卡接式車(chē)輪裝飾罩失效分析及改善

蘭志斌（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

卡接式車(chē)輪裝飾罩失效分析及改善

蘭志斌
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章通過(guò)對(duì)某車(chē)型車(chē)輪裝飾罩（簡(jiǎn)稱(chēng)輪罩）失效原因進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、材料分析、CAE分析，確定引起輪罩失效主要原因是裝配力精度控制。文章提出增加材料吸水時(shí)間、改善鋼絲焊接方式及提高輪輞突峰精度的方案進(jìn)行優(yōu)化；進(jìn)而對(duì)優(yōu)化后的輪罩進(jìn)行臺(tái)架模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證輪罩可靠性。其中優(yōu)化方法及臺(tái)架試驗(yàn)方法對(duì)類(lèi)似產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有較好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：車(chē)輪裝飾罩；臺(tái)架試驗(yàn)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.029

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-76-03

引言

輪罩安裝在車(chē)輪外側(cè)，主要起保護(hù)輪胎螺栓及美觀的作用?？ń邮捷喺志哂邪惭b方便，成本低的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于鋼輪輞結(jié)構(gòu)車(chē)輪上。輪罩按照?qǐng)D1箭頭方向安裝在輪輞上，主要依靠輪罩卡爪與輪輞突峰的配合及輪罩鋼絲提供徑向力，使輪罩固定在輪輞上，達(dá)到可靠連接。目前輪罩失效主要有輪罩碎裂、輪罩脫落兩種形式，其中輪罩碎裂一般為意外發(fā)生，且出現(xiàn)概率很小，所以本文主要針對(duì)輪罩脫落問(wèn)題進(jìn)行分析及改善。

1、原始數(shù)據(jù)分析

1.1 輪罩故障原因分類(lèi)

對(duì)故障反饋單及樣件檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)碎裂輪罩有明顯的被撞擊痕跡，可以定為意外損傷，占總數(shù)的5%；其它故障件20%為輪輞凸峰問(wèn)題，剩余75%的故障均為輪罩本身缺陷（見(jiàn)圖2）。輪罩出現(xiàn)故障后，可能對(duì)車(chē)輛后面的車(chē)造成行駛障礙，甚至導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

1.2 輪罩故障里程排列

對(duì)2013-2014可靠性試驗(yàn)問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成故障統(tǒng)計(jì)圖（見(jiàn)圖3）。從圖中可以看出在車(chē)輛開(kāi)始進(jìn)行顛簸路不久就發(fā)生脫落現(xiàn)象，總里程主要集中在5000-15000公里。同時(shí)對(duì)左右兩側(cè)的輪罩進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，右側(cè)輪罩的故障率明顯大于左側(cè)。經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)車(chē)跟蹤發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)車(chē)試驗(yàn)時(shí)靠右行駛，試驗(yàn)場(chǎng)道路兩側(cè)路況相比中間路況更加惡劣，基于以上統(tǒng)計(jì)可發(fā)現(xiàn)連續(xù)的沖擊對(duì)輪罩失效影響很大。由于輪罩故障，使車(chē)輛存在一定交通事故風(fēng)險(xiǎn)。我們必須要找出影響輪罩可靠性的因素，針對(duì)性的完善輪罩設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，評(píng)價(jià)整改方案是否有效。

2、輪罩失效原因分析

2.1 魚(yú)刺圖分析

為了尋找輪罩脫落的根本原因，利用魚(yú)刺圖對(duì)問(wèn)題進(jìn)行原因分析（如圖4）：

（1）確認(rèn)現(xiàn)象的偶發(fā)性：對(duì)比不同路況的路試車(chē)輛，發(fā)現(xiàn)在不同的車(chē)輛在顛簸路均發(fā)生脫落現(xiàn)象，確認(rèn)此現(xiàn)象并非偶發(fā)。但輪罩存在裝配不良（輪罩鋼絲與輪罩未裝配到位）及試驗(yàn)車(chē)與路牙撞擊導(dǎo)致脫落的現(xiàn)象。由于此類(lèi)問(wèn)題均為偶發(fā)性，將不進(jìn)行分析。

（2）經(jīng)過(guò)對(duì)以上因素進(jìn)行排查，同時(shí)參考故障原始數(shù)據(jù)，最終確定影響輪罩可靠性的可能因素為：輪罩材料、輪罩尺寸及輪輞突峰尺寸。

2.2 輪罩材料分析

輪罩主體材料為PA66，由于材料本身特性，一般需要添加礦物材料作為添加劑，本輪罩添加礦物質(zhì)為10%滑石粉；表1為本輪罩使用材料與其他材料性能對(duì)比。由表可以看出，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品在PA66基礎(chǔ)上提升了部分力學(xué)性能，并且保證了流動(dòng)性，降低了吸水率；但由于PA66本身特性，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品吸水率依然較高，這對(duì)零部件尺寸影響較大。

2.3 輪罩尺寸分析

影響可靠性的輪罩尺寸為輪罩卡爪外部所在圓尺寸。影響此尺寸的因素主要為：輪罩模具精度、輪罩材料吸水率及鋼絲直徑。其中影響最大的為鋼絲直徑；

我們根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，建立了輪罩與輪輞之間受力分析模擬[2]。用來(lái)確定鋼絲直徑尺寸。分析邊界條件：（1）采用鋼絲圈與輪罩緊貼，接觸采用罰函數(shù)類(lèi)型；（2）約束輪轂底部，對(duì)稱(chēng)部位進(jìn)行對(duì)稱(chēng)約束；（3）在輪罩上端施加強(qiáng)制位移（4）材料見(jiàn)表2。結(jié)果形成如圖5所示曲線(xiàn)，由模擬我們得出鋼絲直徑及公差（公差±0.5mm）。

表2　材料賦值表

經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際輪罩進(jìn)行精測(cè)，發(fā)現(xiàn)鋼絲直徑尺寸不符合圖紙要求，導(dǎo)致輪罩與輪輞配合力減小，進(jìn)而發(fā)生輪罩脫落故障。

2.4 輪輞突峰尺寸分析

對(duì)設(shè)計(jì)輪輞進(jìn)行掃描，并對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理，得到樣件與設(shè)計(jì)輪輞截面曲線(xiàn)見(jiàn)圖6，可以發(fā)現(xiàn)在輪輞突峰位置，我們要求尺寸公差為：上公差0mm下公差-0.3mm[1]，而測(cè)量結(jié)果為-0.733mm，生產(chǎn)樣件尺寸與設(shè)計(jì)值有較大偏差。

3、改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)清楚的原因分析后，設(shè)計(jì)員及工藝員對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行逐項(xiàng)解決：

（1）由于材料吸水率不可避免，我們采用加長(zhǎng)吸水時(shí)間的措施，使輪罩尺寸在可控范圍內(nèi)，同時(shí)區(qū)分夏季與冬季的工藝要求，提升產(chǎn)品的一致性。

（2）鋼絲直徑公差設(shè)計(jì)值在±0.5mm，經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前鋼絲精度只能達(dá)到±1mm，主要原因?yàn)楹附涌刂撇缓线m。設(shè)計(jì)員優(yōu)化了焊接形式，增加卡片設(shè)計(jì)；經(jīng)過(guò)對(duì)鋼絲連接方式的整改，可以有效控制鋼絲尺寸。

（3）針對(duì)輪輞突峰結(jié)構(gòu)的分析，工藝員發(fā)現(xiàn)設(shè)備由于保壓時(shí)間的限制，突峰尺寸存在回彈的情況，為了提高突峰尺寸合格率，根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，輪輞下模具增加突峰高度，由1.51~1.61mm增加到2.20~2.16mm，以保證突峰尺寸。

4、改善后試驗(yàn)驗(yàn)證

輪罩脫落經(jīng)過(guò)六個(gè)月的時(shí)間完成了相關(guān)改進(jìn)措施并加以實(shí)施。由于輪罩故障主要發(fā)生在顛簸路況，為了快速驗(yàn)證整改件的可靠性，小組模擬了以下兩種試驗(yàn)方法[3]：

（1）沖擊試驗(yàn)（圖7）：在3個(gè)最小地方測(cè)量輻板式車(chē)輪內(nèi)徑和輪罩固定器外徑后，輪罩、輻板式車(chē)輪與規(guī)定的輪胎進(jìn)行裝配。將一個(gè)與輪罩同重的重物分成2塊，并將每一重物分別于輪罩中心的內(nèi)外部連接，然后連續(xù)垂直沖擊10次。

（2）振動(dòng)試驗(yàn)（圖8）：在3個(gè)最小地方測(cè)量輻板式車(chē)輪內(nèi)徑和輪罩固定器外徑后，進(jìn)行5次裝配試驗(yàn)。在40Hz、20g的條件下進(jìn)行5×105次，小組采取先進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)后用同一輪罩進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。完成后檢查交叉口是否松動(dòng)，測(cè)量輪罩外部直徑，以不超過(guò)2mm位移及變形為合格產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)初步驗(yàn)證后，輪罩進(jìn)行了兩輪20萬(wàn)公里道路可靠性驗(yàn)證，輪罩脫落問(wèn)題基本解決。

5、結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)輪罩材料特性對(duì)比、運(yùn)動(dòng)受力CAE分析及生產(chǎn)加工工藝檢測(cè)，充分的分析了影響輪罩可靠性的各種因素，從而找到輪罩脫落的根本原因。同時(shí)采取了3個(gè)有效措施：

（1）加長(zhǎng)材料吸水時(shí)間，減少材料吸水性對(duì)尺寸影響；

（2）優(yōu)化鋼絲焊接形式，增加卡片結(jié)構(gòu)，保證鋼絲精度；

（3）增加輪輞突峰模具高度，保證輪輞與輪罩的配合尺寸。從試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果來(lái)看，這三種改善措施對(duì)卡接式輪罩的可靠性提升明顯，對(duì)類(lèi)似產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有很大參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 天津車(chē)輪試驗(yàn)中心，天津市久榮車(chē)輪技術(shù)有限公司.GBT 3487汽車(chē)輪輞規(guī)格系列[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2005.

[2] 張勝蘭,鄭冬黎等.給予HyperWorks的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3] 孟開(kāi)賓.QJQ5563熱塑性樹(shù)脂輪罩[S].安徽江淮汽車(chē)股份有限公司,2010.

Snap-wheel trim cover failure analysis and improvement

Lan Zhibin
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:Through the wheel of a vehicle trim cover (Referred to wheel cover) Failure of structural analysis, materials analysis, CAE analysis to determine the cause of the wheel assembly power failure mainly due to precision control. This article proposes to increase the material absorption time, improve steel welding and improve the accuracy of the rim spurt optimization program; thus for optimized wheel covers were simulated test bench to verify the reliability of the wheel cover. Optimization and the bench test methods of which has a good reference value for similar product design.

Keywords:Wheel cover; The bench test

作者簡(jiǎn)介：蘭志斌，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心。

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2015)10-76-03