乘用车天窗举伸臂滑靴断裂分析及改进措施

2018-03-30寻璋熊志

现代制造技术与装备 2018年4期

寻璋熊志

（珠海市玛斯特汽车零部件有限公司，珠海 519000）

汽车是现代社会广泛使用的客货运输工具，目前其不局限于交通工具，汽车服务需求种类增加。汽车天窗作为行车时换气的便利设备,能够有效改善驾驶人员的驾驶感受，优化车内采光性及空气质量，是世界各国厂家生产汽车的重点关注区域。当下，全景天窗凭借视野开阔、通风良好、减缓车内压抑感等特点，逐渐被广泛应用在汽车上。

1 天窗机械组结构与试验说明

1.1 机械组结构分析

一般而言，天窗主要包括驱动齿轮、电机，经由物理链条的传导力，利用机械组的运动，开启、关闭或倾斜天窗玻璃。机械组的总成状态如图1所示，机械组包括举伸臂、滑动件以及支架三部分，其中，玻璃板连接天窗的支架并进行举伸臂的运动，实现天窗玻璃的各项功能。可以说，举伸臂在其中扮演着至关重要的角色，在运动的过程中，将会产生十分有趣的相对运动。

图1 机械组总成示意图

1.2 振动试验

本文选择的项目试验，是在基于实际路况模拟的基础上，通过各种天窗的操作，观察其结构构件能否正常工作、相关性能指标是否满足条件。一般来说，振动试验将会跨越若干温度差，以此观察其实际效果，需要在室温→-20℃→0℃→90℃→50℃→室温的温度交替下，不停更换频率，在规定时间内予以振动加速，完成本次试验。

2 分析举伸臂滑靴断裂的具体原因

2.1 产生问题

根据实际试验状况予以探讨，现发现整个试验过程中，打开设置后机械组举伸臂滑靴发生断裂。84h试验后，完成结果85%，根据振动试验的设计标准要求，要求在运行120h后仍未存在功能性问题，方为合格。

本文选用0.8mm的举伸臂（规格HC380LA），利用钣金冲压成型，并做好冲压件表面的防锈工作，最后包塑成型，确保举伸臂耐磨性及强度满足设计标准。

2.2 举伸臂滑靴结构

2.2.1 外观分析

对于存在问题的举伸臂滑靴结构展开探讨，发现该类问题构件的内侧折弯弧度较小，外侧加强筋短，没有往下延伸。就机械加工而言，折弯位置角度越小，应力将会更加集中，也就更加易于产生断裂。与此同时，对于加强筋长度而言，它会在不同程度上影响零件强度，可以说，在受力区域，加强筋越短，则其强度越小，反之亦然。

2.2.2 结构CAE分析

本文委托高级工程师对图2中的四个滑靴结构予以CAE模拟，并分析其潜在影响因素。其中，图2（a）结构存在折弯角度，加强筋较长；图2（b）结构存在折弯角度，加强筋较短；图2（c）结构没有角度，加强筋较长；图2（d）结构没有角度，加强筋较短。

图2 滑靴结构

根据CAE模拟结果发现，基于动态加载状况，其最大应力分别为57.6MPa（见图3）、63.0MPa（见图4）、65.0MPa（见图5）、68.9MPa（见图6）。不难看出，图3结构的应力值最低，所以其断裂的可能性也是所有结构中的最低项。

2.2.3 断口微观

图3为断口微观视图，通过显微镜观察发现，主要断裂原因是疲劳断裂。内角ABCD边为疲劳源，A点为主源，并从内向外扩散应力，最终在外角JIHG边台阶处瞬断。总之，折弯区域应力过于集中，致使发生断裂事件。

图3 断口微观结构

2.3 材料分析

通过原材料的物理和化学性能分析（见表1、表2），其基本满足HC380LA材料特性，根据该结果可以否定材料自身的问题。

2.4 机械组运行阻力分析

实际运行过程中，假如机械组的阻力过大，将会导致导轨与机械组摩擦力显著增加，随着时间的延长，二者的间隙也会持续增大，致使导轨内的机械组存在轻微晃动。与此同时，玻璃负重致使举伸臂受力不均衡，从而导致断裂事件的发生。通过测试天窗运行的电流值，只要电流值在一定范围内，那么则可以认定一切运行正常。

3 改进方案及验证

3.1 改进方案

导致举伸臂滑靴断裂的问题根源为零件因疲劳循环应力的作用，逐步向外扩散，最后断裂。系统分析运行阻力、制造工艺以及零件材料之后，发现其各方面均满足实际设计要求。为此，怎样更好地解决折弯位置应力问题，则成为本文研究的重点。经过论证结果分析，笔者设计出以下解决方案：加长滑靴背面加强筋，扩大折弯位置圆弧角度（见图4），增加强筋长度，并控制折弯圆弧半径在1.7±0.20mm范围内。修改冲压模具并进行制作，可得圆弧显著扩大，如图5所示，并且加强筋长度随之加长，如图6所示。