卡接式車輪裝飾罩失效分析及改善

蘭志斌（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

卡接式車輪裝飾罩失效分析及改善

蘭志斌
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章通過對某車型車輪裝飾罩（簡稱輪罩）失效原因進行結構分析、材料分析、CAE分析，確定引起輪罩失效主要原因是裝配力精度控制。文章提出增加材料吸水時間、改善鋼絲焊接方式及提高輪輞突峰精度的方案進行優化；進而對優化后的輪罩進行臺架模擬試驗，驗證輪罩可靠性。其中優化方法及臺架試驗方法對類似產品設計具有較好的參考價值。

關鍵詞：車輪裝飾罩；臺架試驗

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.029

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-76-03

引言

輪罩安裝在車輪外側，主要起保護輪胎螺栓及美觀的作用。卡接式輪罩具有安裝方便，成本低的特點被廣泛運用于鋼輪輞結構車輪上。輪罩按照圖1箭頭方向安裝在輪輞上，主要依靠輪罩卡爪與輪輞突峰的配合及輪罩鋼絲提供徑向力，使輪罩固定在輪輞上，達到可靠連接。目前輪罩失效主要有輪罩碎裂、輪罩脫落兩種形式，其中輪罩碎裂一般為意外發生，且出現概率很小，所以本文主要針對輪罩脫落問題進行分析及改善。

1、原始數據分析

1.1 輪罩故障原因分類

對故障反饋單及樣件檢測，發現碎裂輪罩有明顯的被撞擊痕跡，可以定為意外損傷，占總數的5%；其它故障件20%為輪輞凸峰問題，剩余75%的故障均為輪罩本身缺陷（見圖2）。輪罩出現故障后，可能對車輛后面的車造成行駛障礙，甚至導致交通事故的發生。

1.2 輪罩故障里程排列

對2013-2014可靠性試驗問題進行統計，形成故障統計圖（見圖3）。從圖中可以看出在車輛開始進行顛簸路不久就發生脫落現象，總里程主要集中在5000-15000公里。同時對左右兩側的輪罩進行統計發現，右側輪罩的故障率明顯大于左側。經過對試驗場試驗車跟蹤發現，試驗車試驗時靠右行駛，試驗場道路兩側路況相比中間路況更加惡劣，基于以上統計可發現連續的沖擊對輪罩失效影響很大。由于輪罩故障，使車輛存在一定交通事故風險。我們必須要找出影響輪罩可靠性的因素，針對性的完善輪罩設計，最后進行相關驗證，評價整改方案是否有效。

2、輪罩失效原因分析

2.1 魚刺圖分析

為了尋找輪罩脫落的根本原因，利用魚刺圖對問題進行原因分析（如圖4）：

（1）確認現象的偶發性：對比不同路況的路試車輛，發現在不同的車輛在顛簸路均發生脫落現象，確認此現象并非偶發。但輪罩存在裝配不良（輪罩鋼絲與輪罩未裝配到位）及試驗車與路牙撞擊導致脫落的現象。由于此類問題均為偶發性，將不進行分析。

（2）經過對以上因素進行排查，同時參考故障原始數據，最終確定影響輪罩可靠性的可能因素為：輪罩材料、輪罩尺寸及輪輞突峰尺寸。

2.2 輪罩材料分析

輪罩主體材料為PA66，由于材料本身特性，一般需要添加礦物材料作為添加劑，本輪罩添加礦物質為10%滑石粉；表1為本輪罩使用材料與其他材料性能對比。由表可以看出，開發產品在PA66基礎上提升了部分力學性能，并且保證了流動性，降低了吸水率；但由于PA66本身特性，開發產品吸水率依然較高，這對零部件尺寸影響較大。

2.3 輪罩尺寸分析

影響可靠性的輪罩尺寸為輪罩卡爪外部所在圓尺寸。影響此尺寸的因素主要為：輪罩模具精度、輪罩材料吸水率及鋼絲直徑。其中影響最大的為鋼絲直徑；

我們根據實際測量數據，建立了輪罩與輪輞之間受力分析模擬[2]。用來確定鋼絲直徑尺寸。分析邊界條件：（1）采用鋼絲圈與輪罩緊貼，接觸采用罰函數類型；（2）約束輪轂底部，對稱部位進行對稱約束；（3）在輪罩上端施加強制位移（4）材料見表2。結果形成如圖5所示曲線，由模擬我們得出鋼絲直徑及公差（公差±0.5mm）。

表2　材料賦值表

經過對實際輪罩進行精測，發現鋼絲直徑尺寸不符合圖紙要求，導致輪罩與輪輞配合力減小，進而發生輪罩脫落故障。

2.4 輪輞突峰尺寸分析

對設計輪輞進行掃描，并對點云進行處理，得到樣件與設計輪輞截面曲線見圖6，可以發現在輪輞突峰位置，我們要求尺寸公差為：上公差0mm下公差-0.3mm[1]，而測量結果為-0.733mm，生產樣件尺寸與設計值有較大偏差。

3、改進措施

經過清楚的原因分析后，設計員及工藝員對以上問題進行逐項解決：

（1）由于材料吸水率不可避免，我們采用加長吸水時間的措施，使輪罩尺寸在可控范圍內，同時區分夏季與冬季的工藝要求，提升產品的一致性。

（2）鋼絲直徑公差設計值在±0.5mm，經過調查發現，目前鋼絲精度只能達到±1mm，主要原因為焊接控制不合適。設計員優化了焊接形式，增加卡片設計；經過對鋼絲連接方式的整改，可以有效控制鋼絲尺寸。

（3）針對輪輞突峰結構的分析，工藝員發現設備由于保壓時間的限制，突峰尺寸存在回彈的情況，為了提高突峰尺寸合格率，根據設備實際情況，輪輞下模具增加突峰高度，由1.51~1.61mm增加到2.20~2.16mm，以保證突峰尺寸。

4、改善后試驗驗證

輪罩脫落經過六個月的時間完成了相關改進措施并加以實施。由于輪罩故障主要發生在顛簸路況，為了快速驗證整改件的可靠性，小組模擬了以下兩種試驗方法[3]：

（1）沖擊試驗（圖7）：在3個最小地方測量輻板式車輪內徑和輪罩固定器外徑后，輪罩、輻板式車輪與規定的輪胎進行裝配。將一個與輪罩同重的重物分成2塊，并將每一重物分別于輪罩中心的內外部連接，然后連續垂直沖擊10次。

（2）振動試驗（圖8）：在3個最小地方測量輻板式車輪內徑和輪罩固定器外徑后，進行5次裝配試驗。在40Hz、20g的條件下進行5×105次，小組采取先進行振動試驗后用同一輪罩進行沖擊試驗。完成后檢查交叉口是否松動，測量輪罩外部直徑，以不超過2mm位移及變形為合格產品。

經過臺架試驗初步驗證后，輪罩進行了兩輪20萬公里道路可靠性驗證，輪罩脫落問題基本解決。

5、結論

經過對輪罩材料特性對比、運動受力CAE分析及生產加工工藝檢測，充分的分析了影響輪罩可靠性的各種因素，從而找到輪罩脫落的根本原因。同時采取了3個有效措施：

（1）加長材料吸水時間，減少材料吸水性對尺寸影響；

（2）優化鋼絲焊接形式，增加卡片結構，保證鋼絲精度；

（3）增加輪輞突峰模具高度，保證輪輞與輪罩的配合尺寸。從試驗驗證的結果來看，這三種改善措施對卡接式輪罩的可靠性提升明顯，對類似產品設計具有很大參考價值。

參考文獻

[1] 天津車輪試驗中心，天津市久榮車輪技術有限公司.GBT 3487汽車輪輞規格系列[S].中國國家標準化管理委員會,2005.

[2] 張勝蘭,鄭冬黎等.給予HyperWorks的結構優化設計技術[M].北京：機械工業出版社,2007.

[3] 孟開賓.QJQ5563熱塑性樹脂輪罩[S].安徽江淮汽車股份有限公司,2010.

Snap-wheel trim cover failure analysis and improvement

Lan Zhibin
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:Through the wheel of a vehicle trim cover (Referred to wheel cover) Failure of structural analysis, materials analysis, CAE analysis to determine the cause of the wheel assembly power failure mainly due to precision control. This article proposes to increase the material absorption time, improve steel welding and improve the accuracy of the rim spurt optimization program; thus for optimized wheel covers were simulated test bench to verify the reliability of the wheel cover. Optimization and the bench test methods of which has a good reference value for similar product design.

Keywords:Wheel cover; The bench test

作者簡介：蘭志斌，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心。

中圖分類號：U463.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-76-03