某車型減振器支架斷裂原因分析及改進方案

龍先軍

摘 要：懸架系統的減振器支架作為連接車架及減振器的零件，在車輛運行過程中，因受到減振器的拉力及壓力，經常導致斷裂失效，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有限元分析方法對支架進行應力分析，計算結果表明：支架最大應力384MPa，應力最大位置與故障件斷裂位置吻合，因此，判斷支架因強度不足導致的斷裂。針對支架的斷裂原因，提出了3種加強改進方案，從應力、重量、成本、整改周期等因素考慮，選擇最優的改進方案。整改后的減振器支架3年內售后故障率為0，達到預期效果，整改方案有效。

關鍵詞：懸架 減振器支架 斷裂 有限元分析

1 引言

售后調研反饋，某車型減振器上支架出現3起斷裂故障，需進行立項整改。經對故障樣件進行檢查，所有支架斷裂位置均在兩個過渡面的折彎處。為了查明減振器支架斷裂的原因，需要對減振器支架進行外觀查驗，材質檢測等[1]，排除支架本身部品質量、制造工藝等問題之后再進行應力情況校核。

2 原因分析

為了確定支架的應力情況，查明斷裂原因，采用HyperMesh有限元分析方法對支架進行模擬分析。有限元分析可以在模擬零件實際工況下，對零部件進行受力分析，確定零件的應力分布情況，從而對支架進行優化設計和改進，應力較大的部位進行重點加強，應力較小的部位進行減材優化，以達到零件性能與重量成本的最優狀態。

在HyperMesh軟件中導入減振器支架的3D數模，先進行幾何清理及網格劃分;其次，對支架進行材料設置及屬性賦予[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倍阻尼力值對減振器支架進行負荷加載;完成上述步驟后，即可提交求解器計算。

計算結果顯示，支架的最大應力值384MPa，最大應力位置在支架兩個面的結合處右側，與故障件斷裂位置一致。支架所用材料的最大許用抗拉應力400MPa，而零件斷裂位置最大應力值384MPa，安全系數僅為1.04，不滿足設計要求。按文獻[3]安全系數達到1.15就可以開展試驗驗證;文獻[4]要求安全系數到2.2才滿足設計要求。

因此，可以判斷減振器支架的斷裂原因是支架兩個面的結合處產生了應力集中，強度不足導致斷裂故障。

3 改進方案

針對零部件的斷裂故障，通常采用以下幾種方法提高零件的強度：（1）采用更強的材料[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，提高零件的許用應力，以增大支架的安全系數。該方法簡單，無需模具變動，無需變動零件接口及外形，僅材料成本增加。針對本支座，更改材料后，零件的安全系數可提高到1.30，但仍未達到規范要求。（2）按滿足強度要求重新設計，可能零件的外形、接口發生改變，影響零件裝配，需要開展零件的裝配工藝校核;同時需新投模具，需開展試裝驗證、道路可靠性驗證、售后跟蹤等;整改成本較大，整改周期較長，適合于較復雜的零件整改。（3）在原零件上局部改進。在不改變零件的接口及外形，針對零件強度薄弱位置（應力最大位置）進行局部加強，保證應力符合規范要求。此種方案零件變動小，可通過模具修改就可實現，能夠快速實施，零件重量及成本變動均較小。

該減振器支架的故障原因清晰，故障率較低，采用局部加強的方法，既可快速實施，整改代價又小。根據減振器支架HyperMesh的應力分析結果，支架斷裂的位置和最大應力的位置在兩個面的結合處右側筋條處，因此，對該處進行局部加強，以降低支架應力。針對該位置的加強方案有以下3種：

方案1：對該位置的筋條進行加高，如圖1所示。

方案2：對該位置的筋條進行加寬，加大倒圓，如圖2所示。

方案3：對該位置的筋條進行加寬并加高;同時加大折彎位置的的倒圓;如圖3所示。

按故障件的HyperMesh分析過程對上述3個改進方案分別進行有限元分析，支架的應力結果如圖4所示。根據支架類零件設計經驗，結合文獻[3][4]，減振器上支架的安全系數須達到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個方案的零件重量變動均在5%以下。由于零件重量及模具變動等，引起零件成本的變動，經核算，3個方案零件成本均增加0.4元/件。3個方案均可通過模具修改完成，修模周期均為25天。因此，從應力、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 結語

改進后的減振器上支架近3年內故障率為0，達到預期效果，整改方案有效。

支架類零件斷裂故障，多數由于零件強度不足導致：如零件設計預留強度不夠，或者零件的使用工況發生了變化，原設計強度已不滿足新工況要求;或者加工制造過程中導致了應力集中，如倒圓，倒角，割傷等。因此，有必要對此類零件故障進行有限元分析，確定故障原因;然后根據有限元分析結果，有針對性的對零件進行加強設計，既可降低零件的整改成本，又能提高改善效率及設計成功率。

參考文獻：

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

[2]李楚琳，張勝蘭等.HyperWorks分析應用實例[M].北京：機械工業出版社，2013.

[3]王莉，王兆友等.減振器支架輕量化精益設計[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[J].汽車實用技術，2018（2）：120-121.