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某皮卡板簧可靠性寿命提升

2020-08-13向莎

汽车实用技术 2020年14期
关键词:断裂

向莎

摘 要:文章主要通过对某皮卡板簧进行分析,找出了其发生断裂的原因和机理,并相应进行了优化整改,提高了它的可靠性寿命,使其达到竞品的水平,提高了产品竞争力。分析整改过程中也识别出了对板簧可靠性寿命有影响的可能因素,为解决同类问题提供可供参考的思路。

关键词:板簧;断裂;金相;应力集中

中图分类号:U463  文献标识码:A  文章编号:1671-7988(2020)14-45-03

Abstract: In this paper, mainly through the analysis of a pickup plate storage, found out the cause and mechanism of its fracture, and the corresponding optimization and rectification, improve its reliability life, make it reach the level of competitive products, improve the competitveness of products. In the process of rectification, the possible factors affecting the reliability life of plate storage are identified, which can provide a reference for solving similar problems.

Keywords: Leaf spring; Breakage; Metallographic structure; Stress concentration

CLC NO.: U463  Document Code: A  Article ID: 1671-7988(2020)14-45-03

1 引言

板簧是车辆上重要的承载件,起到连接车架和车桥、约束车桥运动、缓和冲击的重要作用,由于其工作过程中一直受到交变载荷作用,容易发生疲劳断裂。我公司开发的某皮卡车型,板簧在标准强化路面上的使用寿命平均为3500km,折合普通公路52500km,已经能够满足客户使用要求。但是,我们对某竞品开展同等工况的道路试验时,其板簧平均寿命能达到6000km强化路里程,折合普通公里90000km,为了提高我公司产品的竞争力,有必要对板簧的可靠性寿命进行提升。本文通过对我公司某皮卡板簧断裂的分析,探究其原因,并提出优化整改措施,切实提高了可靠性寿命。

2 板簧断裂分析

我们调查了41例断裂的板簧,断裂位置主要集中在第3、4片接触处和骑马螺栓处,见图1和表1。发生断裂的平均里程为3500km强化路,折合普通公路52500km。

根据板簧的受力特点分析,并运用故障树的方法,识别出可能导致板簧断裂的末端因素5项:

(1)工作应力超过了材料的许用应力;

(2)第3、4片接触间隙不均匀;

(3)断裂处存在机械损伤;

(4)热处理不良,导致金相、脱碳层、硬度不符合要求;

(5)骑马螺栓防松不佳,产生松动;

下文将逐个确认上述末端因素对板簧断裂的影响,找到主因,并实施相应的改进措施。

2.1 工作应力分析

在板簧上布置应变片,实车测试了板簧各重点位置的应力,如图2,测试结果见表2,最大应力为480.67MPa,小于许用应力550MPa。

2.2 测量第3、4片接触间隙

板簧设计标准要求的各片间隙不得大于0.5mm,检测了5套板簧,发现第3、4片之間的间隙远超标准要求的0.5mm,间隙最大的位置集中在距离板簧中心40mm至60mm之间,与实际断裂位置吻合。按照实测结果建模进行CAE分析,在间隙最大处也存在极大的应力集中,与实际断裂位置吻合。测量结果见图3,CAE分析结果见图4。可见第3、4片接触间隙不均匀是导致板簧断裂的因素之一。

2.3 断裂处的机械损伤检查

对断裂的板簧断面进行目视检查,未发现有机械损伤痕迹,可以排除机械损伤导致应力集中进而引起板簧疲劳断裂。

2.4 热处理分析,检测板簧的金相、脱碳层、硬度

对断裂的板簧进行理化分析,故障件的硬度达到标准要求的HB375-HB444,脱碳层厚度也符合标准要求的不大于2.24mm,但是金相等级仅为4级,未达到要求的优于3级。

2.5 骑马螺栓防松能力测试

在振动试验台架上和竞品进行了对比试验,我公司皮卡骑马螺栓防松能力满足要求,且优于竞品,试验结果见图7。

综合上述分析,导致板簧断裂的末端因素有2项:

(1)板簧第3、4片之间接触间隙不均匀;

(2)金相不合格。

3 优化整改

3.1 改进措施

根据上述分析,某皮卡车型的板簧进行了相关优化整改:

(1)调整第4片的弧高,由正弧高调整为反弧,并增加了在线检测工序,保证第3、4片之间间隙一致、接触平顺;

(2)在生产工艺中,调整淬火和回火的温度、时间和速度,淬火后及时回火,以便形成细密的回火屈氏体。

3.2 改进后的实施效果

使用优化改进后的设计方案和生产工艺进行了小批量试制,并对试制件进行了检测:

(1)抽检5台样件,其第3、4片之间的间隙均在0.5mm以内,见图8,应力集中也消失了,见图9;

(2)抽查的10台样件,金相均优于3级,见图10;

(3)用整改件装了4台样车进行强化路试验,板簧断裂里程均超过了6000km,见图11。

可以看出,经过整改优化后,板簧的强化路验证里程达到了和竞品相同的水平。

4 结论

通过以上分析级整改验证,最终得出以下结论:

(1)本次研究的某皮卡板簧寿命短是因为第3、4片之间的接触间隙不均匀和金相不合格导致的;

(2)通过整改,使板簧的可靠性寿命达到了和竞品相同的水平,证明了优化整改是有效的;

(3)通过本次分析及优化整改,提高了某皮卡板簧的可靠性寿命,使其达到了竞品的水平,提高了我公司产品的市场竞争力;

(4)同时也为板簧可靠性寿命的提升提供了可参考的思路和方法。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2] 刘惟信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,2001.

[3] 武田信之(日).载货汽车设计.人民交通出版社,1998.

[4] 王志海.热加工工艺基础.武汉工业大学出版社.1996.

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