席思文

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江寧波 315336）

0 引言

減振器是汽車底盤懸架系統(tǒng)的重要部件之一，目前應(yīng)用最廣泛的是液壓筒式減振器。筒式減振器又分單筒式和雙筒式，應(yīng)用更多的是雙筒式減振器。減振器安裝在車橋與車身之間，起到降低共振幅度、衰減振動(dòng)的作用[1]。

減振器的失效形式多種多樣，文獻(xiàn)[2]對(duì)商用車常見故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；文獻(xiàn)[3]對(duì)因減振器活塞桿共振產(chǎn)生異響的問題進(jìn)行了分析解決；文獻(xiàn)[4]對(duì)儲(chǔ)油筒開裂漏油問題進(jìn)行了分析優(yōu)化；為了避免整車道路耐久試驗(yàn)過(guò)程中由于減振器過(guò)熱而產(chǎn)生實(shí)效，文獻(xiàn)[5]介紹了一種監(jiān)測(cè)減振器溫度的方法。

1 問題描述

某車型在完成整車道路試驗(yàn)后檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，車輛以40～60 km/h的速度經(jīng)過(guò)普通瀝青路面，車輛右前底盤“隆隆”異響。經(jīng)排查，該異響來(lái)源于前支柱總成，而前支柱與該異響可能相關(guān)的零件包括彈簧墊、防塵罩、上支座、緩沖塊和減振器等。導(dǎo)致該異響問題的可能原因的魚骨圖如圖1所示。

圖1 支柱異響原因分析魚骨圖

對(duì)支柱總成進(jìn)行拆解分析，彈簧墊、防塵罩、上支座和緩沖塊未發(fā)現(xiàn)有異常，減振器的阻尼力示功圖有明顯的異常，畸形，如圖2所示，正常的示功圖應(yīng)該圓滑飽滿。為了確認(rèn)異響問題是否與減振器有關(guān)，用一個(gè)新的減振器與原彈簧墊、防塵罩、上支座和緩沖塊進(jìn)行裝配成支柱總成，重新裝車驗(yàn)證，異響消失，確認(rèn)了減振器是導(dǎo)致該異響問題的原因。

圖2 減振器失效件示功圖

圖3 失效的回彈緩沖墊圈

將減振器進(jìn)行拆解后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的回彈緩沖墊圈破損，如圖3所示的黑色零件?；貜椌彌_墊圈的作用主要是在汽車車輪下跳到極限時(shí)進(jìn)行緩沖限位。

2 原因分析

針對(duì)回彈緩沖墊圈的破損問題，需要查找產(chǎn)生的原因。以下從所用原材料、零件尺寸和臺(tái)架試驗(yàn)條件等方面進(jìn)行分析。

2.1 材料分析

回彈緩沖墊圈所用的原材料為丁腈橡膠（NBR），其物性檢測(cè)結(jié)果如表1所示。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果表明，原材料的所有物性都滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 原材料物性檢測(cè)結(jié)果

2.2 尺寸檢測(cè)

由于故障件已經(jīng)破壞，無(wú)法直接對(duì)故障件進(jìn)行檢測(cè)，抽取3個(gè)同批次生產(chǎn)的回彈緩沖墊圈進(jìn)行尺寸檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。檢測(cè)結(jié)果表明，尺寸都滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 尺寸檢測(cè)結(jié)果

2.3 臺(tái)架耐久試驗(yàn)

根據(jù)原來(lái)定義的試驗(yàn)條件（頻率：2 Hz，載荷：0～3 000 N，次數(shù)：10萬(wàn)次）進(jìn)行臺(tái)架耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，回彈緩沖墊圈未出現(xiàn)開裂破損等問題，結(jié)果合格。

為了確認(rèn)原來(lái)定義的試驗(yàn)條件是否與整車匹配，先進(jìn)行整車路譜采集[6]。將采集的整車路譜應(yīng)用Ncode軟件通過(guò)穿流計(jì)數(shù)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)回彈緩沖墊圈受載荷的情況，結(jié)果如表3所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，回彈緩沖墊圈所受載荷次數(shù)多的主要集中在3.5 kN以下，在3.5 kN以上的載荷次數(shù)較少。

表3 整車路譜中統(tǒng)計(jì)的緩沖墊圈所受的載荷和次數(shù)

用等效損傷的原理，根據(jù)整車路譜載荷對(duì)回彈緩沖墊圈的臺(tái)架耐久試驗(yàn)條件進(jìn)行提取轉(zhuǎn)化后如下：

頻率：2 Hz；

條件1：0～3 500 N，10萬(wàn)次；

條件2：0～6 500 N，5 000次；

條件3：0～12 000 N，500次。

按以上試驗(yàn)條件，用目前設(shè)計(jì)方案的回彈墊圈進(jìn)行臺(tái)架耐久試驗(yàn)。試驗(yàn)后，回彈墊圈出現(xiàn)與路試車同樣的失效問題。

基于以上分析，該車型前減振器異響的原因是由于減振器內(nèi)部的回彈緩沖墊圈破損失效，導(dǎo)致減振器阻尼力異常，而回彈緩沖墊圈的失效原因是由于目前的設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿足整車道路試驗(yàn)的耐久要求。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上減振器失效原因的分析，結(jié)合減振器的工作原理，對(duì)回彈緩沖墊圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于受減振器尺寸限制，不能通過(guò)調(diào)整零件尺寸來(lái)解決該問題，因此只能通過(guò)更改材料來(lái)解決，而零件的回彈緩沖功能要求所選用的材料不能太硬，要跟原設(shè)計(jì)的材料NBR的硬度接近。綜合這些因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案選用的材料是TPU。TPU與NBR的材料物性對(duì)比如表4所示。兩個(gè)材料的硬度接近，在拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度性能方面，TPU比NBR材料好。

表4 NBR和TPU材料物性對(duì)比

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)如圖4所示。中間的圓孔與活塞桿配合，外側(cè)的5個(gè)圓弧形結(jié)構(gòu)是為了方便減振器油液通過(guò)。有的車型減振器回彈限位采用液壓緩沖結(jié)構(gòu)[7]，但該結(jié)構(gòu)成本較高。

圖4 改進(jìn)后的回彈緩沖墊圈

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

回彈緩沖墊圈在減振器下跳到極限時(shí)起緩沖作用，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案經(jīng)整車操穩(wěn)性能工程師進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)后，認(rèn)為限位沖擊感與原設(shè)計(jì)方案無(wú)差異[8]。以下從耐久可靠性方面對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 臺(tái)架耐久試驗(yàn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的回彈緩沖墊圈，用整車路譜載荷轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)條件進(jìn)行臺(tái)架耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，回彈緩沖墊圈沒有出現(xiàn)開裂破損，結(jié)果合格。

4.2 整車道路試驗(yàn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的回彈緩沖墊圈，進(jìn)行整車道路試驗(yàn)搭載驗(yàn)證耐久性能，完成全部驗(yàn)證里程后，未出現(xiàn)減振器異響問題。將減振器拆下進(jìn)行阻尼力檢測(cè)，示功圖圓滑飽滿，如圖5所示。對(duì)減振器進(jìn)行拆解，內(nèi)部的回彈緩沖墊圈未出現(xiàn)開裂破損，結(jié)果合格。

圖5 路試后的減振器示功圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)減振器失效原因的分析和設(shè)計(jì)改進(jìn)方案的驗(yàn)證，為汽車減振器設(shè)計(jì)和失效問題排查解決提供依據(jù)，研究結(jié)果表明：

（1）減振器內(nèi)部的回彈緩沖墊圈的臺(tái)架試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)車路譜采集轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)條件與整車路試載荷更接近，可以作為減振器臺(tái)架試驗(yàn)條件的參考設(shè)計(jì)方法；

（2）改進(jìn)后的回彈緩沖墊圈，可以作為減振器設(shè)計(jì)的參考結(jié)構(gòu)，對(duì)減振器的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。