某車(chē)型前懸架總成異響問(wèn)題分析

李華雷，王文龍，秦學(xué)建，鄒有坤，段雨蒙

(1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

某車(chē)型前懸架總成異響問(wèn)題分析

李華雷1,2，王文龍1,2，秦學(xué)建1,2，鄒有坤1,2，段雨蒙1,2

(1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

針對(duì)某車(chē)型前懸架總成售后市場(chǎng)反饋的異響問(wèn)題，通過(guò)對(duì)零件的失效分析，結(jié)合理論分析、理論校核、試驗(yàn)驗(yàn)證及實(shí)車(chē)測(cè)試等手段，解決了汽車(chē)懸架總成異響的問(wèn)題，并為今后其他項(xiàng)目的問(wèn)題排查提供指導(dǎo)。

懸架總成；異響；失效分析

0 引言

作為汽車(chē)的重要系統(tǒng)之一，汽車(chē)懸架不僅承載著路面通過(guò)輪胎傳遞的各種復(fù)雜外載，而且車(chē)身對(duì)它的沖擊也不容忽視，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響車(chē)輛的安全，往往會(huì)給客戶(hù)帶來(lái)巨大的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失[1]。

某車(chē)型項(xiàng)目自SOP以來(lái)，售后反饋前懸架總成異響問(wèn)題突出，該問(wèn)題故障件占總返回件的80%以上，而且該問(wèn)題的售后退件存在明顯增加的趨勢(shì)。圖1、圖2為2015年10月至2016年7月某車(chē)型售后反饋異響問(wèn)題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)售后信息統(tǒng)計(jì)，行駛里程增加故障有增加趨勢(shì)，按維修統(tǒng)計(jì)故障為上升趨勢(shì)，按銷(xiāo)售日期、地域、生產(chǎn)日期統(tǒng)計(jì)未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律，故障里程集中在20 000 km以?xún)?nèi)，為短里程失效。

圖1 按銷(xiāo)售-維修日期統(tǒng)計(jì)

圖2 按行駛里程統(tǒng)計(jì)

1 失效分析

根據(jù)售后反饋信息，故障件失效狀態(tài)、部位相同，均為擺臂小軸套內(nèi)管與副車(chē)架發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，軸套內(nèi)管端面滾花存在異常磨損痕跡，且磨損痕跡逐漸增加，造成擺臂位置在行駛過(guò)程中異響[2]。

結(jié)合售后故障件失效現(xiàn)象(見(jiàn)圖3)，初步判斷是由于以下兩種情況產(chǎn)生：(1)前下擺臂實(shí)際受力大于擺臂螺栓給予的預(yù)緊力，導(dǎo)致軸套內(nèi)管與副車(chē)架發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而異響；(2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)預(yù)緊力低于行車(chē)制動(dòng)需求預(yù)緊力，同時(shí)采用預(yù)涂膠螺栓，最小預(yù)緊力比設(shè)計(jì)預(yù)緊力小。

圖3 樣件異常磨損示意圖

2 軸向力分析

如圖4所示，該螺栓連接擺臂小軸套與副車(chē)架，施加力矩后，產(chǎn)生的預(yù)緊力將擺臂小軸套內(nèi)管兩端夾緊，防止軸套內(nèi)管在行車(chē)過(guò)程中相對(duì)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。螺栓參數(shù)見(jiàn)表1。

圖4 連接部位描述

螺栓公稱(chēng)直徑/mm16螺栓總摩擦因數(shù)μtol0.16螺距P/mm1.5螺紋中徑d2/mm15.1安裝孔直徑db/mm18螺栓法蘭面直徑D0/mm30.6螺栓緊固力矩T/(N·m)330螺栓屈服強(qiáng)度σs/MPa900螺紋應(yīng)力截面積As/mm2167

2.1 軸向力校核

此核算過(guò)程不考慮螺栓承受外載荷的情況，螺栓軸向力等于螺栓的預(yù)緊力。根據(jù)GB/T 16823.3-2010可知：

該螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件，廠(chǎng)家測(cè)得螺栓總摩擦因數(shù)范圍為0.16～0.25，選取最小值μtol=0.16，圖紙中要求螺栓擰緊力矩T=(310±20)N·m，取最大值T=330 N·m。因此，螺栓的軸向力如下：

由于σ<σs,所以，螺栓強(qiáng)度滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)上述核算可知，螺栓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，螺栓打緊力矩滿(mǎn)足使用要求。

2.2 軸向力測(cè)試

通過(guò)上述分析，當(dāng)擺臂實(shí)際受力大于擺臂軸套內(nèi)管壓緊力時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)異響，故對(duì)前下擺臂軸套實(shí)際壓緊力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直接采用前下擺臂小軸套內(nèi)管作為檢測(cè)體(外管不包膠)，將應(yīng)變片粘貼在內(nèi)管外側(cè)，通過(guò)加載后內(nèi)管的應(yīng)變量測(cè)算受力，應(yīng)變片粘貼示意圖及測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 軸向力測(cè)試數(shù)據(jù)

從表中可以看出：擺臂軸套內(nèi)管最大壓緊力為53.1 kN,最小為37.64 kN，遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值92.4 kN，實(shí)際壓緊明顯達(dá)不到理論值，存在損耗力矩問(wèn)題點(diǎn)。

3 摩擦因數(shù)分析

采用相同加載方式，對(duì)螺栓有無(wú)預(yù)涂膠這兩種情況進(jìn)行摩擦因數(shù)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)對(duì)比擺臂螺栓預(yù)涂膠前后摩擦因數(shù)，預(yù)涂膠后螺栓摩擦因數(shù)在0.20以上，要求螺栓摩擦因數(shù)為0.1～0.16，在擰緊力矩不變的狀態(tài)下預(yù)緊力降低。

表3 涂膠前后摩擦因數(shù)測(cè)試表

4 實(shí)車(chē)受力分析

通過(guò)理論計(jì)算，擺臂軸套受力存在大于螺栓壓緊力情況。對(duì)擺臂軸套實(shí)際受力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將應(yīng)變片粘貼在擺臂螺栓法蘭周邊(擺臂安裝支架上)，通過(guò)測(cè)量法蘭周邊鈑金應(yīng)力變化，計(jì)算受力情況。各類(lèi)工況包括：60 km/h急制動(dòng)、30 km/h搓板路和卵石路以及30 km/h轉(zhuǎn)彎。從表4可知：前下擺臂在搓板路和急制動(dòng)時(shí)受力最大，其中搓板路最大受力為59.85 kN，與軸套預(yù)緊力65 kN相近(耐久標(biāo)準(zhǔn)力矩衰減30%)，存在錯(cuò)動(dòng)異響隱患。

表4 實(shí)車(chē)受力測(cè)試表

5 改進(jìn)優(yōu)化

綜合軸向力、摩擦因數(shù)和實(shí)車(chē)受力分析得出，解決該位置

異響的方法為：更改軸套本身尺寸，降低擺臂軸套最小預(yù)緊力要求，并取消螺栓預(yù)涂膠，提高螺栓軸向預(yù)緊力。

依據(jù)該法完成方案設(shè)計(jì)，對(duì)優(yōu)化后擺臂軸套內(nèi)管壓緊力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，預(yù)涂膠螺栓擺臂軸套內(nèi)管最大壓緊力為53.1 kN,最小為37.64 kN,普通螺栓壓緊力最大為72.05 kN，最小為61.31 kN，預(yù)涂膠螺栓比普通螺栓軸向壓緊力小30%左右。

將改進(jìn)擺臂軸套、擺臂裝配螺栓搭載在整車(chē)型上進(jìn)行路試，按照動(dòng)力總成綜合路況進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)45 000 km耐久試驗(yàn)(動(dòng)力總成耐久綜合里程要求42 000 km)后檢測(cè)力矩最小為295 N·m，去除預(yù)涂膠螺紋緊固力矩最小為255 N·m，實(shí)際力矩衰減15%，優(yōu)化效果良好。

6 小結(jié)

結(jié)合售后反饋懸架異響的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)零件的失效分析，結(jié)合理論分析、理論校核、試驗(yàn)驗(yàn)證及實(shí)車(chē)測(cè)試等手段，找到異響問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，為今后其他項(xiàng)目的問(wèn)題排查提供指導(dǎo)意義。

【1】李舜酩.機(jī)械疲勞與可靠性設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社,2006:71-72,78-106.

【2】李奕寶.某轎車(chē)減振器異響分析與優(yōu)化[J].汽車(chē)零部件,2013(8):58-60. LI Y B.Analysis and Optimization of Automotive Shock Absorber Noise[J].Automobile Parts,2013(8)：58-60.

Abnormal Noise Analysis for a Front Suspension Assembly of an Idling Vehicle

LI Hualei1,2, WANG Wenlong1,2, QIN Xuejian1,2, ZOU Youkun1,2, DUAN Yumeng1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China;2.Automotive Engineer Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000,China)

For the abnormal noise problems of a vehicle front suspension assembly fed back by after-sale market, through the failure analysis to the parts, combining with theoretical analysis, theory checking, test and vehicle test, the abnormal noise problem of the automobile suspension assembly was solved.It provides guidance for future investigation and other project problems.

Suspension assembly; Abnormal noise; Failure analysis

2016-10-09

李華雷(1987—)，男，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程、零部件疲勞分析。E-mail：lhl20160000@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.019

U463.99

A

1674-1986(2017)02-071-03