陳超

摘 要 本文主要以某商用車塑料上車踏板在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)生的斷裂問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，闡述承載式上車踏板對(duì)標(biāo)分析與研究過(guò)程。并結(jié)合相應(yīng)實(shí)際工況條件，運(yùn)用有限元軟件分析產(chǎn)品強(qiáng)度的合理性，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的優(yōu)化與解決措施。

關(guān)鍵詞 商用車 塑料上車踏板 斷裂問(wèn)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(lái)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段中發(fā)生的踩踏斷裂問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)標(biāo)和有限元分析方式，提出相應(yīng)的優(yōu)化與解決措施。

二、問(wèn)題概述

某商用車塑料上車踏板在試制過(guò)程中，出現(xiàn)踏板后端踩踏斷裂問(wèn)題。此問(wèn)題導(dǎo)致駕駛員上下車功能嚴(yán)重失效。

三、原因分析

首先，對(duì)比前期上車踏板數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段CAE強(qiáng)度分析工況，上車踏板和實(shí)際踩踏斷裂情況是有差異。實(shí)際乘客上下車時(shí)，踏板踩踏受力點(diǎn)位置偏后側(cè)，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(qiáng)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(jié)構(gòu)上，分析踏板斷裂位置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的合理性。這涉及產(chǎn)品壁厚和加強(qiáng)筋布置要求。通過(guò)對(duì)標(biāo)分析，有以下問(wèn)題：

第一，產(chǎn)品整體壁厚2.5mm，偏小。

第二，踏板斷裂部位為踩踏面與側(cè)立面結(jié)合R角處，此處背部無(wú)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，存在強(qiáng)度弱的情況。

四、整改方案

通過(guò)以上分析結(jié)論，并結(jié)合模具修改方便性，該問(wèn)題對(duì)策方向是對(duì)零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行改善，結(jié)合實(shí)際工況CAE分析結(jié)果修正。其修改方向如下：

第一，將產(chǎn)品壁厚由2.5mm增加至3.5mm。

第二，在踩踏面與側(cè)立面結(jié)合R角處，增加網(wǎng)格狀態(tài)加強(qiáng)筋，注意避讓模具頂針位置。筋條厚度不超過(guò)1/2壁厚。

第三，在踏板上側(cè)曲面區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，布置2mm厚豎向加強(qiáng)筋，使產(chǎn)品整體形成一體，承受踩踏的沖擊力。

五、CAE強(qiáng)度分析

按照上述方案，運(yùn)用CAD軟件對(duì)上車踏板優(yōu)化設(shè)計(jì)后，同樣采用PA66+GF15 材料特性，依據(jù)實(shí)際上下車踩踏情況，輸入以下工況進(jìn)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(yīng)力均小于材料拉伸強(qiáng)度，可滿足上車踏板承載性能目標(biāo)。

六、措施驗(yàn)證

將CAD數(shù)據(jù)方案轉(zhuǎn)化為實(shí)物，并裝配在白車身上，通過(guò)以下4種工況驗(yàn)證踏板瞬間及耐久強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：

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(dòng)實(shí)驗(yàn)，持續(xù)30s的耐久振動(dòng)。

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(dòng)實(shí)驗(yàn)，持續(xù)30S的耐久振動(dòng)。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)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(wú)損壞，即判定此整改方案有效。

七、結(jié)語(yǔ)

綜合以上的踏板對(duì)標(biāo)和CAE分析及實(shí)物驗(yàn)證過(guò)程，固化某輕型商用車上車踏板踩踏斷裂問(wèn)題的解決措施。

因此，塑料上車踏板在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注踩踏承載性能的要求。

第一，要考慮當(dāng)前實(shí)際踏板后端上下車，且腳掌與Y向45°～60°夾角工況條件，運(yùn)用CAD/CAE輔助設(shè)計(jì)分析踏板強(qiáng)度。

第二，在材料選取、踏板結(jié)構(gòu)等方面，注意材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、模量等特性，以及踩踏面周圍結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

第三，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試驗(yàn)計(jì)劃中，要模擬實(shí)際工況條件采用工裝進(jìn)行踏板瞬間、耐久承載性能試驗(yàn)測(cè)試。

（作者單位為浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司）

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