某車型下擺臂斷裂原因分析

胡長清 李明心

摘 要：針對某新開發車型在售后出現前下擺臂大軸套處斷裂問題，基于擺臂的有限元分析同時進行結構優化，實車試驗采集的應力數據，證明下擺臂斷裂原因是下擺臂大軸套處結構缺陷所致。

關鍵詞：擺臂；斷裂；CAE；應力

隨著汽車產業的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高，人們在選購汽車時不僅僅看重的是汽車的外觀，更加關注汽車產品的可靠性，整車的質量成為人們選購汽車產品的首要衡量指標，這樣使廠家在爭奪市場的過程中汽車制造的可靠性必然越來越重要，各廠家在質量研究上推陳出新，不斷的應用新的結構和技術，既提高產品的可靠性，又使產品結構美觀、重量較輕，逐步提高整車設計檔次，以不斷滿足廣大消費者的要求。

某車型上市后市場反饋良好，市場需求短期內出現了供不應求的局面，但是半年后車型售后市場出現前下擺臂斷裂問題，致使公司在蒙受售后索賠損失的同時，還面臨因整車可靠性低而失去市場和客戶的危機。下擺臂為懸架導向機構重要組成零部件，用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動。

汽車的底盤性能無外乎舒適性、操控性這兩大主題，而四輪參數的變化規律符合K&C的要求則是衡量操縱穩定性的重要指標，只有擺臂能可靠的傳遞力和力矩，在整車運行過程中不發生變形、開裂等問題，才能保證四輪參數的準確性，進而保證整車的操縱穩定性。

1 問題描述

某車型量產至今售后市場共反饋前下擺臂斷裂問題11臺次，斷裂部位均為大軸套安裝位處（見圖1）。下擺臂斷裂引起底盤異響、行車跑偏、制動跑偏、車輛喪失行駛能力，引起顧客強烈抱怨。

2 原因分析

針對售后問題對故障件進行了分析，通過對故障件的照片和實件觀察檢測，發現斷裂部位均為大軸套安裝位處，同時此車型售后反饋存在制動抖動的故障。針對此問題我部對擺臂斷裂和制動抖之間的關系進行了分析驗證。

首先委托CAE部進行分析，根據數模建立某車型下擺臂的有限元模型，CAE分析結果顯示擺臂斷裂部位為分析時的最大應力集中點，V08下擺臂在斷裂處有應力集中（分析結果見圖2），下擺臂分析結果在此處斷裂符合實際情況。

其次與標桿車的下擺臂進行對比，如圖3，對標結果顯示下擺臂在大軸套處有明顯結構缺陷：

①標桿車下擺臂大軸套處翻邊高度為18mm，而嘉譽某車型下擺臂大軸套處翻邊高度為13mm，翻遍高度低易導致擺臂強度不足。②標桿車擺臂大軸套處翻邊過渡圓滑，下擺臂大軸套處翻邊缺料。

通過對標發現設計車擺臂斷裂處缺料，且翻邊高度不足，以上缺陷降低了零部件的可靠性，為零部件使用過程中出現失效埋下隱患。

再次通過試驗驗證理論分析的準確性，通過與試驗中心合作將與斷裂的下擺臂結構相同的全新下擺臂裝在試驗車輛上，并在下擺臂失效位置貼上應力片，通過實際路試采集下擺臂應力數據見圖4，通過試驗結果發現，在90Km/h緊急制動時斷裂處的應力最大，其中制動抖情況下斷裂處的應力為315MPa，制動正常情況下斷裂處的應力為312MPa，，通過試驗說明。

①在90Km/h緊急制動時斷裂處的應力最大，設計強度安全系數不足，易發生失效。②制動抖與擺臂斷裂沒有直接的關聯關系。

通過對故障件的對標分析，結合CAE模擬分析結果和實車試驗采集的應力數據，證明下擺臂斷裂原因是下擺臂大軸套處結構缺陷所致，與制動抖無明顯的關系。

3 對策制定

根據標桿車結構制定以下方案：①提升下擺臂大軸套處翻邊高度到18mm，提升擺臂強度。②擺臂大軸套處翻邊與標桿一致，采用過渡圓滑。

4 總結

在設計擺臂時要充分對標標桿車的結構，同時更改擺臂結構將問題解決，并且在制造過程中對其成型質量進行嚴格管控。只有每個件都層層把關，才能保證零件合格，才能保證整車的質量。并且也隨時跟蹤標桿車的動態，深挖標桿車相關結構更改的原因來預防此車型后期的再次發生問題，以保證整車的質量。避免發生類似此車型因前期設計驗證不到位，導致售后市場出現擺臂斷裂此類重大質量問題，給公司造成重大的經濟損失和品牌損失。

在后期設計時，必須在設計初期采用有限元仿真分析技術，對結構件進行各個工況的強度分析，確定所受最大應力，并以此為理論依據指導進行擺臂、副車架等結構件的優化改進設計，最終實車通過道路耐久試驗，驗證改進設計的有效性和可靠性。

新車型開發、驗證過程中，零部件的試制或開發過程中，經常會碰到各種各樣的因素導致其使用壽命是無法達到設計要求的問題，如結構設計、尺寸設計，材料、焊接工藝、沖壓工藝等。產品使用性能的有限元仿真分析可以為產品設計指明方向，加快新產品的試制或者縮短開發時間，節約成本，提升產品的可靠性。