板簧支架失效分析与改进

袁丽 李维良 苟晨阳 戴钊

摘 要：为解决板簧支架高频失效问题，采用质量工具及理化分析方法，找出了影响支架失效的关键影响因子，提出了从设计方面对支架进行改进，用CAE分析方法对优化前后的支架结构进行了最大应力分析及验证，改进效果良好。

关键词：板簧支架;有限元分析;最大应力

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）13-159-02

Failure Analysis And Improvement Of Leaf Spring Bracket

Yuan Li， Li Weiliang， Gou Chenyang， Dai Zhao

（ Quality Management Department of Shaanxi Heavy Duty Truck Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： For solving the problem of high frequency failure of leaf spring support， the key factors affecting the failure of the support were found by using quality tools and physical and chemical analysis methods. The design improvement of the support was proposed. The maximum stress analysis and verification of the support structure before and after optimization were carried out by CAE analysis method， and the improvement effect was good.

Keywords： Leaf spring support; Finite element analysis; Maximum stress

CLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）13-159-02

1 引言

板簧支架是车辆悬架系统的主要承载部件，是板簧与车架联接的关键部件，传递二者之间的相对运动和作用力，对板簧起支撑作用，受到来自板簧方面的载荷，其结构强度直接影响车辆的行驶安全。近两年某型号板簧支架频繁出现裂纹、断裂，存在严重安全隐患，引起了用户强烈抱怨。

2 问题概述

2017年-2018年，某型号板簧支架售后索赔居高不下，其中2017年全年故障数为1025件，故障率为1.48%，索赔金额82.58万元，2018年1～8月故障数为970件，故障率为1.45%，索赔金额115.49万元。该产品售后索赔费用位居该公司产品售后索赔费用前列，失效模式均为裂纹、断裂，严重影响整车行驶安全及整车出勤，客户抱怨强烈，且售后市场高额的索赔费用已然成为企业發展壮大的沉重包袱，产品质量改进需求迫切。

3 板簧支架失效分析

经对售后旧件进行理化失效分析发现，该支架材料成分及强度均符合图纸要求，经进一步对失效模式深入分析发现，板簧支架断裂部位80%集中在支架连接车架辅助横梁一端的同一部位，故初步认为该产品设计结构存在问题。为确认产品设计强度，对支架开展CAE有限元分析，确认受应力较大部位与实际发生裂纹或断裂部位一致，结合装配关系分析可知，支架与车架纵梁垂直方向缺少紧固连接，当支架受到来自车架辅助横梁传递过来的力时，由于跨度较大，支架连接车架辅助横梁的一端实际相当于悬臂梁，不能与车架纵梁紧贴，导致受力（力矩）过大从而引发批量性断裂问题。

根据装配受力分析结果，提出增加螺栓孔优化方案，使用螺栓将支架与车架纵梁在垂直方向进行固定。因支架用于轻量化车型，车架强度有限，车架上开孔螺栓连接方案存在较大失效风险，固只能从产品结构本身进行改进，提高零部件自身强度。

4 设计改进及有限元分析

根据以上分析结论开展针对性优化提升，加强支架连接车架辅助横梁的一端与其他固定点加强筋结构以改善受力情况，拟增加R240的斜筋，两侧筋宽度由10mm改为13mm，同时为减小支架连接车架辅助横梁的一端斜筋与凸台连接处的应力，将圆弧凸台改为矩形凸台，保证连接处过渡圆滑，减小应力集中。

通过CAE有限元分析对优化前后产品受力情况分析发现，完全约束与车架相连7个螺栓过孔位移，模拟支架受到来自车架辅助横梁传递过来的力，加载力10000N，分析相同载荷情况下支架最大应力的变化情况。结果显示，优化前断裂部位最大应力1.894×109N/m2（见图4），优化后断裂部位最大应力1.743×108N/m2（见图5），下降幅度达90.8%。

5 结论

对比板簧支架结构优化前后CAE分析结果可知，最大应力大幅下降，可有效提高产品强度，降低失效率。跟踪产品市场表现，改进后产品故障率大幅下降89.74%，改进有效。

参考文献

[1] 王朝阳.某型重卡板簧支架结构优化设计[J]机械设计与制造，2017.