轎車緩沖塊失效模式研究以及改進(jìn)方法

龍道江，梁媛媛

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轎車緩沖塊失效模式研究以及改進(jìn)方法

龍道江，梁媛媛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章對幾種常見的聚氨酯類緩沖塊失效模式進(jìn)行了分析研究，利用科學(xué)手段進(jìn)行原因查找，并從設(shè)計和制造等方面提出了改進(jìn)方法。最終利用試驗驗證的完成緩沖塊設(shè)計。

緩沖塊；聚氨酯；失效；改進(jìn)

前言

為了防止懸架被“擊穿”所造成的撞擊，在車輪上跳到一定行程時，與主彈性元件（如螺旋彈簧）并聯(lián)一個非線性程度很強(qiáng)的彈性元件，這就是緩沖塊。用它來限制懸架行程，以吸收從車輪傳到車身上的沖擊載荷。

現(xiàn)代轎車的緩沖塊大多數(shù)都采用多孔聚胺脂材料制成，橡膠材料逐漸被其代替。聚胺脂材料制成的多孔型緩沖塊具有以下橡膠所不能代替的優(yōu)點：

質(zhì)量小，大約是同樣大小橡膠緩沖塊的1/2；

變形大，有很好的非線性特性。

現(xiàn)代轎車不斷追求舒適性的同時，緩沖塊采用聚氨酯材料的產(chǎn)品也越來越多。汽車某些結(jié)構(gòu)上已經(jīng)開始逐步取代傳統(tǒng)的橡膠緩沖塊。同時市場上聚氨酯緩沖塊失效的案例也越來越多。

從緩沖塊試制以及生產(chǎn)中遇到的情況看，匹配不良，零部件缺陷、加工工藝不完善、設(shè)計不合理等都會造成緩沖失效。緩沖塊失效的主要形式有：

（1）緩沖塊糜爛；

（2）緩沖塊開裂；

（3）緩沖塊唇口磨損。

圖1 幾種常見失效模式

按以上幾種緩沖塊主要失效模式，重點從設(shè)計以及制造上進(jìn)行分析、改進(jìn)。

1 緩沖塊失效原因分析

1）緩沖塊失效因果矩陣分析，即對輸入可控因素與輸出的失效模式的相互關(guān)聯(lián)性進(jìn)行評估打分，評分高者，相關(guān)性越高。

按表1結(jié)果，對于重要度≥90的可控因子進(jìn)行潛在失效模式分析。

表1 緩沖塊失效因果矩陣分析

2）潛在失效模式以及后果分析

表2 潛在失效模式

按表2結(jié)果，經(jīng)過潛在失效模式及后果分析后得出：緩沖塊開裂和糜爛是緩沖塊失效的兩項重要失效模式。失效主要原因分別為緩沖塊設(shè)計不合理以及緩沖塊配方選用不當(dāng)。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及配方工藝調(diào)整

1）緩沖塊壓縮過程變形不佳

變形不佳為緩沖塊設(shè)計問題，通常由于緩沖塊內(nèi)側(cè)以及外側(cè)結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致緩沖塊在臺架或路試過程中，壓縮扭曲、運動壽命降低。最終出現(xiàn)開裂，磨損等失效模式。

此類問題在設(shè)計初期可通過有限元分析、試制、試驗等手段進(jìn)行優(yōu)化確認(rèn)。

圖示為緩沖塊設(shè)計優(yōu)化前后對比：

圖2

2）緩沖塊腐蝕糜爛

路試過程中尤其是立柱式減振器路試過程中會出現(xiàn)緩沖塊糜爛。經(jīng)分析，由于立柱式減振器由于防塵罩作用形成封閉的空間。在此空間內(nèi)，緩沖塊表面會滋生微生物。由于微生物的侵蝕會造成緩沖塊提前糜爛。

選用合適的緩沖塊配方材料，全閉孔式的聚氨酯材料可以大大提高緩沖塊耐腐蝕性能。

3）異響優(yōu)化

在路試的時候，緩沖塊可能會產(chǎn)生噪音。根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)的不同，緩沖塊可以增加排氣槽和皮紋，幫助噪音的改善。此方案為通過端頭部增加或減少材料，使緩沖塊變形過程產(chǎn)生的堆積優(yōu)化。

圖3

但主要多數(shù)噪音的來源，還是需要根據(jù)周邊件的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)具體分析。也會有加了排氣槽，噪音更大的情況。

圖4

4）耐磨損性能

由于聚氨酯緩沖塊是發(fā)泡的產(chǎn)品，所以為了滿足不同的要求，產(chǎn)品的密度會不同。根據(jù)材料的特性，一般密度越高，產(chǎn)品的耐磨性能會更好一些。

3 試驗驗證

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計完畢后，需要通過臺架試驗驗證。目前通用的臺架試驗方法如下：

1）通過圖示方式進(jìn)行裝夾；

2）試驗前進(jìn)行靜態(tài)剛度測試試驗；

3）沿圖示P方向施載荷（力值根據(jù)設(shè)計要求定義），頻率2HZ，風(fēng)冷；

圖5 試驗裝配圖

4）耐久試驗后放置24小時，測量試驗后自由高度及特性曲線。

耐久特性：3×105次后高度損失不大于7%，吸收能量損失不大于30%，樣件有無結(jié)構(gòu)失效。

[1] [德]耶爾森.萊姆佩爾.汽車底盤基礎(chǔ).張洪欣等（譯）.北京:科學(xué)普及出版社,1992.

[2] 劉維信.汽車設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,2001.

Failure mode rasearch and improved method of car bumper

Long Daojiang, LiangYuanyuan

( Jianghuai Automobile group limited company, Anhui Hefei 230009 )

This paper analyze and study failure mode of several common polyurethanes bumper, find reasons using scientific means, a modified method is suggested from design and manufacture aspects,finally complete design of buffer using test verification.

bumper; polyurethanes; failure mode

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1671-7988(2018)20-83-02

U467

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1671-7988(2018)20-83-02

U467

龍道江，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.029