某輕卡板簧卷耳斷裂的分析及改進(jìn)

吳林

?

某輕卡板簧卷耳斷裂的分析及改進(jìn)

吳林

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

文章針對(duì)某輕卡板簧卷耳斷裂問(wèn)題首先進(jìn)行故障件物理分析，然后建立CAE模型進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算，得出分析結(jié)果。運(yùn)用同樣的方法進(jìn)行分析和整改，然后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終滿足設(shè)計(jì)要求。

板簧卷耳；CAE分析；改進(jìn)方法

引言

鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它由若干片等寬但不等長(zhǎng)的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁。鋼板彈簧最長(zhǎng)的一片稱為主片，其兩端彎成卷耳，卷耳內(nèi)裝有襯套，通過(guò)彈簧銷可將鋼板彈簧和車架連接。鋼板彈簧的主片卷耳受力較大，是主片的薄弱處，為了增加主片的卷耳強(qiáng)度，常將第二片彈簧也變成卷耳，包在主片卷耳的外面。

1 故障情況

某輕卡在強(qiáng)化路試驗(yàn)里程2865km時(shí)，出現(xiàn)左后鋼板彈簧主簧前卷耳位置斷裂的情況。該板簧采用上卷耳和1/4包耳結(jié)構(gòu)。

圖1 板簧卷耳斷裂圖示

2 故障件分析

2.1 金相分析

板簧材質(zhì)為60Si2MnA，硬度為HRC43.5，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)板簧進(jìn)行金相檢測(cè)，樣片為4級(jí)組織，脫碳層深為0.112mm，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 板簧卷耳破損部位斷面

2.2 斷面分析

板簧截面尺寸：11×70mm，符合圖紙要求。觀察斷口，見(jiàn)圖2，斷面基本與板簧母線垂直，上表面5點(diǎn)裂紋源，呈齒狀紋布，且獨(dú)立擴(kuò)展，形成無(wú)典型疲勞輝貝紋的疲勞區(qū)，表明初始循環(huán)應(yīng)力振幅/平均應(yīng)力比值過(guò)小，即具有過(guò)載特征。多點(diǎn)疲勞區(qū)最終連片，反而出現(xiàn)了典型疲勞輝貝紋樣，這應(yīng)與載荷變化有關(guān)。疲勞區(qū)為7×42mm的半橢圓狀，面積占總截面的30%。疲勞區(qū)外有大量放射紋和較大的剪切唇，反映材料韌性尚可，同時(shí)斷口壓應(yīng)力一側(cè)母面上有大量的擠壓刮擦痕，證明耳部受過(guò)較強(qiáng)的縱向牽引和垂直擠壓作用。以上特征表明，路試過(guò)程中制動(dòng)載荷過(guò)大的情況。

3 零件的仿真分析和對(duì)比

針對(duì)懸架裝置建立有限元分析模型，如圖3所示，分析軟件采用ANSA、ABAQUS，所有零部件均采用solid單元模擬，接觸采用contact和tie模擬，約束和加載按照表1進(jìn)行。

圖3 板簧卷耳受力分析模型

表1 約束和加載

板簧卷耳受力情況見(jiàn)圖4，卷耳處最大應(yīng)力為573Mpa。

按照經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際受力情況，板簧平卷耳受力較上卷耳有一定程度改善，因此將該板簧做成平卷耳進(jìn)行受力分析對(duì)比，模型和加載方式同上卷耳。分析結(jié)果見(jiàn)圖5，卷耳處最大應(yīng)力為355Mpa，受力情況較上卷耳有較大提升。

圖5 平卷耳應(yīng)力云圖

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)車輛更換平卷耳板簧繼續(xù)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)6000km強(qiáng)化路驗(yàn)證，卷耳處未出現(xiàn)斷裂情況。因此，可確定板簧上卷耳改為平卷耳的方案切實(shí)有效，能滿足設(shè)計(jì)需求。

5 總結(jié)

非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但是板簧卷耳所受力較為復(fù)雜，目前理論計(jì)算主要考察的是制動(dòng)力的影響，其他受力情況暫未量化。通過(guò)上述實(shí)例表明，在同樣工況下，平卷耳受力情況較上卷耳有較大提升。在上卷耳受力無(wú)法滿足設(shè)計(jì)需求的情況下，可以優(yōu)先考慮采用平卷耳的方案。另外，由于制動(dòng)力可能比較大，因此卷耳應(yīng)力應(yīng)留有較大的安全系數(shù)，綜合上述實(shí)例和相關(guān)資料，卷耳應(yīng)力安全系數(shù)取3.35較為合理。通過(guò)該案例的分析和對(duì)比，為后續(xù)類似問(wèn)題的處理提供了解決思路和方案，對(duì)今后的懸架設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 王霄鋒.汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2015.

[2] 徐石安.汽車構(gòu)造——底盤工程（第二版）[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[4] 彭莫,刁增祥,黨瀟正.汽車懸架構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算.[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016.

Analysis And Improvement on leaf spring rolling fracture of A Light Truck

Wu Lin

( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230022 )

The article mainly describes analysis and improvement on a light truck’s leaf spring rolling fracture.Firstly,physical analysis is carried out,and then a CAE model is established for strength analysis.A conclusion is drawn based on the analysis result.Use the same method for analysis and rectification and test to meet design requirements.

Leaf spring rolling;CAE analysis; ways to improve

B

1671-7988(2018)20-91-02

U463

B

1671-7988(2018)20-91-02

U463

吳林，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.033