某輕卡板簧卷耳斷裂的分析及改進

吳林

?

某輕卡板簧卷耳斷裂的分析及改進

吳林

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

文章針對某輕卡板簧卷耳斷裂問題首先進行故障件物理分析，然后建立CAE模型進行強度分析計算，得出分析結果。運用同樣的方法進行分析和整改，然后進行試驗驗證，最終滿足設計要求。

板簧卷耳；CAE分析；改進方法

引言

鋼板彈簧是汽車懸架中應用最廣泛的一種彈性元件，它由若干片等寬但不等長的合金彈簧片組合而成的一根近似等強度的彈性梁。鋼板彈簧最長的一片稱為主片，其兩端彎成卷耳，卷耳內裝有襯套，通過彈簧銷可將鋼板彈簧和車架連接。鋼板彈簧的主片卷耳受力較大，是主片的薄弱處，為了增加主片的卷耳強度，常將第二片彈簧也變成卷耳，包在主片卷耳的外面。

1 故障情況

某輕卡在強化路試驗里程2865km時，出現左后鋼板彈簧主簧前卷耳位置斷裂的情況。該板簧采用上卷耳和1/4包耳結構。

圖1 板簧卷耳斷裂圖示

2 故障件分析

2.1 金相分析

板簧材質為60Si2MnA，硬度為HRC43.5，滿足標準要求。對板簧進行金相檢測，樣片為4級組織，脫碳層深為0.112mm，能夠滿足標準要求。

圖2 板簧卷耳破損部位斷面

2.2 斷面分析

板簧截面尺寸：11×70mm，符合圖紙要求。觀察斷口，見圖2，斷面基本與板簧母線垂直，上表面5點裂紋源，呈齒狀紋布，且獨立擴展，形成無典型疲勞輝貝紋的疲勞區，表明初始循環應力振幅/平均應力比值過小，即具有過載特征。多點疲勞區最終連片，反而出現了典型疲勞輝貝紋樣，這應與載荷變化有關。疲勞區為7×42mm的半橢圓狀，面積占總截面的30%。疲勞區外有大量放射紋和較大的剪切唇，反映材料韌性尚可，同時斷口壓應力一側母面上有大量的擠壓刮擦痕，證明耳部受過較強的縱向牽引和垂直擠壓作用。以上特征表明，路試過程中制動載荷過大的情況。

3 零件的仿真分析和對比

針對懸架裝置建立有限元分析模型，如圖3所示，分析軟件采用ANSA、ABAQUS，所有零部件均采用solid單元模擬，接觸采用contact和tie模擬，約束和加載按照表1進行。

圖3 板簧卷耳受力分析模型

表1 約束和加載

板簧卷耳受力情況見圖4，卷耳處最大應力為573Mpa。

按照經驗和實際受力情況，板簧平卷耳受力較上卷耳有一定程度改善，因此將該板簧做成平卷耳進行受力分析對比，模型和加載方式同上卷耳。分析結果見圖5，卷耳處最大應力為355Mpa，受力情況較上卷耳有較大提升。

圖5 平卷耳應力云圖

4 試驗驗證

試驗車輛更換平卷耳板簧繼續進行可靠性試驗，經過6000km強化路驗證，卷耳處未出現斷裂情況。因此，可確定板簧上卷耳改為平卷耳的方案切實有效，能滿足設計需求。

5 總結

非獨立懸架結構雖然簡單，但是板簧卷耳所受力較為復雜，目前理論計算主要考察的是制動力的影響，其他受力情況暫未量化。通過上述實例表明，在同樣工況下，平卷耳受力情況較上卷耳有較大提升。在上卷耳受力無法滿足設計需求的情況下，可以優先考慮采用平卷耳的方案。另外，由于制動力可能比較大，因此卷耳應力應留有較大的安全系數，綜合上述實例和相關資料，卷耳應力安全系數取3.35較為合理。通過該案例的分析和對比，為后續類似問題的處理提供了解決思路和方案，對今后的懸架設計有一定的指導意義。

[1] 王霄鋒.汽車懸架和轉向系統設計[M].北京:清華大學出版社, 2015.

[2] 徐石安.汽車構造——底盤工程（第二版）[M].北京:清華大學出版社,2011.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2010.

[4] 彭莫,刁增祥,黨瀟正.汽車懸架構件的設計計算.[M].北京:機械工業出版社,2016.

Analysis And Improvement on leaf spring rolling fracture of A Light Truck

Wu Lin

( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230022 )

The article mainly describes analysis and improvement on a light truck’s leaf spring rolling fracture.Firstly,physical analysis is carried out,and then a CAE model is established for strength analysis.A conclusion is drawn based on the analysis result.Use the same method for analysis and rectification and test to meet design requirements.

Leaf spring rolling;CAE analysis; ways to improve

B

1671-7988(2018)20-91-02

U463

B

1671-7988(2018)20-91-02

U463

吳林，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.033