板簧支架失效分析與改進

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，采用質量工具及理化分析方法，找出了影響支架失效的關鍵影響因子，提出了從設計方面對支架進行改進，用CAE分析方法對優化前后的支架結構進行了最大應力分析及驗證，改進效果良好。

關鍵詞：板簧支架;有限元分析;最大應力

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B? 文章編號：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的主要承載部件，是板簧與車架聯接的關鍵部件，傳遞二者之間的相對運動和作用力，對板簧起支撐作用，受到來自板簧方面的載荷，其結構強度直接影響車輛的行駛安全。近兩年某型號板簧支架頻繁出現裂紋、斷裂，存在嚴重安全隱患，引起了用戶強烈抱怨。

2 問題概述

2017年-2018年，某型號板簧支架售后索賠居高不下，其中2017年全年故障數為1025件，故障率為1.48%，索賠金額82.58萬元，2018年1～8月故障數為970件，故障率為1.45%，索賠金額115.49萬元。該產品售后索賠費用位居該公司產品售后索賠費用前列，失效模式均為裂紋、斷裂，嚴重影響整車行駛安全及整車出勤，客戶抱怨強烈，且售后市場高額的索賠費用已然成為企業發展壯大的沉重包袱，產品質量改進需求迫切。

3 板簧支架失效分析

經對售后舊件進行理化失效分析發現，該支架材料成分及強度均符合圖紙要求，經進一步對失效模式深入分析發現，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，故初步認為該產品設計結構存在問題。為確認產品設計強度，對支架開展CAE有限元分析，確認受應力較大部位與實際發生裂紋或斷裂部位一致，結合裝配關系分析可知，支架與車架縱梁垂直方向缺少緊固連接，當支架受到來自車架輔助橫梁傳遞過來的力時，由于跨度較大，支架連接車架輔助橫梁的一端實際相當于懸臂梁，不能與車架縱梁緊貼，導致受力（力矩）過大從而引發批量性斷裂問題。

根據裝配受力分析結果，提出增加螺栓孔優化方案，使用螺栓將支架與車架縱梁在垂直方向進行固定。因支架用于輕量化車型，車架強度有限，車架上開孔螺栓連接方案存在較大失效風險，固只能從產品結構本身進行改進，提高零部件自身強度。

4 設計改進及有限元分析

根據以上分析結論開展針對性優化提升，加強支架連接車架輔助橫梁的一端與其他固定點加強筋結構以改善受力情況，擬增加R240的斜筋，兩側筋寬度由10mm改為13mm，同時為減小支架連接車架輔助橫梁的一端斜筋與凸臺連接處的應力，將圓弧凸臺改為矩形凸臺，保證連接處過渡圓滑，減小應力集中。

通過CAE有限元分析對優化前后產品受力情況分析發現，完全約束與車架相連7個螺栓過孔位移，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力的變化情況。結果顯示，優化前斷裂部位最大應力1.894×109N/m2（見圖4），優化后斷裂部位最大應力1.743×108N/m2（見圖5），下降幅度達90.8%。

5 結論

對比板簧支架結構優化前后CAE分析結果可知，最大應力大幅下降，可有效提高產品強度，降低失效率。跟蹤產品市場表現，改進后產品故障率大幅下降89.74%，改進有效。

參考文獻

[1] 王朝陽.某型重卡板簧支架結構優化設計[J]機械設計與制造，2017.