淺析汽車密封條摩擦異響機(jī)理

安麗鳳　鄒勇　張航

摘 要：通過(guò)力學(xué)及能量守恒兩方面分析，并結(jié)合密封條工作環(huán)境，對(duì)密封條異響機(jī)理進(jìn)行研究，為密封條異響改善方向提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：密封條；異響；機(jī)理

1 異響問(wèn)題

汽車密封條廣泛用于車門、車身、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和行李箱等部位，具有防水、密封、隔音降噪等重要作用，因?yàn)槠囬_(kāi)閉件在行車過(guò)程中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以開(kāi)閉件密封條成為密封條異響問(wèn)題中的重災(zāi)區(qū)，常見(jiàn)的開(kāi)閉件密封條包括門框密封條，車門密封條和行李箱密封條等。

2 異響原因

以異常問(wèn)題最為突出的門框密封條為例，如下圖所示。

裝配示意圖

門框密封條安裝在側(cè)圍鈑金止口上，車門關(guān)閉后，車身上框壓迫密封條泡管面形成密封。在行車過(guò)程中，密封條泡管面與車身上框發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，而門框條“U”型卡槽牢固固定在車身側(cè)圍上，保持相對(duì)靜止。由此得出，密封條異響主要是車身鈑金和密封條之間的摩擦異響。

3 摩擦異響機(jī)理

摩擦性能是橡膠諸性能中的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。用能量轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行分析：

摩擦力做功：W=F（滑動(dòng)摩擦力）*S（相對(duì)滑行路程）

而摩擦力F=μ（動(dòng)摩擦系數(shù)）*N（正壓力）

所以，摩擦力做功W=μ*N* S （1）

目前開(kāi)閉件密封條常用EPDM橡膠材料，橡膠為高彈性材料，在摩擦力作用下，并沒(méi)有一個(gè)極限的屈服強(qiáng)度，因而形變會(huì)影響到整個(gè)材料。材料表面的摩擦力除使橡膠表面發(fā)生形變外，也使材料內(nèi)部發(fā)生形變，這是橡膠材料獨(dú)有的特點(diǎn)。因此，橡膠材料摩擦?xí)r，不只是抵抗表面的摩擦阻力會(huì)消耗能量，材料內(nèi)部的黏彈性也會(huì)造成能量損耗。

摩擦做功產(chǎn)生的能量，一部分被橡膠材料內(nèi)部能量損耗，一部分轉(zhuǎn)換成熱能，還有一部分轉(zhuǎn)換成聲能。當(dāng)能量累積到一定程度，熱能的轉(zhuǎn)換速度無(wú)法滿足能量轉(zhuǎn)換的時(shí)候，出現(xiàn)能量的瞬間釋放，從而形成噪音。

即：總能量=E（內(nèi)耗）+E（熱能）+E（聲能）（2）

大膽假設(shè)，我們希望聲能小，是否可以降低摩擦力做功呢？如果可以，產(chǎn)生能量釋放的概率和量級(jí)都可以降低，自然可以達(dá)到降噪的效果。根據(jù)（1），假設(shè)μ是個(gè)定值（實(shí)際上對(duì)于車身工況而言，μ是個(gè)變量）。當(dāng)增加N時(shí)，S自然會(huì)降低，而二者的乘積不能完全判斷是否降低。但在極端情況下，即正壓力很大，導(dǎo)致s幾乎為0，此時(shí)異響消除。我們?cè)阝k金面上覆蓋高摩擦試紙進(jìn)行模擬，已驗(yàn)證符合。

從密封條裝配環(huán)境分析，當(dāng)車輛行駛時(shí)，車身產(chǎn)生震動(dòng)，與車身接觸的密封條與車身鈑金產(chǎn)生相對(duì)位移，二者之間產(chǎn)生摩擦。

初始階段，我們聽(tīng)到的聲音小，隨著時(shí)間的推移，相互摩擦的物體表面相互碰撞，由于分子間的碰撞極為頻繁，而方向又是隨機(jī)的，在運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)分子有可能將動(dòng)能遷移到物體內(nèi)部，使物體內(nèi)部分子產(chǎn)生相互碰撞，從而使內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致整個(gè)物體變熱。物體變熱后，客觀上引起摩擦系數(shù)的提升，而摩擦系數(shù)的提升，從而導(dǎo)致總能量明顯提升，從而提高了高頻噪音的出現(xiàn)的幾率。

另外，滑動(dòng)速度對(duì)摩擦系數(shù)和高頻噪聲的產(chǎn)生和演變有重要的影響，隨滑動(dòng)速度增加，不僅使音量增加，并且會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)變化加劇，從而形成高頻噪音的幾率增大。摩擦系數(shù)對(duì)滑動(dòng)速度的變化呈現(xiàn)一定的閥值性，且大的摩擦系數(shù)更易產(chǎn)生高頻噪聲。[1]而當(dāng)相對(duì)速率大于一定的值時(shí)，摩擦系數(shù)和磨耗都迅速下降，S增大速度比不上摩擦系數(shù)μ的降低速度，這就可以解釋為什么在相對(duì)平緩的路段，我們聽(tīng)不到異響。

以上從摩擦力做功、摩擦系數(shù)與噪音、滑動(dòng)速度與音量的分析，降低摩擦系數(shù)和降低滑動(dòng)速度可以有效控制異響源噪聲產(chǎn)生的幾率及音量。根據(jù)（2）可以得出，如果需要降低聲能，那么可以提高橡膠本身的內(nèi)耗能或者提高熱能，但是摩擦熱量的提高，導(dǎo)致摩擦系數(shù)μ的提高，出現(xiàn)高頻噪聲的幾率增加，所以，降低噪聲最好從增加材料的內(nèi)耗能入手。

從聲音傳播過(guò)程分析，根據(jù)聲音在傳播過(guò)程中的損耗公式：

E = Er + Ea + Et（3）

E—單位時(shí)間內(nèi)入射擊到物體上的總聲能

Er—物體反射的聲能

Ea—物體吸收的聲能

Et—透過(guò)物體的聲能

我們希望到達(dá)人耳的聲音小，要求Et要小，即物體反射和吸收的聲能要大，對(duì)汽車密封條來(lái)說(shuō)，可以選擇吸聲系數(shù)比較大的橡膠材料或者采用措施增大橡膠的吸聲系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

降低異響，一方面降低異響源，一方面增加聲波傳播損耗。降低異響源，主要從降低摩擦系數(shù)和降低滑動(dòng)速度兩方面考慮；增加聲波傳播損耗可以從橡膠本身入手，選擇內(nèi)耗大的橡膠材料和配合劑，或者采用覆蓋材料改變聲波的傳播渠道以提高能量損耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]麥云飛，董冰洋，王書文.滑動(dòng)速度與高頻摩擦噪聲關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].潤(rùn)滑與密封，2016（4）：53.56.

作者簡(jiǎn)介：安麗鳳（1984.），女，本科，高級(jí)產(chǎn)品工程師，研究方向?yàn)檎囅鹚苊芊饧O(shè)計(jì)；鄒勇（1985.），男，本科，NVH工程師，研究方向?yàn)檎嚠愴懷芯?；張航?970.），男，本科，產(chǎn)品部經(jīng)理，研究方向?yàn)檎囅鹚苊芊饧O(shè)計(jì)。