塑料上車踏板斷裂問題分析及解決措施

陳超

摘 要 本文主要以某商用車塑料上車踏板在項目開發過程中發生的斷裂問題為出發點，闡述承載式上車踏板對標分析與研究過程。并結合相應實際工況條件，運用有限元軟件分析產品強度的合理性，在此基礎上提出相應的優化與解決措施。

關鍵詞 商用車 塑料上車踏板 斷裂問題 解決措施

一、引言

隨著輕型商用車的輕量化發展，以塑代鋼、造型美觀的上車踏板被越來越多的人喜歡。而踏板作為駕駛員上下車的功能件，就要求其必須具有承載性能。本文便闡述了塑料上車踏板在產品開發階段中發生的踩踏斷裂問題，并通過對標和有限元分析方式，提出相應的優化與解決措施。

二、問題概述

某商用車塑料上車踏板在試制過程中，出現踏板后端踩踏斷裂問題。此問題導致駕駛員上下車功能嚴重失效。

三、原因分析

首先，對比前期上車踏板數據設計階段CAE強度分析工況，上車踏板和實際踩踏斷裂情況是有差異。實際乘客上下車時，踏板踩踏受力點位置偏后側，且腳掌方向和Y向成45°～60°夾角。在材料選型分析上，現上車踏板材料為PA66+GF15，拉伸強度約130MPa，彎曲模量5000MPa，同PP+GF30材料特性基本一致。最后在零件結構上，分析踏板斷裂位置結構強度的合理性。這涉及產品壁厚和加強筋布置要求。通過對標分析，有以下問題：

第一，產品整體壁厚2.5mm，偏小。

第二，踏板斷裂部位為踩踏面與側立面結合R角處，此處背部無加強筋結構，存在強度弱的情況。

四、整改方案

通過以上分析結論，并結合模具修改方便性，該問題對策方向是對零件結構強度進行改善，結合實際工況CAE分析結果修正。其修改方向如下：

第一，將產品壁厚由2.5mm增加至3.5mm。

第二，在踩踏面與側立面結合R角處，增加網格狀態加強筋，注意避讓模具頂針位置。筋條厚度不超過1/2壁厚。

第三，在踏板上側曲面區域進行加強，布置2mm厚豎向加強筋，使產品整體形成一體，承受踩踏的沖擊力。

五、CAE強度分析

按照上述方案，運用CAD軟件對上車踏板優化設計后，同樣采用PA66+GF15 材料特性，依據實際上下車踩踏情況，輸入以下工況進行CAE分析。

第一，工況A：選取100×90mm踩踏區域，腳掌方向與Y向成60°，在踏板后端位置Z向施加2401N的均布載荷。

第二，工況B：選取100×90mm踩踏區域，腳掌方向與Y向成45°，在踏板后端位置Z向施加2401N的均布載荷。

最終分析得出，上車踏板最大應力均小于材料拉伸強度，可滿足上車踏板承載性能目標。

六、措施驗證

將CAD數據方案轉化為實物，并裝配在白車身上，通過以下4種工況驗證踏板瞬間及耐久強度實驗：

第一，重量80kg單人單腳瞬間踩踏板后端位置，并雙腳起身離地，持續20S的靜態承載。

第二，重量80kg單人站在踏步板后端位置，不借助外力的情況下，在踏板上做上下振動實驗，持續30s的耐久振動。

第三，總重量150kg雙人單腳瞬間睬踏板后端位置，并雙腳起身離地，持續20S的靜態承載。

第四，總重量150kg雙人站在踏板后端位置，不借助外力的情況下，在踏板上做上下振動實驗，持續30S的耐久振動。

上述實驗結果均未發生上車踏板踩踏斷裂情況，且拆下零件檢查外觀無損壞，即判定此整改方案有效。

七、結語

綜合以上的踏板對標和CAE分析及實物驗證過程，固化某輕型商用車上車踏板踩踏斷裂問題的解決措施。

因此，塑料上車踏板在產品設計開發過程中，需重點關注踩踏承載性能的要求。

第一，要考慮當前實際踏板后端上下車，且腳掌與Y向45°～60°夾角工況條件，運用CAD/CAE輔助設計分析踏板強度。

第二，在材料選取、踏板結構等方面，注意材料拉伸強度、彎曲強度、模量等特性，以及踩踏面周圍結合結構設計。

第三，在產品開發試驗計劃中，要模擬實際工況條件采用工裝進行踏板瞬間、耐久承載性能試驗測試。

（作者單位為浙江吉利新能源商用車集團有限公司）

參考文獻

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