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(fā)過程中發(fā)生的斷裂問題為出發(fā)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(yōu)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(fā)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(fā)階段中發(fā)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(yōu)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(tài)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(qū)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(yōu)化設計后，同樣采用PA66+GF15 材料特性，依據(jù)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(qū)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(qū)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(shù)據(jù)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(xù)20S的靜態(tài)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(xù)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(xù)20S的靜態(tài)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(xù)30S的耐久振動。

上述實驗結果均未發(fā)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(fā)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(fā)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

[1] 中國汽車技術研究中心.商用車駕駛室外部凸出物（GB20182-2006）[S]. 2006-04-03.

[2] 趙海龍.輕型卡車塑料腳踏步設計[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2015，227（04）：7-9.

[3] 康春香，吳根忠.承載式塑料蹬車踏步可靠性設計和驗證研究[J].機械，2015，42（10）：65-69.

[4] 王彥偉，鄭英.有限元法在車身設計中的應用[J].機械設計與制造，2001（05）：42-44.