几年来,电动自行车产业有了空前发展,社会总拥有量已达2000多万量。近年电动自行车新品迭出,其中不乏有经典之作,也有一些遗憾不足之处,电动自行车产品设计应以造型为先,但也应充分考虑和保证整车的强度,车架是电动自行车的主要组成部分,车架强度在很大程度上决定整车的强度,车架设计应考虑骑行舒适、操纵灵活和足够的强度。笔者由于在检验机构从事检验工作多年,接触了大量车架在试验过程中的失效现象,也涉及到消费者在骑行过程中断裂而与生产企业打官司的案例,在此作一些案例分析,与业内人士共同探讨。
车架失效分应力疲劳破坏和应变疲劳破坏2种,而经统计目前电动自行车车架主要是出现应力疲劳破坏,电动自行车骑行速度较快,骑行过程中,容易引起颠簸振动,加上频繁的刹车制动,产生瞬间的冲击作用,当这种瞬间的冲击力累积到一定的次数,如果车架不具有足够的强度,车架薄弱环节就会失效。冲击力大小和疲劳断裂次数符合图1规律。
提高车架的强度除了在材料方面改进以外,更主要的是要从结构和工艺方面进行分析和研究,以求设计出既能满足外形设计要求,又能满足强度要求的结构方式。
目前市场上电动自行车车架的结构大致有U型、H型和菱形,而大多数是U型,U型车架的高应力危险区有3处:车架下管和前管连接处,车架中接头、车架下管和车架立管三者连接处,以及车架下管弯管处。主要失效形式有:车架下管接近前管连接处断裂,中接头连接处,车架下管或立管接近中接头附近断裂,车架下管弯曲处断裂或塑性变形失效。
这种U型车架在设计和焊接时应注意:尽可能避免在高危险区与管轴线相垂直的截面或截面的某一点出现应力过度集;在与管轴线相垂直的某一截面圆周方向上应尽可能避免出现连续的焊缝,这样会导致这一截面的强度大幅下降;适当的设计一些弹性缓冲结构,以利于缓解冲击力的大小和应力增大释放的时间,避免刚性冲击。下面以案例的形式分析几种典型车架断裂的原因,并探讨改进的方法。