 二阶模态 三阶模态 四阶模态
P590QK 4.0
>460
>590
>1.77
>5.68
由表 6 可知，所设计的轻量化方案的疲劳强度 后备系数超过了标准要求（>1.40），而静强度后备 系数略低于标准要求（>6.00），但由于计算静强度 后备系数时采用的抗拉强度值是材料的最低值，而 材料实物的抗拉强度一般比最低值高出 20 MPa 以 上，故该方案的静强度后备系数是能够满足实际需 要的 .
商用车铸造驱动桥壳几种常见的失效原因及解决对策
（a）断口
（a）断裂形貌
（b）疲劳源
（c）疲劳源处金相组织 图 1 桥壳钢板弹簧座与桥包过渡区开裂
（a）断口
（b）断口处异常石墨 图 2 桥壳在法兰盘根部过渡圆角处开裂 2015 年 第 3 期
（b）断口处蠕虫石墨 图 3 桥壳在轴头开裂
球 墨 铸 铁 桥 壳 中 ，由 球 化 不 良 引 起 的 失 效 占 比 较 大 ，尤 以 球 墨 铸 铁 件 表 层 存 在 片 状 石 墨 组 织 为甚。赵彦辉、周继扬对树脂自硬砂型、粘土砂型 和壳型铸造中球墨铸铁件表面层出现的片状石墨 缺 陷 进 行 研 究 ，并 以 树 脂 自 硬 砂 型 为 主 对 该 类 组 织 缺 陷 的 产 生 原 因 进 行 分 析 。 分 析 指 出 ，铸 型 材 料 或 涂 料 中 硫 的 渗 入 、铁 液 表 层 中 球 化 元 素 被 氧 化、浇注温度、冷却条件及铸件壁厚的影响均会使 球 墨 铸 铁 件 表 层 出 现 片 状 石 墨 组 织 缺 陷 [3]。 针 对 上 述 问 题 提 出 以 下 解 决 方 案 ，尽 量 采 用 含 硫 量 低 的 涂 料 ，开 发 研 制 能 吸 收 硫 、脱 硫 效 果 好 的 涂 料 ， 适 当 降 低 浇 注 温 度 ，提 高 冷 却 速 度 及 往 面 砂 中 加 入铝粉等措施予以消除。
（a）1#桥壳断口及疲劳源
（a）裂纹源位于焊补区域
（b）1#桥壳疲劳源处残留浇口
（c）2#桥壳断口及疲劳源
（d）2#桥壳疲劳源处打磨痕迹 图 8 残留浇口及打磨痕迹引起桥壳失效
桥壳在铸造过程及后期浇冒口清理时还有可 能 引 起 桥 壳 缺 肉 缺 陷 ，生 产 厂 为 弥 补 外 观 缺 陷 并 降 低 废 品 率 ，有 时 采 用 焊 补 方 式 对 缺 肉 部 位 进 行 填充。受球墨铸铁中 C、Si 含量高及球化剂（球化 剂中的镁及稀土强烈阻碍石墨化）的影响，球墨铸 铁 焊 缝 和 熔 合 区 容 易 形 成 白 口 组 织 ，产 生 内 应 力 及 裂 纹 ，导 致 桥 壳 由 此 开 裂 失 效 。 因 而 需 选 用 合 适的焊接材料及合理的焊接工艺[6]。图 9 所示为某 失效桥壳断口裂纹源处的焊补形貌及其金相组
汽车后桥壳开裂的分析与改进
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。
R101驱动桥后桥壳总成裂纹试验分析
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｘ ｌ ｅ ； ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ； ａ ｉ ｒ ｔ ｉ ｇ ｈ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ； ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ
试 下桥壳 漏油问题采取的加载试验 。 它是在产 品后期试
制 阶段 （ 样 桥和试验桥 ） 对失效 件找到裂纹 源 ， 特别是对
非贯通式 裂纹源查找 的一种 有效方法 ， 同时也是对后桥
壳细微裂 纹源查找 的确 实可行 的方法 ，而且 简单易行 。
用两个堵 头封闭后桥壳 总成的 内膛 ， 在万 能后桥总成试 验 台就能完成。 该试 验方法 对后桥壳总成质量 问题 的判 断 和加强设计有 良好 的作用［ ４ １ 。
进行分析 ， 但在软件 中对其施加的载荷 和边界条件与后桥 的实际工况有一定的差别 ，特别是对 于恶劣的行驶状况 ，
很难在软件中将其真实地模拟 出来 。 同时由于我国在有限
元分析应用上与国外先进国家有一定差距 ， 这方面的专业 人才特别是在企业还很缺少。所 以， 在有些产 品开发设计 时， 特别是在试制阶段 ， 很难避免失效件的产生 。 本文 论述是以解决 Ｒ１ ０ １ 后桥 总成在 恶劣的高环路
终 提 出解 决 裂 纹 源 的 方 法 。 关键词 ： 后桥 ； 裂纹 ； 气 密性 试 验 ； 焊接
中图分类号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ２ １ ８ ； Ｕ４ ６ ７ ． ４ ９ ５
文献标志码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ３ ３ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ５ １ — ０ ２
轻型汽车后桥半轴断裂件的组织及断口特征
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。
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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。 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
区大部分区域因磨损而现光亮。
2 断口微观观察
断口经超声波清洗，去除杂质及油渍后放在扫描电镜下进行
观察，确认微观形貌，可以观察到明显的疲劳辉纹。 源区附件为
焊缝区， 该区域存在较为严重的磨损， 推断为后桥壳开裂后形
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
加工缺陷特征。 金相组织分析表明，桥壳基体组织中含有带状颗粒
无偏析，但偏析程度较弱，对桥壳疲劳性能影响较小。 通过化学元
素分析，失效件的化学元素满足标准要求。
后桥壳工作过程中受力情况复杂，除了受弯矩的作用还承受
扭矩作用，其疲劳寿命不仅随冲击载荷的应力幅和应力循环次数
增大而减小，同时与所承受的应力平均值的大小密切相关，应力平
关键词：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。
科学实践
某车型驱动桥后桥壳开裂分析
张清华 长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心 河北 保定 ０７１０００
摘 要：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。
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行驶过程中受到较大应力作用，导致后桥壳失效。 针对焊缝处开裂
做如下处理：
①焊接完成后，对焊道进行去应力处理，如敲击焊道、传统的时
效处理、局部热处理等；
②增加焊丝的强度，提高自身的机械性能；
③优化焊接方式，收弧起弧位置避开应力集中或开裂位置。
参考文献： [1] 陈 传 尧．疲 劳 与 断 裂[M]. 武 汉 ：华 中 科 技 大 学 出 版 社 ，2001. [2] 刘 惟 信.汽 车 设 计 [M]. 北 京 ：清 华 大 学 出 版 社 ，2001. [3] 刘 鸿 文．材 料 力 学 [M]. 北 京 ：高 等 教 育 出 版 社 ，1992. [4] 杨 学 桐.金 相 检 验 [M]. 上 海 ：上 海 科 学 普 及 出 版 社 ，2003.
成。 疲劳辉纹附近的高倍形貌，该区域为疲劳扩展前期，可以看
到少量短小的疲劳辉纹，瞬断区主要以韧窝特征为主，并伴有磨
损特征。
3 金相分析
分别沿平行和垂直于断口的方向即沿桥壳的横向和纵向，制取
桥壳基体的金相试样，并进行组织形貌观察，主要为铁素体和颗粒
状物且存在带状颗粒物偏析。
4 化学元素分析
去除失效件表面保护层，从失效件本体上取样进行化学元素分
析，分析结构如表 1：
表1
元素（ %）
C
S
Si
Mn
P
要求
≤0.21 ≤0.035 ≤0.3 ≤1.5 ≤0.035
失效件
0.16
0.006
0.11 1.18
0.007
根据分析结果可知，失效后桥壳所用材料化学元素满足标准要
求。 5 分析结论
以上试验结果表明，后桥壳开裂断口表面可见明显的疲劳辉
纹，疲劳条带特征，表明此开裂为疲劳开裂，疲劳源区起源于焊缝，
均值越大，其疲劳寿命越短。 失效汽车行驶在矿区地带大增加，造成后桥壳出现破
坏。
综上，后桥壳工作过程受到较大的应力作用，在易于萌生裂纹，
工作应力较大的焊缝区域产生裂纹，裂纹产生后在变化载荷的作用
下逐渐扩展，最终导致桥壳疲劳开裂。
6 经验总结
后桥壳开裂位置位于焊缝处，且焊缝处易产生应力集中，汽车
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。
桥壳在进行气体保护焊焊接时，焊缝处的金属在冷却时会收缩，往
往在焊缝内产生较大的残余应力，在较大的外力作用下容易醒焊缝
边缘发生开裂。
断口的观察结果表明，后桥壳开裂断口成疲劳开裂特征，间距
大小不等的疲劳辉纹表明开裂过程经历了受力大小不等的多个阶
段，裂纹源位于焊道处，为点源特征，裂纹源附件未见气孔、夹杂和