汽車靠背鎖沖擊實驗失效分析及優化

畢歡,馮敏

(1.重慶延鋒安道拓汽車部件系統有限公司，重慶 400000;2.重慶工商大學工商管理學院，重慶 400000)

0 引言

根據GB 15083—2006規范，行李箱沖擊實驗需滿足：座椅調節裝置和鎖止裝置，允許產生變形、斷裂，但不允許失效，并保持在原位置[1]。

經過拆解失效樣件發現：靠背骨架結構完好、變形量小、焊縫無撕裂現象；靠背鎖功能正常、能正常鎖止和解鎖；解鎖系統功能正常，無預解鎖現象。同時靠背鎖的靜態強度滿足圖紙要求，CAE模擬滿足GB 15083—2006規范。基于此，本文作者對行李箱實驗失效原因進行深入分析：靠背鎖發生自解鎖，導致靠背發生倒平失效，通過優化鎖的結構，解決失效問題。

1 靠背鎖工作分析

由圖1靠背鎖結構可知，鎖爪限制鎖葉旋轉，從而保證鎖栓保持在鎖葉“U”型槽內，使座椅靠背保持在原位置。其中簧提供輔助鎖止作用，橡膠墊消除鎖栓和鎖葉“U”型槽之間的公差和間隙。

圖1 靠背鎖結構

圖2為靠背鎖的解鎖過程。在鎖栓狀態，向解鎖方向拉動鎖爪，鎖爪逆時針旋轉，鎖葉在簧的帶動下，順時針旋轉，從而使鎖栓脫離鎖葉“U”型槽，實現解鎖。

圖2 解鎖過程

2 失效分析

2.1 CAE有限元建模

利用某有限元軟件建立與行李箱沖擊實驗一致的有限元模型[1-2]，如圖3所示。

圖3 有限元建模

2.2 CAE有限元分析及結果

根據圖4的有限元模擬結果分析可知：(1)沖擊前(圖4(a))，鎖爪和鎖葉正常咬合，與設計狀態一致；(2)沖擊中(圖4(b))，鎖葉會順時針旋轉，從而碰撞鎖爪，導致鎖爪逆時針旋轉，有解鎖的趨勢，但鎖葉與鎖栓一致保持咬合狀態，沒有出現鎖止失效；(3)沖擊后(圖4(c))，鎖爪和鎖葉未出現變形、斷裂等失效，且咬合正常，座椅靠背保持在原位置，實驗沒有失效。

圖4 有限元模擬結果

經過上述分析，沖擊中鎖爪逆時針旋轉，導致鎖爪有自解鎖趨勢，這可能是導致實驗失效的根本原因。如圖5所示，進一步分析沖擊過程中鎖爪的狀態：鎖葉在沖擊過程中碰撞鎖爪，鎖爪逆時針旋轉，導致鎖爪發生4.68 mm的自解鎖。根據圖紙要求，該靠背鎖的臨界解鎖行程為9 mm。因此靠背鎖發生50%以上的自解鎖，很可能引發實驗自解鎖失效。

圖5 沖擊中鎖爪狀態

靠背鎖理想鎖止狀態是：靜態強度和動態強度時，鎖爪和鎖葉均保持在原位置。

3 結構優化及CAE模擬

3.1 結構優化

根據失效分析，對結構進行了優化，如圖6所示。由圖可知:(1)增加銷釘尺寸，將銷釘設為限位擋點，限制鎖葉在行李箱沖擊中的旋轉角度，防止鎖葉碰撞鎖爪。同時根據尺寸鏈計算，確定銷釘尺寸，保障鎖葉能正常鎖止，如圖6(a)所示。(2)在鎖葉與鎖爪碰撞點處做避讓(預留間隙)，保證極限公差條件狀態下，鎖葉與鎖爪也不會發生碰撞，如圖6(b)所示。(3)因(2)中鎖葉與鎖爪之間有間隙，導致解鎖行程變化。所以如圖6(c)所示,鎖爪上增加解鎖行程限位點，保持解鎖行程不變。

圖6 結構優化

3.2 結構優化后有限元分析

CAE有限元分析如圖7所示。結構優化后，鎖葉在行李箱沖擊過程中有旋轉，但在銷釘限制下，鎖葉與鎖爪沒有發生碰撞，鎖爪一直保持在原位置。

圖7 有限元模擬結果

通過CAE結果分析可知，靠背鎖結構優化后，能有效避免鎖葉與鎖爪碰撞，解決鎖爪自解鎖風險。同時根據優化結果下發變更，靠背順利通過行李箱沖擊實驗。證明靠背鎖結構優化措施有效[3]。

4 結論

(1)鎖葉與鎖爪發生碰撞是靠背鎖行李箱實驗失效的根本原因；

(2)在CAE模擬動態實驗時，不能只看結果，需結合各部件關系和遠動趨勢分析可能發生的風險，從而指導結構設計。