探析汽车变速器维修决策方法

探析汽车变速器维修决策方法

刘年军

山西北方铜业有限公司运输分公司 山西省运城市         043700

摘 要:本文通过以 ZF5S-111GP 变速器为具体研究对象来分析，对该变速器的部分零部件进行故障模式影响分析，列出其可能发生的故障模式，确定其故障等级，并利用危害度计算将故障模式加以量化，可以清晰的看到每个故障模式的危害度，更好的对设备进行维护。对 ZF5S-111GP 变速器故障类型建立了层次分析模型，利用层次分析法，最终决策出变速器的最佳维修方式。

关键词：汽车；变速器；维修；决策方法

1 故障模式和影响分析FMEA概述

FMEA 是“Failure Mode and Effect Analy－sis”的缩写，即“故障模式和影响分析”，是生产过程中的一项事前预防的分析手段。一个系统是由若干相关的零部件构成，当一个零件或者构件出现故障时，上层的构件或者系统就会受到相应的影响。通过FMEA逐步的分析，可以得出系统的可靠性、维护性、安全性等所受的影响，并确定可能导致重大故障或损失的零件或构件。从而采取相应的措施。FMEA通过危害度计算，将故障的重要度加以量化，确定故障等级，可以很清晰的看到每个零部件的危害度等，并确定容易造成重大事故或损失的零部件。可以比较容易地进行与品质、可靠性、维护性、安全性等有关的设计制造系统上的改善，使目标系统的相关品质、技术参数和可靠性得到提高。FMEA 还可用于故障诊断设置的设计等方面的。FMEA 的最初目的是为故障（模式）评价提供最低需要的信息，为了将分析结果适当引用到下一阶段。

FMEA 通常包括以下基本步骤: （l ）首先定义分析对象，确定产品的工作特性及任务要求，作为分析的出发点和基础； （2）根据分析的目的和要求，定义分析的基本条件和假设； （3）根据数据资料和工程试验，全面识别并按规定的规则记录产品中所有组成部分的故障模式； （4）结合产品的设计特性和相关信息，确定每个故障模式对整个产品工作及状态的影响，同时确定每个故障模式的产生原因及发生概率； （5）根据预先的定义和假设，将故障模式按其影响的等级分类，分别计算故障模式及组成部分的危害度； （6）根据故障模式的发生概率（危害度）及后果的严重程度进行排序； （7）根据排序结果分析识别系统的薄弱环节，并确定关键项目； （8）针对薄弱环节和关键项目提出改进及控制措施建议，形成分析报告； （9）应将分析结果及时反馈给设计，并根据结果确定是否需要设计更改，作为是否确认设计结果的决策依据；对于设计更改部分，应重复上述步骤，以确保设计更改的正确性。

2 变速器ZF5S-111GP的结构特点

北方奔驰系列重型载货汽车全部采用机械式变速器，ZF5S-111GP 型变速器由具有 5 个前进档(其中一个为爬行档)及一个倒档的齿轮式主变速器和具有两个档位的后置行星齿轮式副变速器两部分组成。除了主变速器的倒档和爬行档外，主变速器其余各档以及副变速器各档位都装有锁环式惯性同步器，且为斜齿常啮合结构.，主副变速器之间用螺栓连接成一体。该变速器的变速传动机构与一般常啮合式变速器类同，由四根轴和若干齿轮、轴承等机件组成。在第一轴的后轴段有中心油道，油道出口端插有用以连接第二轴中心油道的油管，在轴的中段有与中心油道相通的径向油道，轴承盖的座孔前部装有两个油封，内油封由氟化橡胶制成，外油封由丁腈橡胶制成。第二轴总成两端通过轴承分别支承于主变速器壳座孔和第一轴驱动齿轮的中心座孔。后端为向心短圆柱滚子轴承，前端为无外圈的滚柱轴承。两轴承内圈分别通过弹性挡圈或锁圈轴向锁紧。通过后轴承外圈上的弹性挡圈和副变速壳对该轴承外圈的轴向压紧以限制第二轴的轴向移动，在副变速器与后轴承外圈端面之间的调整垫圈用以调整第二轴的轴向移动量。

3 ZF5S-111GP 变速器可能发生的故障

根据该变速器的结构功能特点以及工作状况，一般会出现一下几种故障： （1）自行脱档； （2）变速器过热； （3）换挡时间长或换挡困难； （5）换挡发响； （6）变速器跳挡、脱档； （7）变速器乱挡；（8）变速器异响； （9）变速器漏油； （10）轮齿磨损；（11）轴承失效。

4 ZF5S-111GP 变速器的危害性分析

对于 ZF5S-111GP 变速器的危害性分析主要涉及的数据有故障率、故障模式频数比、故障影响概率以及工作时间，其中故障率和故障模式频数比，根据常见汽车变速箱传动部件的失效比重进行估算。通过对 ZF5S-111GP 变速器的每个零部件的危害性分析，可以发现，齿轮的危害度最大为1，其它危害度比较大的是同步器为 0.6，变速器轴为 0.48，轴承为 0.34，接合套为0.24；对于以上几个零件，一旦出现故障，对变速器的工作会有严重影响。这几个零件的高危害度值贡献最大的因素就是它们的高故障模式频数比，换句话说就是因为这些零件在变速器工作的过程中经常出现故障，导致了进行危害度分析时出现的高危害度。因此建议对这些零件采用更好的材料，更好的加工工艺，更合适的热处理方式。同时，应对这些零件进行定期维修，随时更换即将损坏的零件。

5 AHP在变速器维修决策中的应用

5.1 层次分析法概述

层次分析法是在 20世纪 70年代初提出的一种分析法，简称 AHP，所谓 AHP 就是把复杂的问题中的各种因素，通过划分为相互联系的有序层次，使之条理化，根据对一定客观现实的判断就每一层次相对重要性给予定量表示，利用数学方法确定表达每一层次的全部元素的对重要次序的权值，并通过排序的结果分析和解决问题的一种决策分析方法。利用AHP 法求解多目标决策问题，一般计算过程有四步：建立问题的递阶层次结构模型；构造两两判断矩阵；层次单排序及层次总排序。

5.2 建立层次结构模型

AHP的关键在于建立层次结构模型。根据对问题的分析，在弄清问题范围，明确问题所在及其相关关系的基础上，将问题所包含的因素，按照某些共性进行分组，具有共性的相关因素可以看成是系统中的一个新的层次，这个层次可以把上层和下层按照一定的关系连接起来，同样，根据相同的原则，可以分出许多新的层次，当然分的层次越多，问题就越明晰，同时带来的也就是复杂的分析过程。这样，就可以把问题分解成由最高层、若干中间层和最底层组成的层次结构模型，目标层又称最高层，表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标。准则层又称中间层，表示采取某种措施、政策、方案等来实现预定总目标所涉及的中间环节，中间层也可以是多层次的。方案层又称最底层，表示要选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。

5.3 建立变速器维修决策的层次模型

构建层次分析模型主要分两步，一是筛选各项因素、综合评价模型构建过程；二是权重确定、评价决策过程。根据层次分析法的原理，将各项因素按其属性进行分组，各组构成递阶结构，形成多层次评价指标体系。

6 结论

汽车的安全可靠运行离不开对汽车的保养维护。合理的维修方式能提高汽车的可靠性和使用年限。但是面对多种多样的车辆，构造功能各式各样，很难确定其最佳的维修方式，本文针对汽车变速器进行了故障模式影响分析以及故障树分析，最后用层次分析法决策出汽车变速箱的最佳维修方式。

参考文献

[1]仓安裕.发动机缸体生产线维修决策方法研究[D].吉林大学，2018，6

[3]刘伟，臧铁钢，郭顺生.基于 ERP 系统的柔性维修技术研究[[J].机械工程师，2019，3