FMEA在钢板弹簧设计中的应用

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摘要：故障模式与影响分析(FMEA) 是提高产品可靠性的重要方法之一。文中介绍了汽车钢板弹簧设计过程中使用FMEA 的方法，并对开展故障模式与影响分析工作中需要注意的问题进行了讨论。

关键词：汽车；故障模式与影响分析( FMEA); 钢板弹簧设计；可靠性

中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1671-2668(2006)04-0005—03

故障模式与影响分析 FMEA(Failure Mode and Effects Analysis)是产品可靠性、维修性设计中的重要分析方法之一。它通过对系统中每一产品可能产生的所有故障模式及其严重程度、检测难易程度和发生频度进行分类、归纳分析，鉴别设计上的薄弱环节，以采取适当的纠正措施消除或减轻其影响。总体来说，通过实行 FMEA, 可在产品设计或生产工艺真正实现之前发现产品的弱点，在原形样机阶段或在大批量生产之前确定产品缺陷。

FMEA 作为一种可靠性分析方法起源于20世纪50年代(由美国格鲁曼公司开发，用于飞机发动机故障预防);70年代，美国海军制定FMEA 标准； 1976年，美国国防部采纳 FMEA 标准；80年代，汽车工业和微电子工业领域应用 FMEA;90 年代， ISO9000推荐采用FMEA; 1994 年，FMEA 成为汽车行业质量认证标准 QS9000 的认证要求。在汽车行业，FMEA 是产品设计与开发阶段、过程设计与开发阶段必须使用的缺陷预防工具。本文以汽车钢板弹簧为例，对 FMEA 在汽车设计与开发中的应用进行探讨。

1 钢板弹簧分析

钢板弹簧是汽车悬架系统中重要的弹性元件，其主要功能：①连接车架与车桥，在车辆行驶状态下，承受由于地面不平而使车轮、车桥产生的冲击力，避免冲击力直接向车身传递；②支撑车身重量，决定整车高度；③在车轮行驶时起导向作用。

1.1 常见故障模式

在开展 FMEA 分析之前，应对批量使用相似零部件的用户、长距离道路试验等情况进行调查，收集相关故障情况并整理成表格(见表1)。

1.2 工作环境及设计要求

本文分析对象为某汽车钢板弹簧，设计时已知整车轴荷分配、钢板弹簧限位块刚度、悬架偏频、静挠度和动挠度等参数。

2 FMEA 表格填写方法及分析结果

在 QS9000 关于 FMEA 相关规定的基础上制定表格。

2.1 表格的填写方法

第一栏(零部件名称、图号):填写待分析的零部件名称及其图号。

第二栏(功能):用简洁的文字列出被分析零部件需具有的功能，如该零部件有多种功能，且有不同的失效模式，要把所有功能都单独列出。

第三栏(潜在失效模式):填入零部件可能未达到或未完成的功能项目的种类(如预期的功能丧失),前提是这种失效可能发生，但不一定发生。

第四栏(失效影响):填人失效模式对功能的影响，要根据顾客可能发现或经历的情况来描述失效的后果，如果失效模式影响到安全性或与法规不符，则要清楚地予以说明。

第五栏(严重度 S): 填人失效模式严重性的评价。

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通过FEA、MBS和FEMFAT对曲轴进行疲劳强度分析

斯太尔中国工程技术中心主题通过FEA和MBS改进的动态仿真动态模拟byFEA-MBS-FEMFAT导言且标：十考虑曲轴弯曲线尽可能的精准步骤：线性反应的结构(FE)-CMS:ModalReductionSol103ComponentModeSynthesis十大范围非线性位移(MBS)十在主轴承中的油膜(EHD:elasto-hydrodynamicoilfilmmodel)十基于模态的疲劳寿命计算(FEMFATMAX)在MBS中柔性结构的描述ComponentModeSynthesis部件模态合成(CraigBamptonMethod)假定：柔体具有小的变形=>部件模态的线性叠加ComponentModeSynthesis:ConstraintModes约束模态φC=约束模态ConstraintModes矩阵ConstraintModes=当赋予每个保留自由度单位位移，并且它的保留自由度锁定的时候，所产生的静态形状。ComponentModeSynthesis:NormalModes固有模态ComponentModeSynthesis部件模态合成部件模态合成的主要优点：→大大降低了柔体的自由度数量缺点→模态坐标仍然是被关联的(“质量”矩阵不是对角线分布)=>高效率的时间综合化要求一个对角矩阵!ComponentModeOrthogonalization部件模态正交化FE-ModeloftheCrankshaft曲轴-InterfaceNodes接口节点O主轴承接口节点，保留自由度=2,3,5,6O○连杆轴承接口节点，保留自由度=2,3O支撑轴承接口节点，保留自由度=1○为附加质量的接口节点，保留自由度=1-6接口节点的FE模型→应用径向弹簧和刚性笼套(RBE2)来实现轴承力的加载→径向弹簧刚度的模仿：抛物线形→刚度：最大静态燃烧压力→笼套和曲轴之间的位移≤0.5%的轴承间隙→表面处的应用(在凹槽区域产生最大应力)→这种方法使刚度的局部增加(因RBE2而产生)和振频率的增加≤1.0%TorsionalDamper扭转阻尼器→FE模型的模态减少是无意义的(在重要频率域内存在许多模态，高模态密度!)→仅扭转模态是重要的!应用具有相应质量和刚度的刚性部件系统-)相同的共振频率(扭转)-)在共振频率转换方程的尖峰值大约3,5TwoMassFlywheel双质量飞轮→弹簧和质量系统(刚性部件)→主要质量通过约束或是刚度进行操纵→齿轮箱/试验台轴的影响是主要的→主和次质量的连接通过应用径向约束(inline)或是刚度边界条件模型在活塞气体压力下被激励曲轴角度和转动速度的方程→转速设置点(在两个质量飞轮的第二个)→曲轴转动速度的变更→转速设置点→平均转速油膜模型(EHD)→ClassicalHD经典液体动力学→圆柱形的坚硬的(刚性)轴承套→平整问题(无倾斜位置)→ClassicalEHD经典弹性液体动力学→轴承套是充分柔软的→曲轴的倾斜位置→Therefore(E)HD→圆柱形轴承套，但是针对发动机缸体线性的刚度(FE)→曲轴动力学：压力尖峰的形状不是很重要(圆柱形壳体)→整体特性是十分重要的(刚度&油膜阻尼，轴承座挠曲)曲轴的倾斜位置详细内容请见附件免责声明：本页面/内容部分素材来源于互联网公开信息，旨在传递更多信息，不代表本平台立场。版权归原作者或机构所有，如涉及侵权，请通过平台联系我们，我们将在核实后第一时间处理。本平台对转载内容的真实性、准确性不作任何保证，用户需自行判断并承担使用风险。

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