卡接式车轮装饰罩失效分析及改善

兰志斌（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

卡接式车轮装饰罩失效分析及改善

兰志斌
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章通过对某车型车轮装饰罩（简称轮罩）失效原因进行结构分析、材料分析、CAE分析，确定引起轮罩失效主要原因是装配力精度控制。文章提出增加材料吸水时间、改善钢丝焊接方式及提高轮辋突峰精度的方案进行优化；进而对优化后的轮罩进行台架模拟试验，验证轮罩可靠性。其中优化方法及台架试验方法对类似产品设计具有较好的参考价值。

关键词：车轮装饰罩；台架试验

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.029

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-76-03

引言

轮罩安装在车轮外侧，主要起保护轮胎螺栓及美观的作用。卡接式轮罩具有安装方便，成本低的特点被广泛运用于钢轮辋结构车轮上。轮罩按照图1箭头方向安装在轮辋上，主要依靠轮罩卡爪与轮辋突峰的配合及轮罩钢丝提供径向力，使轮罩固定在轮辋上，达到可靠连接。目前轮罩失效主要有轮罩碎裂、轮罩脱落两种形式，其中轮罩碎裂一般为意外发生，且出现概率很小，所以本文主要针对轮罩脱落问题进行分析及改善。

1、原始数据分析

1.1 轮罩故障原因分类

对故障反馈单及样件检测，发现碎裂轮罩有明显的被撞击痕迹，可以定为意外损伤，占总数的5%；其它故障件20%为轮辋凸峰问题，剩余75%的故障均为轮罩本身缺陷（见图2）。轮罩出现故障后，可能对车辆后面的车造成行驶障碍，甚至导致交通事故的发生。

1.2 轮罩故障里程排列

对2013-2014可靠性试验问题进行统计，形成故障统计图（见图3）。从图中可以看出在车辆开始进行颠簸路不久就发生脱落现象，总里程主要集中在5000-15000公里。同时对左右两侧的轮罩进行统计发现，右侧轮罩的故障率明显大于左侧。经过对试验场试验车跟踪发现，试验车试验时靠右行驶，试验场道路两侧路况相比中间路况更加恶劣，基于以上统计可发现连续的冲击对轮罩失效影响很大。由于轮罩故障，使车辆存在一定交通事故风险。我们必须要找出影响轮罩可靠性的因素，针对性的完善轮罩设计，最后进行相关验证，评价整改方案是否有效。

2、轮罩失效原因分析

2.1 鱼刺图分析

为了寻找轮罩脱落的根本原因，利用鱼刺图对问题进行原因分析（如图4）：

（1）确认现象的偶发性：对比不同路况的路试车辆，发现在不同的车辆在颠簸路均发生脱落现象，确认此现象并非偶发。但轮罩存在装配不良（轮罩钢丝与轮罩未装配到位）及试验车与路牙撞击导致脱落的现象。由于此类问题均为偶发性，将不进行分析。

（2）经过对以上因素进行排查，同时参考故障原始数据，最终确定影响轮罩可靠性的可能因素为：轮罩材料、轮罩尺寸及轮辋突峰尺寸。

2.2 轮罩材料分析

轮罩主体材料为PA66，由于材料本身特性，一般需要添加矿物材料作为添加剂，本轮罩添加矿物质为10%滑石粉；表1为本轮罩使用材料与其他材料性能对比。由表可以看出，开发产品在PA66基础上提升了部分力学性能，并且保证了流动性，降低了吸水率；但由于PA66本身特性，开发产品吸水率依然较高，这对零部件尺寸影响较大。

2.3 轮罩尺寸分析

影响可靠性的轮罩尺寸为轮罩卡爪外部所在圆尺寸。影响此尺寸的因素主要为：轮罩模具精度、轮罩材料吸水率及钢丝直径。其中影响最大的为钢丝直径；

我们根据实际测量数据，建立了轮罩与轮辋之间受力分析模拟[2]。用来确定钢丝直径尺寸。分析边界条件：（1）采用钢丝圈与轮罩紧贴，接触采用罚函数类型；（2）约束轮毂底部，对称部位进行对称约束；（3）在轮罩上端施加强制位移（4）材料见表2。结果形成如图5所示曲线，由模拟我们得出钢丝直径及公差（公差±0.5mm）。

表2　材料赋值表

经过对实际轮罩进行精测，发现钢丝直径尺寸不符合图纸要求，导致轮罩与轮辋配合力减小，进而发生轮罩脱落故障。

2.4 轮辋突峰尺寸分析

对设计轮辋进行扫描，并对点云进行处理，得到样件与设计轮辋截面曲线见图6，可以发现在轮辋突峰位置，我们要求尺寸公差为：上公差0mm下公差-0.3mm[1]，而测量结果为-0.733mm，生产样件尺寸与设计值有较大偏差。

3、改进措施

经过清楚的原因分析后，设计员及工艺员对以上问题进行逐项解决：

（1）由于材料吸水率不可避免，我们采用加长吸水时间的措施，使轮罩尺寸在可控范围内，同时区分夏季与冬季的工艺要求，提升产品的一致性。

（2）钢丝直径公差设计值在±0.5mm，经过调查发现，目前钢丝精度只能达到±1mm，主要原因为焊接控制不合适。设计员优化了焊接形式，增加卡片设计；经过对钢丝连接方式的整改，可以有效控制钢丝尺寸。

（3）针对轮辋突峰结构的分析，工艺员发现设备由于保压时间的限制，突峰尺寸存在回弹的情况，为了提高突峰尺寸合格率，根据设备实际情况，轮辋下模具增加突峰高度，由1.51~1.61mm增加到2.20~2.16mm，以保证突峰尺寸。

4、改善后试验验证

轮罩脱落经过六个月的时间完成了相关改进措施并加以实施。由于轮罩故障主要发生在颠簸路况，为了快速验证整改件的可靠性，小组模拟了以下两种试验方法[3]：

（1）冲击试验（图7）：在3个最小地方测量辐板式车轮内径和轮罩固定器外径后，轮罩、辐板式车轮与规定的轮胎进行装配。将一个与轮罩同重的重物分成2块，并将每一重物分别于轮罩中心的内外部连接，然后连续垂直冲击10次。

（2）振动试验（图8）：在3个最小地方测量辐板式车轮内径和轮罩固定器外径后，进行5次装配试验。在40Hz、20g的条件下进行5×105次，小组采取先进行振动试验后用同一轮罩进行冲击试验。完成后检查交叉口是否松动，测量轮罩外部直径，以不超过2mm位移及变形为合格产品。

经过台架试验初步验证后，轮罩进行了两轮20万公里道路可靠性验证，轮罩脱落问题基本解决。

5、结论

经过对轮罩材料特性对比、运动受力CAE分析及生产加工工艺检测，充分的分析了影响轮罩可靠性的各种因素，从而找到轮罩脱落的根本原因。同时采取了3个有效措施：

（1）加长材料吸水时间，减少材料吸水性对尺寸影响；

（2）优化钢丝焊接形式，增加卡片结构，保证钢丝精度；

（3）增加轮辋突峰模具高度，保证轮辋与轮罩的配合尺寸。从试验验证的结果来看，这三种改善措施对卡接式轮罩的可靠性提升明显，对类似产品设计具有很大参考价值。

参考文献

[1] 天津车轮试验中心，天津市久荣车轮技术有限公司.GBT 3487汽车轮辋规格系列[S].中国国家标准化管理委员会,2005.

[2] 张胜兰,郑冬黎等.给予HyperWorks的结构优化设计技术[M].北京：机械工业出版社,2007.

[3] 孟开宾.QJQ5563热塑性树脂轮罩[S].安徽江淮汽车股份有限公司,2010.

Snap-wheel trim cover failure analysis and improvement

Lan Zhibin
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:Through the wheel of a vehicle trim cover (Referred to wheel cover) Failure of structural analysis, materials analysis, CAE analysis to determine the cause of the wheel assembly power failure mainly due to precision control. This article proposes to increase the material absorption time, improve steel welding and improve the accuracy of the rim spurt optimization program; thus for optimized wheel covers were simulated test bench to verify the reliability of the wheel cover. Optimization and the bench test methods of which has a good reference value for similar product design.

Keywords:Wheel cover; The bench test

作者简介：兰志斌，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

中图分类号：U463.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-76-03