電動自行車車架失效分析及改進方案

www.ciaranmcbreen.com 來源：電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2011-3-30

　　幾年來，電動自行車產(chǎn)業(yè)有了空前發(fā)展。近年電動自行車新品迭出，其中不乏有經(jīng)典之作，也有一些遺憾不足之處，電動自行車產(chǎn)品設計應以造型為先，但也應充分考慮和保證整車的強度，車架是電動自行車的主要組成部分，車架強度在很大程度上決定整車的強度，車架設計應考慮騎行舒適、操縱靈活和足夠的強度。筆者由于在檢驗機構從事檢驗工作多年，接觸了大量車架在試驗過程中的失效現(xiàn)象，也涉及到消費者在騎行過程中斷裂而與生產(chǎn)企業(yè)打官司的案例，在此作一些案例分析，與業(yè)內(nèi)人士共同探討。

　　車架失效分應力疲勞破壞和應變疲勞破壞2種，而經(jīng)統(tǒng)計目前電動自行車車架主要是出現(xiàn)應力疲勞破壞，電動自行車騎行速度(Tempo)較快，騎行過程中，容易引起顛簸振動，加上頻繁的剎車制動，產(chǎn)生瞬間的沖擊(Impuise)作用，當這種瞬間的沖擊(Impuise)力累積到一定的次數(shù)，如果車架不具有足夠的強度，車架薄弱環(huán)節(jié)就會失效。

　　提高車架的強度除了在材料方面改進以外，更主要的是要從結構和工藝方面進行分析和研究，以求設計出既能滿足外形設計要求，又能滿足強度要求的結構方式。

　　目前市場(Rialto)上電動自行車車架的結構大致有U型、H型和菱形，而大多數(shù)是U型，U型車架的高應力危險區(qū)有3處：車架下管和前管連接處，車架中接頭、車架下管和車架立管三者連接處，以及車架下管彎管處。主要失效形式有：車架下管接近前管連接處斷裂，中接頭連接處，車架下管或立管接近中接頭附近斷裂，車架下管彎曲處斷裂或塑性變形失效。

　　這種U型車架在設計和焊接時應注意：盡可能避免在高危險區(qū)與管軸線相垂直的截面或截面的某一點出現(xiàn)應力過度集；在與管軸線相垂直的某一截面圓周方向上應盡可能避免出現(xiàn)連續(xù)的焊縫，這樣會導致這一截面的強度大幅下降；適當?shù)脑O計一些彈性緩沖結構，以利于緩解沖擊(Impuise)力的大小和應力增大釋放的時間，避免剛性沖擊(Impuise)。下面以案例的形式分析幾種典型車架斷裂的原因，并探討改進的方法。

　　失效現(xiàn)象：消費者在騎行過程中，車架下管、前管和加強筋焊接處頭部邊緣發(fā)生斷裂。從斷裂圓周面上可看到，與加強筋連接處的斷裂面表層光滑，而圓周的對面斷裂面則粗糙。

　　原因分析：從斷裂面表層的晶粒粗細可看到，光滑區(qū)為斷裂起始區(qū)，從車架結構來看，下管與加強筋頭部焊接處為應力集中處，而應力集中處的應力實際上就集中在加強筋頭部這個焊接點上，在騎行過程中存在應力破壞的可能性很大，如果此處截面的強度不足，更容易早早斷裂，經(jīng)測量該車架的管壁厚度僅為1.5mm，單彎梁女式車架下管管壁厚度正常應為2.0-2.5mm左右。

　　改進方案：將加強筋由鋼板型結構改為槽鋼型結構，焊縫為沿管材軸線方向，槽鋼兩側面邊緣，此方案雖然沒有改變應力集中的位置，但在截面圓周上，加強筋頭部的焊接點由原來的一點變成兩點，在同樣的沖擊(Impuise)載荷下，每一焊接處的應力，將比原來一個焊接點的集中應力大大降低。

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