板簧支架失效分析與改進(jìn)

袁麗 李維良 茍晨陽 戴釗

摘 要：為解決板簧支架高頻失效問題，采用質(zhì)量工具及理化分析方法，找出了影響支架失效的關(guān)鍵影響因子，提出了從設(shè)計(jì)方面對(duì)支架進(jìn)行改進(jìn)，用CAE分析方法對(duì)優(yōu)化前后的支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了最大應(yīng)力分析及驗(yàn)證，改進(jìn)效果良好。

關(guān)鍵詞：板簧支架;有限元分析;最大應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）13-159-02

Failure Analysis And Improvement Of Leaf Spring Bracket

Yuan Li， Li Weiliang， Gou Chenyang， Dai Zhao

（ Quality Management Department of Shaanxi Heavy Duty Truck Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： For solving the problem of high frequency failure of leaf spring support， the key factors affecting the failure of the support were found by using quality tools and physical and chemical analysis methods. The design improvement of the support was proposed. The maximum stress analysis and verification of the support structure before and after optimization were carried out by CAE analysis method， and the improvement effect was good.

Keywords： Leaf spring support; Finite element analysis; Maximum stress

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）13-159-02

1 引言

板簧支架是車輛懸架系統(tǒng)的主要承載部件，是板簧與車架聯(lián)接的關(guān)鍵部件，傳遞二者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和作用力，對(duì)板簧起支撐作用，受到來自板簧方面的載荷，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響車輛的行駛安全。近兩年某型號(hào)板簧支架頻繁出現(xiàn)裂紋、斷裂，存在嚴(yán)重安全隱患，引起了用戶強(qiáng)烈抱怨。

2 問題概述

2017年-2018年，某型號(hào)板簧支架售后索賠居高不下，其中2017年全年故障數(shù)為1025件，故障率為1.48%，索賠金額82.58萬元，2018年1～8月故障數(shù)為970件，故障率為1.45%，索賠金額115.49萬元。該產(chǎn)品售后索賠費(fèi)用位居該公司產(chǎn)品售后索賠費(fèi)用前列，失效模式均為裂紋、斷裂，嚴(yán)重影響整車行駛安全及整車出勤，客戶抱怨強(qiáng)烈，且售后市場高額的索賠費(fèi)用已然成為企業(yè)發(fā)展壯大的沉重包袱，產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)需求迫切。

3 板簧支架失效分析

經(jīng)對(duì)售后舊件進(jìn)行理化失效分析發(fā)現(xiàn)，該支架材料成分及強(qiáng)度均符合圖紙要求，經(jīng)進(jìn)一步對(duì)失效模式深入分析發(fā)現(xiàn)，板簧支架斷裂部位80%集中在支架連接車架輔助橫梁一端的同一部位，故初步認(rèn)為該產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在問題。為確認(rèn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)度，對(duì)支架開展CAE有限元分析，確認(rèn)受應(yīng)力較大部位與實(shí)際發(fā)生裂紋或斷裂部位一致，結(jié)合裝配關(guān)系分析可知，支架與車架縱梁垂直方向缺少緊固連接，當(dāng)支架受到來自車架輔助橫梁傳遞過來的力時(shí)，由于跨度較大，支架連接車架輔助橫梁的一端實(shí)際相當(dāng)于懸臂梁，不能與車架縱梁緊貼，導(dǎo)致受力（力矩）過大從而引發(fā)批量性斷裂問題。

根據(jù)裝配受力分析結(jié)果，提出增加螺栓孔優(yōu)化方案，使用螺栓將支架與車架縱梁在垂直方向進(jìn)行固定。因支架用于輕量化車型，車架強(qiáng)度有限，車架上開孔螺栓連接方案存在較大失效風(fēng)險(xiǎn)，固只能從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行改進(jìn)，提高零部件自身強(qiáng)度。

4 設(shè)計(jì)改進(jìn)及有限元分析

根據(jù)以上分析結(jié)論開展針對(duì)性優(yōu)化提升，加強(qiáng)支架連接車架輔助橫梁的一端與其他固定點(diǎn)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)以改善受力情況，擬增加R240的斜筋，兩側(cè)筋寬度由10mm改為13mm，同時(shí)為減小支架連接車架輔助橫梁的一端斜筋與凸臺(tái)連接處的應(yīng)力，將圓弧凸臺(tái)改為矩形凸臺(tái)，保證連接處過渡圓滑，減小應(yīng)力集中。

通過CAE有限元分析對(duì)優(yōu)化前后產(chǎn)品受力情況分析發(fā)現(xiàn)，完全約束與車架相連7個(gè)螺栓過孔位移，模擬支架受到來自車架輔助橫梁傳遞過來的力，加載力10000N，分析相同載荷情況下支架最大應(yīng)力的變化情況。結(jié)果顯示，優(yōu)化前斷裂部位最大應(yīng)力1.894×109N/m2（見圖4），優(yōu)化后斷裂部位最大應(yīng)力1.743×108N/m2（見圖5），下降幅度達(dá)90.8%。

5 結(jié)論

對(duì)比板簧支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后CAE分析結(jié)果可知，最大應(yīng)力大幅下降，可有效提高產(chǎn)品強(qiáng)度，降低失效率。跟蹤產(chǎn)品市場表現(xiàn)，改進(jìn)后產(chǎn)品故障率大幅下降89.74%，改進(jìn)有效。

參考文獻(xiàn)

[1] 王朝陽.某型重卡板簧支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2017.