基于設計六西格瑪的懸架板簧設計研究與應用

徐世福 陳曉雯 童蕓

摘 要：文章針對市場反饋礦用車在礦區(qū)使用過程中，出現懸架板簧斷裂、承載能力不足，平順性差、造成礦用車性能不穩(wěn)定，車輛故障頻繁問題組織市場調查和研究分析，針對以上問題進行針對性的開發(fā)設計方案，同時經過樣車在實際礦區(qū)中驗證以及不同區(qū)域內大批量驗證，此方案顯著的降低懸架板簧斷裂及開裂的問題，提高系統(tǒng)可靠性、安全性，延長懸架系統(tǒng)板簧的的使用壽命。

關鍵詞：板簧；測量階段；分析階段；設計階段；驗證階段

中圖分類號：U463.33+2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-194-04

Abstract： This article aims at the market feedback mine car in the mining area during the process of use， the suspension spring break， the lack of carrying capacity， the poor smoothness， the instability of the performance of the mine car， the frequent trouble of the vehicle organization market investigation and research analysis. According to the above problems， a targeted development and design plan was carried out. At the same time， the prototype was verified in the actual mining area and verified in large quantities in different areas. This plan significantly reduced the problem of suspension spring fracture and cracking， and improved the reliability and safety of the system. Extending the service life of the spring in suspension system.

Keywords： Plate spring assembly； Measurement phase； Analysis phase； design phase； Validation phase

CLC NO.： U463.33+2 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-194-04

前言

隨著商用汽車的發(fā)展，專用車產量處于高速增長階段，礦用車自卸車市場份額保持一定的規(guī)模并且還會擴大。懸架板簧是車輛的重要承載系統(tǒng)，對車輛的整車姿態(tài)以及整車平順性、舒適性有著至關重要的作用，礦用車反映的質量問題主要為前懸架板簧斷裂頻繁，承載能力不足，造成礦用車性能不穩(wěn)定，車輛故障頻繁，影響正常運營，導致客戶流失，市場減少，進而影響到品牌和公司的名譽。

1 定義階段

1.1 問題調查分析

A公司售出的礦用車平均每臺每月板簧斷裂十片，B公司斷裂二片，C公司斷裂一片，D公司斷裂二片，E公司斷裂五片，F公司斷裂四片。與同行業(yè)相比較，A公司板簧斷裂片數是其它同行的2.8倍，板簧斷裂長期沒有得到改善，急需徹底的解決。前板簧斷裂主要集中在中間處和左右1/3處，且占總體的80%。

斷裂片數主要集中在第一、二、九、十、十一片；且占總體的61.68%。

1.2 項目基線與目標

某一里程后單位時間內發(fā)生故障的汽車板簧數和這一里程后的運營汽車總板簧數百分比值稱為行駛到該里程瞬時板簧故障率，習慣上稱之為板簧故障率。

結論：同行先進水平為 1片/月。A公司板簧斷裂10片/月。

基線與目標：現水平10片，目標2片，先進水平1片。

1.3 項目預期收益

項目成效收益=銷售數量x改善率x單臺不可修復成本+可修復臺數x單臺可修復成本。

2 測量階段

2.1 顧客及CTQ分解

2.1.1 客戶的使用要求VOC

整車在最大負載，路面良好的工況下，板簧依然能保持良好的工作狀態(tài)，處于平穩(wěn)的狀態(tài)，不會產生變形、彎曲以及損壞。

整車在最大負載，路面不平或坑洼的工況下，板簧在瞬時沖擊力下，處于良好的運行狀態(tài)，不會產生變形、彎曲以及損壞。

2.2 QFD關鍵參數分析

2.3 測量系統(tǒng)分析

2.3.1 審視所有CTQ的測量系統(tǒng)技術參數現狀分析

2.3.2 疲勞循環(huán)的現狀分析

結論：測量疲勞循環(huán)平均值57948，P=0.577>0.05，符合正態(tài)分布，要求疲勞循環(huán)大于8萬次，因此疲勞循環(huán)偏小且不滿足設計需求。

2.3.3 剛度現狀分析

結論：測量剛度平均值573.9，P=0.630>0.05，符合正態(tài)分布，要求硬度在549-671之間，因此剛度偏小不滿足設計需求。

2.3.4 表面硬度分析

結論：測量硬度平均值332.6，P=0.759>0.05，符合正態(tài)分布，要求硬度在375-444之間，因此硬度偏小不滿足設計需求。

2.3.5 自由弧高的現狀分析

結論：測量前板簧自由弧高平均值101.7，P=0.516>0.05，符合正態(tài)分布，要求范圍之內，因此自由弧高并且基本滿足設計需求。

2.4 技術參數確定分析

3 分析階段

3.1 FMEA綜合分析

3.1.1 材料失效分析

結論：材料成份不符合標準要求。

3.1.2 剛度失效原因分析

工藝流程中沒有達到設計要求，剛度偏大、減震性降低、脆性增加、容易斷裂。

3.1.3 疲勞壽命失效原因分析

性能參數沒有達到設計要求，由于設計疲勞循環(huán)次數比較低，沒有達到使用過程中的要求，造成了性能不穩(wěn)定。因此，導致早期失效故障的發(fā)生。

3.1.4 硬度失效原因分析

在制造過程中，回火過低、溶液質量低、沒有淬透、元素含量沒有達到設計要求、回火一致性差距大，導致回火硬度偏軟，心部硬度值差異大，早失效及性能不穩(wěn)定。

3.1.5 自由弧高失效原因分析

失效原因滿載弧高偏小，自由弧高也是偏小，塑性變形增大。

4 設計階段

4.1 元素含量設計

4.2 結構尺寸設計

設計規(guī)格16X90X14。

4.3 自由弧高參數設計

自由弧高設計參數

結論：P=0.002<0.05，設計前板簧的自由弧高滿足標準要求（92～108）。

4.4 剛度參數設計

設計的參數：自由剛度（549.0～671.0）。

4.5 硬度參數設計

設計的參數：表面硬度HRB375～444 ，心部硬度HRC40.1～46.2。

結論：表面硬度和心部硬度滿足標準要求。

4.6 屈服強度參數設計

屈服強度參數設計：屈服強度大于1180。

結論：屈服強度滿足標準要求（大于1180）

4.7 疲勞壽命參數設計

設計的參數：疲勞循環(huán)12.5萬次。

結論：P<0.05，設計后將達到可靠良好的設計效果疲勞壽命滿足標準要求（大于9.5萬次）。

5 驗證階段

5.1 統(tǒng)計結果

首先對于本次設計前后小批量試制生產的十臺礦用車二個月跟蹤調查詳細的統(tǒng)計情況。

5.2 驗證分析結果

A公司斷裂平均值等于1.875片/月小于目標值2.0片/月。因此，設計達到并優(yōu)于初始的目標。

5.3 財務實際收益核算

5.3.1 實際收益核算值

項目成效收益=銷售數量x改善率x單臺不可修復成本+可修復臺數x單臺可修復成本。

結論：項目收益成效明顯，達到且優(yōu)于目標。

6 結論

文章主要介紹了一種應用設計六西格瑪的方法分析前板簧斷裂產生的原因，主要從定義階段、測量階段、分析階段、設計階段、驗證階段對調研情況進行全面分析，以問題為導向開發(fā)設計前懸架板簧用于解決前目前斷裂、承載能力不足、平順性差、造成礦用車性能不穩(wěn)定的辦法，從根本上提高車輛的可靠性、提高前懸架系統(tǒng)的壽命、提高車輛的安全性提供一種有效的綜合的解決方案，利用設計六西格瑪的方法對此問題進行充分的分析以及參數詳細設計，從而達到徹底解決此問題的辦法，為后期相關問題的處理提供一種良好的解決方法。

參考文獻

[1] 陳家瑞.汽車構造[M].北京：人民交通出版社，2002.3.

[2] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.5.

[3] 張炳力.汽車設計[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2010.6.

[4] 何楨.六西格瑪管理（第三版）.北京：中國人民大學出版社.2014.6.