汽車靠背鎖沖擊實(shí)驗(yàn)失效分析及優(yōu)化

畢歡,馮敏

(1.重慶延鋒安道拓汽車部件系統(tǒng)有限公司，重慶 400000;2.重慶工商大學(xué)工商管理學(xué)院，重慶 400000)

0 引言

根據(jù)GB 15083—2006規(guī)范，行李箱沖擊實(shí)驗(yàn)需滿足：座椅調(diào)節(jié)裝置和鎖止裝置，允許產(chǎn)生變形、斷裂，但不允許失效，并保持在原位置[1]。

經(jīng)過拆解失效樣件發(fā)現(xiàn)：靠背骨架結(jié)構(gòu)完好、變形量小、焊縫無撕裂現(xiàn)象；靠背鎖功能正常、能正常鎖止和解鎖；解鎖系統(tǒng)功能正常，無預(yù)解鎖現(xiàn)象。同時(shí)靠背鎖的靜態(tài)強(qiáng)度滿足圖紙要求，CAE模擬滿足GB 15083—2006規(guī)范?；诖?，本文作者對(duì)行李箱實(shí)驗(yàn)失效原因進(jìn)行深入分析：靠背鎖發(fā)生自解鎖，導(dǎo)致靠背發(fā)生倒平失效，通過優(yōu)化鎖的結(jié)構(gòu)，解決失效問題。

1 靠背鎖工作分析

由圖1靠背鎖結(jié)構(gòu)可知，鎖爪限制鎖葉旋轉(zhuǎn)，從而保證鎖栓保持在鎖葉“U”型槽內(nèi)，使座椅靠背保持在原位置。其中簧提供輔助鎖止作用，橡膠墊消除鎖栓和鎖葉“U”型槽之間的公差和間隙。

圖1 靠背鎖結(jié)構(gòu)

圖2為靠背鎖的解鎖過程。在鎖栓狀態(tài)，向解鎖方向拉動(dòng)鎖爪，鎖爪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鎖葉在簧的帶動(dòng)下，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而使鎖栓脫離鎖葉“U”型槽，實(shí)現(xiàn)解鎖。

圖2 解鎖過程

2 失效分析

2.1 CAE有限元建模

利用某有限元軟件建立與行李箱沖擊實(shí)驗(yàn)一致的有限元模型[1-2]，如圖3所示。

圖3 有限元建模

2.2 CAE有限元分析及結(jié)果

根據(jù)圖4的有限元模擬結(jié)果分析可知：(1)沖擊前(圖4(a))，鎖爪和鎖葉正常咬合，與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致；(2)沖擊中(圖4(b))，鎖葉會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而碰撞鎖爪，導(dǎo)致鎖爪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有解鎖的趨勢(shì)，但鎖葉與鎖栓一致保持咬合狀態(tài)，沒有出現(xiàn)鎖止失效；(3)沖擊后(圖4(c))，鎖爪和鎖葉未出現(xiàn)變形、斷裂等失效，且咬合正常，座椅靠背保持在原位置，實(shí)驗(yàn)沒有失效。

圖4 有限元模擬結(jié)果

經(jīng)過上述分析，沖擊中鎖爪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鎖爪有自解鎖趨勢(shì)，這可能是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失效的根本原因。如圖5所示，進(jìn)一步分析沖擊過程中鎖爪的狀態(tài)：鎖葉在沖擊過程中碰撞鎖爪，鎖爪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鎖爪發(fā)生4.68 mm的自解鎖。根據(jù)圖紙要求，該靠背鎖的臨界解鎖行程為9 mm。因此靠背鎖發(fā)生50%以上的自解鎖，很可能引發(fā)實(shí)驗(yàn)自解鎖失效。

圖5 沖擊中鎖爪狀態(tài)

靠背鎖理想鎖止?fàn)顟B(tài)是：靜態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度時(shí)，鎖爪和鎖葉均保持在原位置。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化及CAE模擬

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)失效分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，如圖6所示。由圖可知:(1)增加銷釘尺寸，將銷釘設(shè)為限位擋點(diǎn)，限制鎖葉在行李箱沖擊中的旋轉(zhuǎn)角度，防止鎖葉碰撞鎖爪。同時(shí)根據(jù)尺寸鏈計(jì)算，確定銷釘尺寸，保障鎖葉能正常鎖止，如圖6(a)所示。(2)在鎖葉與鎖爪碰撞點(diǎn)處做避讓(預(yù)留間隙)，保證極限公差條件狀態(tài)下，鎖葉與鎖爪也不會(huì)發(fā)生碰撞，如圖6(b)所示。(3)因(2)中鎖葉與鎖爪之間有間隙，導(dǎo)致解鎖行程變化。所以如圖6(c)所示,鎖爪上增加解鎖行程限位點(diǎn)，保持解鎖行程不變。

圖6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后有限元分析

CAE有限元分析如圖7所示。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鎖葉在行李箱沖擊過程中有旋轉(zhuǎn)，但在銷釘限制下，鎖葉與鎖爪沒有發(fā)生碰撞，鎖爪一直保持在原位置。

圖7 有限元模擬結(jié)果

通過CAE結(jié)果分析可知，靠背鎖結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，能有效避免鎖葉與鎖爪碰撞，解決鎖爪自解鎖風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果下發(fā)變更，靠背順利通過行李箱沖擊實(shí)驗(yàn)。證明靠背鎖結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施有效[3]。

4 結(jié)論

(1)鎖葉與鎖爪發(fā)生碰撞是靠背鎖行李箱實(shí)驗(yàn)失效的根本原因；

(2)在CAE模擬動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，不能只看結(jié)果，需結(jié)合各部件關(guān)系和遠(yuǎn)動(dòng)趨勢(shì)分析可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，從而指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。