減振器支架失效分析及改進

泮戰俠，白培謙，李維良

（陜西重型汽車有限公司質量管理部，陜西 西安 710200）

減振器支架失效分析及改進

泮戰俠，白培謙，李維良

（陜西重型汽車有限公司質量管理部，陜西 西安 710200）

通過對減振器支架宏觀檢查、化學成分分析、硬度測試等物理金相性能分析，確定了其失效的主要原因是由于減振器支架與大梁接觸面平整度較差，與大梁貼合時有效接觸面積較小，摩擦力較小，在微動磨損和往復的切向位移共同作用下，產生微動疲勞裂紋并擴展，最終導致減振器支架斷裂。通過分析螺栓連接原理，提出了相應的改進措施，效果良好。

支架；摩擦力；微動磨損

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-71-02

引言

某重型卡車減振器支架在道路試驗過程中出現斷裂現象，此支架實際裝配狀態為，一端通過螺栓連接在大梁上，另一端與板簧減振器相連接，其在車上的裝配位置見圖1所示。減振器支架的材料為Q235A，6mm厚度鋼板整體沖壓成型。為了查明該減振器支架斷裂的原因，筆者對斷裂失效件進行了檢查和分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢查

斷裂的減震器支架斷裂部位及外觀形貌見圖 2，斷裂處附近無扭轉、彎曲等宏觀塑性變形，表面未見明顯凹痕。開裂發生在減震器支架背板螺栓安裝孔附近，背板與大梁接觸表面存在不同程度的磨損，磨損區域萌生的裂紋清晰可見，均起源于固定孔處，見圖3標識部位。斷裂處斷口較為平齊，斷面上有輕微銹蝕，其上可見疲勞弧線，見圖4所示。對比新件背板外觀形貌，冷成型起皺、收縮嚴重平整度較差，減振器支架屬鉤形狀結構，采用沖壓工藝，背板冷成型后起皺、平整度較差是其拉深過程中一種常見的缺陷，見圖5所示。

1.2 硬度測試

在斷裂的減振器支架上取樣，測試其硬度，檢驗采用TH600布氏硬度計，依據GB/T231.1-2009《金屬材料，布氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》進行檢驗，失效零件基體硬度平均為161HBW5/750，硬度符合技術要求。

1.3 化學成分（%）

在斷裂的減振器支架上取樣，測試其化學成分，檢驗采用金屬材料元素分析儀（直讀光譜儀），依據GB/T4336-2002《碳素鋼和中碳合金鋼火花源原子發射光譜分析方法》進行檢驗，檢驗結果見表 1，失效件材料化學成分含量均滿足標準要求。

圖1 減振器支架裝配位置

圖2 斷裂支架外觀形貌

圖3 局部形貌

圖4 斷口形貌

圖5 新品接觸面背板

表1 零件的化學成分（質量分數）

1.4 微觀檢查

在斷裂的減振器支架上取樣，檢測其微觀組織金相組織檢驗采用GX51金相顯微鏡，依據GB/T13298-91《金屬顯微組織檢驗方法》進行檢驗，失效件金相組織為鐵素體+珠光體，未見異常，見圖6所示。

圖6 支架基體組織 500X

2 綜合分析

綜合分析斷裂減振器支架的宏觀觀察、斷口形貌觀察及零件材料的理化檢驗結果，失效件沿著支架背板螺栓安裝孔部位開裂，其材料的元素含量、硬度和金相組織檢驗結果未見異常，斷口形貌具有微動疲勞開裂的特征，疲勞源位于背板螺栓安裝孔圓周面上。從減振器支架與大梁接觸的背板磨損的情況來看，背板與大梁有效接觸面積較小，摩擦力較小。因此，引起減振器支架失效的原因是：減振器支架背板與大梁接觸面平整度較差，與大梁貼合時有效接觸面積較小，摩擦力較小，車輛在服役過程中，車輪顛簸振動幅度較大，減振器支架受到沿減振器軸上下和彎扭的交變載荷作用，在結合面產生的摩擦力矩無法抵抗車輛服役過程中所受的轉矩，造成螺栓松動，支架背板與大梁接觸面之間產生幅度微小的相對滑動，在微動磨損和往復的切向位移共同作用下，螺栓對支架背板內孔產生擠壓，形成疲勞源區，在隨后的服役過程中減振器支架上的裂紋逐漸擴展，最終導致減振器支架發生疲勞斷裂。

3 改進措施

采用普通螺栓連接時，靠聯接預緊后在結合面產生的摩擦力矩來抵抗轉矩 T。為阻止結合面發生相對轉動，根據作用在底板上的力矩平衡及聯接強度的條件，應有：

式中：f——結合面的摩擦系數；ri——第 i個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離；z ——螺栓數目；Ks——防滑系數，Ks=1.1～1.3。

可見解決減振器支架產生微動疲勞的關鍵是加大兩結合面間產生的摩擦力矩，即增大減震器支架背板四螺栓孔間距或提高減振器支架背板平整度。其具體改進方向為：

（1）將減震器支架背板四孔間距加大，提高了結合面間的摩擦力矩，阻止結合面發生相對轉動。

（2）采用中間沖，兩邊雙面焊的方式，減小支架背板冷成型起皺、平整度較差的問題，加大了減震器支架與大梁接觸面積，可更好的滿足使用要求。

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The Failure Analysis and The Improvement Measures of the shock Absorber Bracket

Pan Zhanxia, Bai Peiqian, Li Weiliang
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Quality Management Department, Shaanxi Xi’an 710200 )

The main reason of the shock absorber bracket failure is determined by the physical metallography analysis of macrography、chemical components and hardness test. The main reason is the fretting wear and the tangential displacement for the poor surface roughness of the shock absorber bracket and the beam ,which dues to Fretting fatigue crack and the shock absorber bracket broken. The improvement measures are put forward by analyzing the principle of bolt connection and it proved the effect of the improvement measures is good.

Bracket; Friction; Fretting wear

U467.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-71-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.024

泮戰俠，工程師，就職于陜西汽車集團有限責任公司。主要從事金相分析和失效分析方面研究。