汽車靠背鎖沖擊實驗失效及優化

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摘要:對某車型后排座椅靠背行李箱沖擊實驗失效原因進行深入分析,靠背鎖在行李箱沖擊實驗中發生自解鎖,導致靠背發生倒平失效。根據失效原因,對鎖的結構進行優化。結果表明:優化后的結構,滿足行李箱沖擊實驗要求,保障乘客安全,為汽車靠背鎖的設計和實驗提供參考。

關鍵詞:靠背;失效分析;鎖

引言

根據GB15083—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GB15083—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。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。

2失效分析

2.1CAE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。

2.2CAE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。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4.68mm的自解鎖。根據圖紙要求,該靠背鎖的臨界解鎖行程為9mm。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。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。

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。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。

作者：畢歡 馮敏 單位：重慶延鋒安道拓汽車部件系統有限公司