龍先軍

摘 要：懸架系統(tǒng)的減振器支架作為連接車架及減振器的零件，在車輛運(yùn)行過程中，因受到減振器的拉力及壓力，經(jīng)常導(dǎo)致斷裂失效，致使減振器無法正常工作。文章以某車型減振器支架的故障斷裂為例，采用HyperMesh有限元分析方法對(duì)支架進(jìn)行應(yīng)力分析，計(jì)算結(jié)果表明：支架最大應(yīng)力384MPa，應(yīng)力最大位置與故障件斷裂位置吻合，因此，判斷支架因強(qiáng)度不足導(dǎo)致的斷裂。針對(duì)支架的斷裂原因，提出了3種加強(qiáng)改進(jìn)方案，從應(yīng)力、重量、成本、整改周期等因素考慮，選擇最優(yōu)的改進(jìn)方案。整改后的減振器支架3年內(nèi)售后故障率為0，達(dá)到預(yù)期效果，整改方案有效。

關(guān)鍵詞：懸架 減振器支架 斷裂 有限元分析

1 引言

售后調(diào)研反饋，某車型減振器上支架出現(xiàn)3起斷裂故障，需進(jìn)行立項(xiàng)整改。經(jīng)對(duì)故障樣件進(jìn)行檢查，所有支架斷裂位置均在兩個(gè)過渡面的折彎處。為了查明減振器支架斷裂的原因，需要對(duì)減振器支架進(jìn)行外觀查驗(yàn)，材質(zhì)檢測(cè)等[1]，排除支架本身部品質(zhì)量、制造工藝等問題之后再進(jìn)行應(yīng)力情況校核。

2 原因分析

為了確定支架的應(yīng)力情況，查明斷裂原因，采用HyperMesh有限元分析方法對(duì)支架進(jìn)行模擬分析。有限元分析可以在模擬零件實(shí)際工況下，對(duì)零部件進(jìn)行受力分析，確定零件的應(yīng)力分布情況，從而對(duì)支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，應(yīng)力較大的部位進(jìn)行重點(diǎn)加強(qiáng)，應(yīng)力較小的部位進(jìn)行減材優(yōu)化，以達(dá)到零件性能與重量成本的最優(yōu)狀態(tài)。

在HyperMesh軟件中導(dǎo)入減振器支架的3D數(shù)模，先進(jìn)行幾何清理及網(wǎng)格劃分;其次，對(duì)支架進(jìn)行材料設(shè)置及屬性賦予[2]：彈性模量E=2.11*105，松泊比0.3，密度7.9*103Kg/m3;最后，按減振器壓縮工況下的10倍阻尼力值對(duì)減振器支架進(jìn)行負(fù)荷加載;完成上述步驟后，即可提交求解器計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果顯示，支架的最大應(yīng)力值384MPa，最大應(yīng)力位置在支架兩個(gè)面的結(jié)合處右側(cè)，與故障件斷裂位置一致。支架所用材料的最大許用抗拉應(yīng)力400MPa，而零件斷裂位置最大應(yīng)力值384MPa，安全系數(shù)僅為1.04，不滿足設(shè)計(jì)要求。按文獻(xiàn)[3]安全系數(shù)達(dá)到1.15就可以開展試驗(yàn)驗(yàn)證;文獻(xiàn)[4]要求安全系數(shù)到2.2才滿足設(shè)計(jì)要求。

因此，可以判斷減振器支架的斷裂原因是支架兩個(gè)面的結(jié)合處產(chǎn)生了應(yīng)力集中，強(qiáng)度不足導(dǎo)致斷裂故障。

3 改進(jìn)方案

針對(duì)零部件的斷裂故障，通常采用以下幾種方法提高零件的強(qiáng)度：（1）采用更強(qiáng)的材料[4]。零件外形及裝配接口不變，如將減振器支架材料由QT400-15更改為QT500-7，提高零件的許用應(yīng)力，以增大支架的安全系數(shù)。該方法簡(jiǎn)單，無需模具變動(dòng)，無需變動(dòng)零件接口及外形，僅材料成本增加。針對(duì)本支座，更改材料后，零件的安全系數(shù)可提高到1.30，但仍未達(dá)到規(guī)范要求。（2）按滿足強(qiáng)度要求重新設(shè)計(jì)，可能零件的外形、接口發(fā)生改變，影響零件裝配，需要開展零件的裝配工藝校核;同時(shí)需新投模具，需開展試裝驗(yàn)證、道路可靠性驗(yàn)證、售后跟蹤等;整改成本較大，整改周期較長(zhǎng)，適合于較復(fù)雜的零件整改。（3）在原零件上局部改進(jìn)。在不改變零件的接口及外形，針對(duì)零件強(qiáng)度薄弱位置（應(yīng)力最大位置）進(jìn)行局部加強(qiáng)，保證應(yīng)力符合規(guī)范要求。此種方案零件變動(dòng)小，可通過模具修改就可實(shí)現(xiàn)，能夠快速實(shí)施，零件重量及成本變動(dòng)均較小。

該減振器支架的故障原因清晰，故障率較低，采用局部加強(qiáng)的方法，既可快速實(shí)施，整改代價(jià)又小。根據(jù)減振器支架HyperMesh的應(yīng)力分析結(jié)果，支架斷裂的位置和最大應(yīng)力的位置在兩個(gè)面的結(jié)合處右側(cè)筋條處，因此，對(duì)該處進(jìn)行局部加強(qiáng)，以降低支架應(yīng)力。針對(duì)該位置的加強(qiáng)方案有以下3種：

方案1：對(duì)該位置的筋條進(jìn)行加高，如圖1所示。

方案2：對(duì)該位置的筋條進(jìn)行加寬，加大倒圓，如圖2所示。

方案3：對(duì)該位置的筋條進(jìn)行加寬并加高;同時(shí)加大折彎位置的的倒圓;如圖3所示。

按故障件的HyperMesh分析過程對(duì)上述3個(gè)改進(jìn)方案分別進(jìn)行有限元分析，支架的應(yīng)力結(jié)果如圖4所示。根據(jù)支架類零件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合文獻(xiàn)[3][4]，減振器上支架的安全系數(shù)須達(dá)到2以上才能滿足安全使用要求。在滿足零件性能的前提下，零件的重量越輕越好，3個(gè)方案的零件重量變動(dòng)均在5%以下。由于零件重量及模具變動(dòng)等，引起零件成本的變動(dòng)，經(jīng)核算，3個(gè)方案零件成本均增加0.4元/件。3個(gè)方案均可通過模具修改完成，修模周期均為25天。因此，從應(yīng)力、重量、成本、整改周期上考慮，選擇方案3作為最終整改方案。

4 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后的減振器上支架近3年內(nèi)故障率為0，達(dá)到預(yù)期效果，整改方案有效。

支架類零件斷裂故障，多數(shù)由于零件強(qiáng)度不足導(dǎo)致：如零件設(shè)計(jì)預(yù)留強(qiáng)度不夠，或者零件的使用工況發(fā)生了變化，原設(shè)計(jì)強(qiáng)度已不滿足新工況要求;或者加工制造過程中導(dǎo)致了應(yīng)力集中，如倒圓，倒角，割傷等。因此，有必要對(duì)此類零件故障進(jìn)行有限元分析，確定故障原因;然后根據(jù)有限元分析結(jié)果，有針對(duì)性的對(duì)零件進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，既可降低零件的整改成本，又能提高改善效率及設(shè)計(jì)成功率。

參考文獻(xiàn)：

[1]泮戰(zhàn)俠，白培謙等.減振器支架失效分析及改進(jìn)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（20）：71-72.

[2]李楚琳，張勝蘭等.HyperWorks分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]王莉，王兆友等.減振器支架輕量化精益設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料，2017（11）：33-37.

[4]徐論意，吳江等.某輕型卡車減振器支架開裂問題原因分析與改進(jìn)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（2）：120-121.