塑料上车踏板断裂问题分析及解决措施

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　　摘 要 本文主要以某商用车塑料上车踏板在项目开发过程中发生的断裂问题为出发点，阐述承载式上车踏板对标分析与研究过程。并结合相应实际工况条件，运用有限元软件分析产品强度的合理性，在此基础上提出相应的优化与解决措施。
　　关键词 商用车 塑料上车踏板 断裂问题 解决措施
　　一、引言
　　随着轻型商用车的轻量化发展，以塑代钢、造型美观的上车踏板被越来越多的人喜欢。而踏板作为驾驶员上下车的功能件，就要求其必须具有承载性能。本文便阐述了塑料上车踏板在产品开发阶段中发生的踩踏断裂问题，并通过对标和有限元分析方式，提出相应的优化与解决措施。
　　二、问题概述
　　某商用车塑料上车踏板在试制过程中，出现踏板后端踩踏断裂问题。此问题导致驾驶员上下车功能严重失效。
　　三、原因分析
　　首先，对比前期上车踏板数据设计阶段CAE强度分析工况，上车踏板和实际踩踏断裂情况是有差异。实际乘客上下车时，踏板踩踏受力点位置偏后侧，且脚掌方向和Y向成45°～60°夹角。在材料选型分析上，现上车踏板材料为PA66+GF15，拉伸强度约130MPa，弯曲模量5000MPa，同PP+GF30材料特性基本一致。最后在零件结构上，分析踏板断裂位置结构强度的合理性。这涉及产品壁厚和加强筋布置要求。通过对标分析，有以下问题：
　　第一，产品整体壁厚2.5mm，偏小。
　　第二，踏板断裂部位为踩踏面与侧立面结合R角处，此处背部无加强筋结构，存在强度弱的情况。
　　四、整改方案
　　通过以上分析结论，并结合模具修改方便性，该问题对策方向是对零件结构强度进行改善，结合实际工况CAE分析结果修正。其修改方向如下：
　　第一，将产品壁厚由2.5mm增加至3.5mm。
　　第二，在踩踏面与侧立面结合R角处，增加网格状态加强筋，注意避让模具顶针位置。筋条厚度不超过1/2壁厚。
　　第三，在踏板上侧曲面区域进行加强，布置2mm厚竖向加强筋，使产品整体形成一体，承受踩踏的冲击力。
　　五、CAE强度分析
　　按照上述方案，运用CAD软件对上车踏板优化设计后，同样采用PA66+GF15 材料特性，依据实际上下车踩踏情况，输入以下工况进行CAE分析。
　　第一，工况A：选取100×90mm踩踏区域，脚掌方向与Y向成60°，在踏板后端位置Z向施加2401N的均布载荷。
　　第二，工况B：选取100×90mm踩踏区域，脚掌方向与Y向成45°，在踏板后端位置Z向施加2401N的均布载荷。
　　最终分析得出，上车踏板最大应力均小于材料拉伸强度，可满足上车踏板承载性能目标。
　　六、措施验证
　　将CAD数据方案转化为实物，并装配在白车身上，通过以下4种工况验证踏板瞬间及耐久强度实验：
　　第一，重量80kg单人单脚瞬间踩踏板后端位置，并双脚起身离地，持续20S的静态承载。
　　第二，重量80kg单人站在踏步板后端位置，不借助外力的情况下，在踏板上做上下振动实验，持续30s的耐久振动。
　　第三，总重量150kg双人单脚瞬间睬踏板后端位置，并双脚起身离地，持续20S的静态承载。
　　第四，总重量150kg双人站在踏板后端位置，不借助外力的情况下，在踏板上做上下振动实验，持续30S的耐久振动。
　　上述实验结果均未发生上车踏板踩踏断裂情况，且拆下零件检查外观无损坏，即判定此整改方案有效。
　　七、结语
　　综合以上的踏板对标和CAE分析及实物验证过程，固化某轻型商用车上车踏板踩踏断裂问题的解决措施。
　　因此，塑料上车踏板在产品设计开发过程中，需重点关注踩踏承载性能的要求。
　　第一，要考虑当前实际踏板后端上下车，且脚掌与Y向45°～60°夹角工况条件，运用CAD/CAE辅助设计分析踏板强度。
　　第二，在材料选取、踏板结构等方面，注意材料拉伸强度、弯曲强度、模量等特性，以及踩踏面周围结合结构设计。
　　第三，在产品开发试验计划中，要模拟实际工况条件采用工装进行踏板瞬间、耐久承载性能试验测试。
　　（作者单位为浙江吉利新能源商用车集团有限公司）
　　参考文献
　　[1] 中国汽车技术研究中心.商用车驾驶室外部凸出物（GB20182-2006）[S]. 2006-04-03.
　　[2] 趙海龙.轻型卡车塑料脚踏步设计[J].现代制造技术与装备，2015，227（04）：7-9.
　　[3] 康春香，吴根忠.承载式塑料蹬车踏步可靠性设计和验证研究[J].机械，2015，42（10）：65-69.
　　[4] 王彦伟，郑英.有限元法在车身设计中的应用[J].机械设计与制造，2001（05）：42-44.
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