申伶，趙化剛，吳濤

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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側(cè)置備胎架失效分析與改進

申伶，趙化剛，吳濤

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

為解決側(cè)置備胎架失效率高的問題，采用質(zhì)量工具及理化分析方法，重點從結(jié)構(gòu)方面入手，找出了影響備胎架失效的關(guān)鍵影響因子，提出從結(jié)構(gòu)方面對備胎架進行改進，并通過CAE分析方法對改進前后的備胎架總成結(jié)構(gòu)進行應(yīng)力、耐久分析及驗證，改進效果佳。

側(cè)置備胎架；有限元分析；線性靜態(tài)；靜力形變

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.058

CLC NO.: U463.99 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-165-02

引言

為滿足重型汽車系列化、配置多樣性的要求，開發(fā)了多種軸距、多種布置方式的車型。尤其是近年來物流行業(yè)的迅速發(fā)展，市場對各類型載貨車的需求逐步增大，基于目前中、長途車輛的使用情況：車輛在行車途中攜帶備胎是必不可少的，但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的備胎架結(jié)構(gòu)雖滿足了輕量化的需求，但是其強度略顯不足，售后故障率較高，市場反應(yīng)不佳。因此，一款通用性更高、可靠性更好、操作更方便同時滿足強度要求的側(cè)置備胎架是很有必要的。

1、問題概述

經(jīng)統(tǒng)計，現(xiàn)有的側(cè)置備胎架自2014年9月開始批量使用，到2015年5月累計使用量為1856件，由于該側(cè)置備胎架只用于少數(shù)類別的公路車輛，故其使用量不是特別大，但是其售后故障數(shù)量卻相對較多，到達37件之多，故障率達1.99%，售后索賠也相對較高，而且隨著車輛運行時間增加，失效率會逐漸增加，如不改進，索賠金額會繼續(xù)擴大。對該段時間售后市場返回的故障件進行失效模式識別，失效圖片見圖1，失效模式統(tǒng)計表如表1所示。

圖1　側(cè)置備胎架失效圖片

從表1可以看出，支架開裂損壞比例高達81.1%，超過了80%，按照“關(guān)鍵的少數(shù)”原則，對其實施改進。

表1　側(cè)置備胎架失效模式統(tǒng)計

2、側(cè)置備胎架失效分析［1］及改進措施

對售后故障件進行理化分析，發(fā)現(xiàn)材料成分及強度符合圖紙要求，進一步進行潛在失效模式與后果分析，該側(cè)置備胎架損壞是由于結(jié)構(gòu)不合理，承受沖擊強度不夠，在沖擊載荷的交變作用下發(fā)生變形、開焊，最終導(dǎo)致疲勞斷裂。因此，備胎架支架自身承載力差是造成損壞的主要原因。要降低其失效率，只能是從自身解決，即提高結(jié)構(gòu)強度及剛度、降低應(yīng)力集中。

該備胎架選用材料為Q345A,其抗拉強度470～630MPa，屈服強度345MPa，伸長率21%，板材厚度為6mm，根據(jù)損壞的備胎架狀態(tài)分析，由于該結(jié)構(gòu)備胎架底板平面面積過大，支架整體剛度較小，在連續(xù)的交變載荷情況下易發(fā)生變形，造成上部加強筋焊接脫開，在持續(xù)的交變應(yīng)力作用下板材發(fā)生開裂。若要改善其受力狀況，首先需減小備胎架底部平面的面積，通過更改備胎安裝孔位可實現(xiàn)。其次，要提高支架結(jié)構(gòu)的整體剛度，需從支架結(jié)構(gòu)方面入手，新設(shè)計結(jié)構(gòu)提高支架整體剛度。同時，還要適當(dāng)加厚其板材厚度，將原來的6mm厚增加為8mm厚的鋼板。以上三方面同時體現(xiàn)，提升支架強度。

3、設(shè)計改進并對改進前后備胎架結(jié)構(gòu)進行有限元分析

在進行CAE線性靜態(tài)分析時，備胎重量按130kg，考慮到垂向動態(tài)沖擊，取沖擊加速度為2.5G，則豎直向下的載荷為3250N。同時考慮到車輛急加、減速時的沖擊，其沖擊加速度為取1G，則前后方向的加載載荷為1300N。

對改進前后的備胎架支架結(jié)構(gòu)進行有限元分析，結(jié)果如下：

1）對結(jié)構(gòu)改進前后進行了CAE線性靜態(tài)分析（見圖2、圖3所示），可見改進前支架最大應(yīng)力為249.7MPa，改進后支架最大應(yīng)力降為 91.6MPa，強度提升了63.3%，支架受力狀況有了很大的改善。

2）對結(jié)構(gòu)改進前后進行了彎曲靜力形變分析（見圖4、圖 5所示），可見改進前支架在沖擊作用下最大變形量為0.737mm，改進后最大變形量降為 0.093mm，變形量減小了87.4%，有效提升了支架的使用壽命。

圖2　原結(jié)構(gòu)線性靜態(tài)分析應(yīng)力云圖

圖3　改進結(jié)構(gòu)線性靜態(tài)分析應(yīng)力云圖

圖4　原結(jié)構(gòu)彎曲靜力分析形變圖

圖5　改進結(jié)構(gòu)彎曲靜力分析形變圖

4、結(jié)論

對比改進前后備胎架支架的線性靜態(tài)分析及彎曲靜力形變分析結(jié)果，可見改進后支架的靜應(yīng)力及變形量都有了很大程度的降低，支架的剛度及強度得到了很大的提升。此次改進設(shè)計能夠有效的提高支架的使用壽命，降低售后市場故障率，從而能夠有效地減少索賠，為企業(yè)帶來經(jīng)濟利益。

[1] 馬林,何楨.六西格瑪管理[M].第二版.北京：中國人民大學(xué)出版社, 2007.

Offset spare wheel carrier Failure Analysis and Improvement

Shen Ling, Zhao Huagang, Wu Tao
( Shaanxi Heavy Automobile Co. LTD, Shaanxi Xi'an 710200 )

To solve the problem of high failure rate on offset spare wheel carrier, a quality-tools and chemical analysis methods are adopted.Key influencing factors are found by focusing on the structural analysis, which caused the spare wheel carrier failure. Then an improved design was proposed from its structure. And the new structure of the spare wheel carrier assembly conducted stress analysis, durability analysis by CAE methods. The results showed that the improved effect was good by comparing the structures before and after improvements.

offset spare wheel carrier; finite element analysis; radial fatigue; bending fatigue

申伶，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，主要從事零部件設(shè)計開發(fā)工作。

U463.99

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1671-7988 （2016）06-165-02