某車型下擺臂斷裂原因分析

胡長清 李明心

摘 要：針對某新開發(fā)車型在售后出現(xiàn)前下擺臂大軸套處斷裂問題，基于擺臂的有限元分析同時進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實車試驗采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)，證明下擺臂斷裂原因是下擺臂大軸套處結(jié)構(gòu)缺陷所致。

關(guān)鍵詞：擺臂；斷裂；CAE；應(yīng)力

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們在選購汽車時不僅僅看重的是汽車的外觀，更加關(guān)注汽車產(chǎn)品的可靠性，整車的質(zhì)量成為人們選購汽車產(chǎn)品的首要衡量指標(biāo)，這樣使廠家在爭奪市場的過程中汽車制造的可靠性必然越來越重要，各廠家在質(zhì)量研究上推陳出新，不斷的應(yīng)用新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，既提高產(chǎn)品的可靠性，又使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)美觀、重量較輕，逐步提高整車設(shè)計檔次，以不斷滿足廣大消費者的要求。

某車型上市后市場反饋良好，市場需求短期內(nèi)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，但是半年后車型售后市場出現(xiàn)前下擺臂斷裂問題，致使公司在蒙受售后索賠損失的同時，還面臨因整車可靠性低而失去市場和客戶的危機。下擺臂為懸架導(dǎo)向機構(gòu)重要組成零部件，用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動。

汽車的底盤性能無外乎舒適性、操控性這兩大主題，而四輪參數(shù)的變化規(guī)律符合K&C的要求則是衡量操縱穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，只有擺臂能可靠的傳遞力和力矩，在整車運行過程中不發(fā)生變形、開裂等問題，才能保證四輪參數(shù)的準(zhǔn)確性，進而保證整車的操縱穩(wěn)定性。

1 問題描述

某車型量產(chǎn)至今售后市場共反饋前下擺臂斷裂問題11臺次，斷裂部位均為大軸套安裝位處（見圖1）。下擺臂斷裂引起底盤異響、行車跑偏、制動跑偏、車輛喪失行駛能力，引起顧客強烈抱怨。

2 原因分析

針對售后問題對故障件進行了分析，通過對故障件的照片和實件觀察檢測，發(fā)現(xiàn)斷裂部位均為大軸套安裝位處，同時此車型售后反饋存在制動抖動的故障。針對此問題我部對擺臂斷裂和制動抖之間的關(guān)系進行了分析驗證。

首先委托CAE部進行分析，根據(jù)數(shù)模建立某車型下擺臂的有限元模型，CAE分析結(jié)果顯示擺臂斷裂部位為分析時的最大應(yīng)力集中點，V08下擺臂在斷裂處有應(yīng)力集中（分析結(jié)果見圖2），下擺臂分析結(jié)果在此處斷裂符合實際情況。

其次與標(biāo)桿車的下擺臂進行對比，如圖3，對標(biāo)結(jié)果顯示下擺臂在大軸套處有明顯結(jié)構(gòu)缺陷：

①標(biāo)桿車下擺臂大軸套處翻邊高度為18mm，而嘉譽某車型下擺臂大軸套處翻邊高度為13mm，翻遍高度低易導(dǎo)致擺臂強度不足。②標(biāo)桿車擺臂大軸套處翻邊過渡圓滑，下擺臂大軸套處翻邊缺料。

通過對標(biāo)發(fā)現(xiàn)設(shè)計車擺臂斷裂處缺料，且翻邊高度不足，以上缺陷降低了零部件的可靠性，為零部件使用過程中出現(xiàn)失效埋下隱患。

再次通過試驗驗證理論分析的準(zhǔn)確性，通過與試驗中心合作將與斷裂的下擺臂結(jié)構(gòu)相同的全新下擺臂裝在試驗車輛上，并在下擺臂失效位置貼上應(yīng)力片，通過實際路試采集下擺臂應(yīng)力數(shù)據(jù)見圖4，通過試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在90Km/h緊急制動時斷裂處的應(yīng)力最大，其中制動抖情況下斷裂處的應(yīng)力為315MPa，制動正常情況下斷裂處的應(yīng)力為312MPa，，通過試驗說明。

①在90Km/h緊急制動時斷裂處的應(yīng)力最大，設(shè)計強度安全系數(shù)不足，易發(fā)生失效。②制動抖與擺臂斷裂沒有直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

通過對故障件的對標(biāo)分析，結(jié)合CAE模擬分析結(jié)果和實車試驗采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)，證明下擺臂斷裂原因是下擺臂大軸套處結(jié)構(gòu)缺陷所致，與制動抖無明顯的關(guān)系。

3 對策制定

根據(jù)標(biāo)桿車結(jié)構(gòu)制定以下方案：①提升下擺臂大軸套處翻邊高度到18mm，提升擺臂強度。②擺臂大軸套處翻邊與標(biāo)桿一致，采用過渡圓滑。

4 總結(jié)

在設(shè)計擺臂時要充分對標(biāo)標(biāo)桿車的結(jié)構(gòu)，同時更改擺臂結(jié)構(gòu)將問題解決，并且在制造過程中對其成型質(zhì)量進行嚴(yán)格管控。只有每個件都層層把關(guān)，才能保證零件合格，才能保證整車的質(zhì)量。并且也隨時跟蹤標(biāo)桿車的動態(tài)，深挖標(biāo)桿車相關(guān)結(jié)構(gòu)更改的原因來預(yù)防此車型后期的再次發(fā)生問題，以保證整車的質(zhì)量。避免發(fā)生類似此車型因前期設(shè)計驗證不到位，導(dǎo)致售后市場出現(xiàn)擺臂斷裂此類重大質(zhì)量問題，給公司造成重大的經(jīng)濟損失和品牌損失。

在后期設(shè)計時，必須在設(shè)計初期采用有限元仿真分析技術(shù)，對結(jié)構(gòu)件進行各個工況的強度分析，確定所受最大應(yīng)力，并以此為理論依據(jù)指導(dǎo)進行擺臂、副車架等結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化改進設(shè)計，最終實車通過道路耐久試驗，驗證改進設(shè)計的有效性和可靠性。

新車型開發(fā)、驗證過程中，零部件的試制或開發(fā)過程中，經(jīng)常會碰到各種各樣的因素導(dǎo)致其使用壽命是無法達到設(shè)計要求的問題，如結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸設(shè)計，材料、焊接工藝、沖壓工藝等。產(chǎn)品使用性能的有限元仿真分析可以為產(chǎn)品設(shè)計指明方向，加快新產(chǎn)品的試制或者縮短開發(fā)時間，節(jié)約成本，提升產(chǎn)品的可靠性。