針對汽車螺旋彈簧端圈斷裂進行的分析及改善

晁岳杰，支春雷，蔡建紅

（長安馬自達汽車有限公司，江蘇 南京 211100）

1 問題現象

針對某行駛三萬公里的車輛進行底盤檢查時發現左后側的螺旋彈簧斷裂（圖1）、彈簧座磨損異常（圖2）。同時檢查后懸架周邊其它部件例如減震器、后橋、后擺臂等發現無外力損傷痕跡，同時查閱該車輛維修記錄亦無相關事故維修史。

圖1

圖2

2 受損件調查

①斷裂發生在螺旋彈簧下側，端末數起 0.8圈的內側位置；

圖3

②斷裂部位附近有多處逐步腐蝕的痕跡，可判斷為疲勞耐久斷裂；

③彈簧座在0.8圈處有嚴重磨損并且彈簧座內部金屬已露出；彈簧與彈簧座的實車接觸示意見。

3 彈簧品質參數調查

3.1 彈簧基本產品制造參數測量

線徑、內徑、圈數、硬度、噴丸處理、表面脫碳、材質、表面涂裝膜厚等進行了測量分析。結果OK。詳見（表1）

表1

3.2 熱處理品質調查

針對內外側進行脫碳檢測分析。結果OK。詳見圖4：

圖4

3.3 內部組織調查

針對距離斷截面 15mm處進行了內部組織（×400）調查，結果OK，詳見圖5：

圖5

3.4 化學成分分析

對此彈簧化學成分進行了測量分析，結果OK，詳見表2：

表2

3.5 斷裂部位元素分析

針對彈簧斷裂部位進行了元素分析，結果OK，詳見圖6：

使用設備為：能量色散X射線光譜儀 Energy Dispersive X-Ray Spectrometer。

圖6

4 斷裂過程判定

4.1 除銹前后對比

對彈簧斷裂面分別進行除銹前后對比，結果 OK，詳見圖7：

圖7

4.2 斷裂過程判定

彈簧在載荷較大或接近滿載狀況下，受載向下壓縮時端圈與下部彈簧座發生接觸并磨損，伴隨著相互間的磨損的加速，內側接觸部位涂膜剝離，產生腐蝕疲勞，伴隨進一步的加深，應力的集中導致壽命下降，最終斷裂。

4.3 CAE仿真驗證

圖8

如下圖所示，通過仿真驗證得知彈簧末端在接近極限下壓位置時與下部彈簧座有發生接觸磨損的風險。詳見圖8。

5 針對彈簧尺寸及曲率進行改善

經過技術論證及設計仿真，針對彈簧末圈形狀/曲率進行了改善，將末端0.8圈處高度由5.04調整為14.3，詳見圖9：

圖9

6 新設計狀態模擬

針對曲率調整后的彈簧進行 CAE仿真模擬的結果顯示內外側的應力、間隙以及耐久性能均達標。滿足設計要求。詳見圖10：

圖10

7 實施措施及改善效果

通過售后索賠數據威布爾分析，彈簧形狀曲率改善之后售后市場彈簧問題R/1000降為0，改善效果明顯。詳見圖11：

圖11

8 結論

立足三現原則：“現象、現場、現物”在處理質量問題時的重要指導作用，通過運用材質成分分析、CAE仿真模擬、過程能力分析以及威布爾分析等有效工具，鎖定了彈簧斷裂問題的根本原因并加以改善，提高了用戶滿意度和品牌美譽度。

[1] 劉丹.汽車工程手冊底盤設計篇.北京,北京理工大學出版社,2010.

[2] 汽車工程手冊編輯委員會編.汽車工程手冊:設計篇.北京:人民交通出版社,2001.

[3] 周長城.汽車懸架系統設計.北京:機械工業出版社,2012.