基于设计六西格玛的悬架板簧设计研究与应用

徐世福 陈晓雯 童芸

摘 要：文章针对市场反馈矿用车在矿区使用过程中，出现悬架板簧断裂、承载能力不足，平顺性差、造成矿用车性能不稳定，车辆故障频繁问题组织市场调查和研究分析，针对以上问题进行针对性的开发设计方案，同时经过样车在实际矿区中验证以及不同区域内大批量验证，此方案显著的降低悬架板簧断裂及开裂的问题，提高系统可靠性、安全性，延长悬架系统板簧的的使用寿命。

关键词：板簧；测量阶段；分析阶段；设计阶段；验证阶段

中图分类号：U463.33+2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-194-04

Abstract： This article aims at the market feedback mine car in the mining area during the process of use， the suspension spring break， the lack of carrying capacity， the poor smoothness， the instability of the performance of the mine car， the frequent trouble of the vehicle organization market investigation and research analysis. According to the above problems， a targeted development and design plan was carried out. At the same time， the prototype was verified in the actual mining area and verified in large quantities in different areas. This plan significantly reduced the problem of suspension spring fracture and cracking， and improved the reliability and safety of the system. Extending the service life of the spring in suspension system.

Keywords： Plate spring assembly； Measurement phase； Analysis phase； design phase； Validation phase

CLC NO.： U463.33+2 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-194-04

前言

随着商用汽车的发展，专用车产量处于高速增长阶段，矿用车自卸车市场份额保持一定的规模并且还会扩大。悬架板簧是车辆的重要承载系统，对车辆的整车姿态以及整车平顺性、舒适性有着至关重要的作用，矿用车反映的质量问题主要为前悬架板簧断裂频繁，承载能力不足，造成矿用车性能不稳定，车辆故障频繁，影响正常运营，导致客户流失，市场减少，进而影响到品牌和公司的名誉。

1 定义阶段

1.1 问题调查分析

A公司售出的矿用车平均每台每月板簧断裂十片，B公司断裂二片，C公司断裂一片，D公司断裂二片，E公司断裂五片，F公司断裂四片。与同行业相比较，A公司板簧断裂片数是其它同行的2.8倍，板簧断裂长期没有得到改善，急需彻底的解决。前板簧断裂主要集中在中间处和左右1/3处，且占总体的80%。

断裂片数主要集中在第一、二、九、十、十一片；且占总体的61.68%。

1.2 项目基线与目标

某一里程后单位时间内发生故障的汽车板簧数和这一里程后的运营汽车总板簧数百分比值称为行驶到该里程瞬时板簧故障率，习惯上称之为板簧故障率。

结论：同行先进水平为 1片/月。A公司板簧断裂10片/月。

基线与目标：现水平10片，目标2片，先进水平1片。

1.3 项目预期收益

项目成效收益=销售数量x改善率x单台不可修复成本+可修复台数x单台可修复成本。

2 测量阶段

2.1 顾客及CTQ分解

2.1.1 客户的使用要求VOC

整车在最大负载，路面良好的工况下，板簧依然能保持良好的工作状态，处于平稳的状态，不会产生变形、弯曲以及损坏。

整车在最大负载，路面不平或坑洼的工况下，板簧在瞬时冲击力下，处于良好的运行状态，不会产生变形、弯曲以及损坏。

2.2 QFD关键参数分析

2.3 测量系统分析

2.3.1 审视所有CTQ的测量系統技术参数现状分析

2.3.2 疲劳循环的现状分析

结论：测量疲劳循环平均值57948，P=0.577>0.05，符合正态分布，要求疲劳循环大于8万次，因此疲劳循环偏小且不满足设计需求。

2.3.3 刚度现状分析

结论：测量刚度平均值573.9，P=0.630>0.05，符合正态分布，要求硬度在549-671之间，因此刚度偏小不满足设计需求。

2.3.4 表面硬度分析

结论：测量硬度平均值332.6，P=0.759>0.05，符合正态分布，要求硬度在375-444之间，因此硬度偏小不满足设计需求。

2.3.5 自由弧高的现状分析

结论：测量前板簧自由弧高平均值101.7，P=0.516>0.05，符合正态分布，要求范围之内，因此自由弧高并且基本满足设计需求。

2.4 技术参数确定分析

3 分析阶段

3.1 FMEA综合分析

3.1.1 材料失效分析

结论：材料成份不符合标准要求。

3.1.2 刚度失效原因分析

工艺流程中没有达到设计要求，刚度偏大、减震性降低、脆性增加、容易断裂。

3.1.3 疲劳寿命失效原因分析

性能参数没有达到设计要求，由于设计疲劳循环次数比较低，没有达到使用过程中的要求，造成了性能不稳定。因此，导致早期失效故障的发生。

3.1.4 硬度失效原因分析

在制造过程中，回火过低、溶液质量低、没有淬透、元素含量没有达到设计要求、回火一致性差距大，导致回火硬度偏软，心部硬度值差异大，早失效及性能不稳定。

3.1.5 自由弧高失效原因分析

失效原因满载弧高偏小，自由弧高也是偏小，塑性变形增大。

4 设计阶段

4.1 元素含量设计

4.2 结构尺寸设计

设计规格16X90X14。

4.3 自由弧高参数设计

自由弧高设计参数

结论：P=0.002<0.05，设计前板簧的自由弧高满足标准要求（92～108）。

4.4 刚度参数设计

设计的参数：自由刚度（549.0～671.0）。

4.5 硬度参数设计

设计的参数：表面硬度HRB375～444 ，心部硬度HRC40.1～46.2。

结论：表面硬度和心部硬度满足标准要求。

4.6 屈服强度参数设计

屈服强度参数设计：屈服强度大于1180。

结论：屈服强度满足标准要求（大于1180）

4.7 疲劳寿命参数设计

设计的参数：疲劳循环12.5万次。

结论：P<0.05，设计后将达到可靠良好的设计效果疲劳寿命满足标准要求（大于9.5万次）。

5 验证阶段

5.1 统计结果

首先对于本次设计前后小批量试制生产的十台矿用车二个月跟踪调查详细的统计情况。

5.2 验证分析结果

A公司断裂平均值等于1.875片/月小于目标值2.0片/月。因此，设计达到并优于初始的目标。

5.3 财务实际收益核算

5.3.1 实际收益核算值

项目成效收益=销售数量x改善率x单台不可修复成本+可修复台数x单台可修复成本。

结论：项目收益成效明显，达到且优于目标。

6 结论

文章主要介绍了一种应用设计六西格玛的方法分析前板簧断裂产生的原因，主要从定义阶段、测量阶段、分析阶段、设计阶段、验证阶段对调研情况进行全面分析，以问题为导向开发设计前悬架板簧用于解决前目前断裂、承载能力不足、平顺性差、造成矿用车性能不稳定的办法，从根本上提高车辆的可靠性、提高前悬架系统的寿命、提高车辆的安全性提供一种有效的综合的解决方案，利用設计六西格玛的方法对此问题进行充分的分析以及参数详细设计，从而达到彻底解决此问题的办法，为后期相关问题的处理提供一种良好的解决方法。

参考文献

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