前減振器緩沖塊組件壓壞機(jī)理研究

譚建 閆劍韜

摘 要：對某車型在整車試驗(yàn)中出現(xiàn)的前減振器緩沖塊組件壓壞故障，從減振器及緩沖塊組件的結(jié)構(gòu)和工作原理分析，用調(diào)查和試驗(yàn)的方式分析研究緩沖塊組件壓壞的機(jī)理。并給出了改進(jìn)和控制措施建議。

關(guān)鍵詞：緩沖塊;壓壞;機(jī)理

汽車前減振器總成常用結(jié)構(gòu)通常在內(nèi)部集成裝配有緩沖塊及其加強(qiáng)環(huán)，與之匹配的減振器筒端面設(shè)計(jì)有悶蓋。當(dāng)螺旋彈簧被壓縮到一定行程時緩沖塊組件將發(fā)生作用， 迫使緩沖塊壓縮變形，使力由彈簧平穩(wěn)過渡到緩沖限位塊上。然后利用其高分子材料的阻尼功能，迅速地將振動能轉(zhuǎn)化成熱能，從而減少車內(nèi)的振動， 改善行駛平順性[1]。正常情況是緩沖應(yīng)該按照設(shè)計(jì)剛度逐步變形以便得到較好的駕乘體驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)壓縮后緩沖塊及其組件要求不會壓壞。而在某車型整車試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有緩沖塊、加強(qiáng)環(huán)及其匹配的悶蓋同時出現(xiàn)壓壞故障。本文從調(diào)查故障件損壞原因?yàn)榛A(chǔ)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證的方法研究三者壓壞機(jī)理，提出問題解決措施及改進(jìn)建議。

1 減振器緩沖塊組件結(jié)構(gòu)受力分析

減振器及緩沖塊組件裝配關(guān)系示意如圖1所示。悶蓋裝在減振器上端面，加強(qiáng)環(huán)裝在

緩沖塊第二個環(huán)形凹槽上，緩沖塊裝配在top-mount上。三者以減振器活塞桿同心裝配。

圖4為某整車經(jīng)過方坑時輪胎接地點(diǎn)垂向力Fz、緩沖塊受力Fjb、簧下質(zhì)量慣性加速度a的時域曲線，可以看出[2]：

（1）當(dāng)Fz達(dá)到峰值載荷時，此時慣性加速度a方向向上，F(xiàn)jb為0，即此時輪胎由于受到瞬時沖擊，緩沖塊尚未接觸，但會產(chǎn)生極大的慣性加速度;

（2）當(dāng)Fjb達(dá)到峰值載荷時，慣性加速度a 方向向下，F(xiàn)z的絕對值要小于Fjb的絕對值，即此時緩沖塊已壓縮至截止高度，同時產(chǎn)生極大的慣性加速度。

此時緩沖塊組件包括緩沖塊、加強(qiáng)環(huán)和悶蓋共同受到的壓縮力最大。

2 緩沖塊組件故障分析

在分析前首先確認(rèn)車子載荷，此批故障車均為路試車，車上載荷如下施加。首先確認(rèn)零件實(shí)在的整車載荷符合設(shè)計(jì)要求，見表1。

由于故障車出現(xiàn)緩沖塊、加強(qiáng)環(huán)和悶蓋同時壓壞。對三者逐個分析，再結(jié)合臺架試驗(yàn)進(jìn)行分析。

2.1 緩沖塊分析

主要對緩沖塊零件設(shè)計(jì)合理性及尺寸檢測進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1.1 緩沖塊零件設(shè)計(jì)合理性

1.先用新的加強(qiáng)環(huán)裝配到緩沖塊上形成組件進(jìn)行靜壓試驗(yàn)。

加載直至加強(qiáng)環(huán)斷裂，記錄緩沖塊承受最大力值。結(jié)果：壓縮至50KN，加強(qiáng)環(huán)未斷裂。加強(qiáng)環(huán)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)要求20kN的極限載荷，證明緩沖塊、加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上無問題，見圖5。

2.再對失效件緩沖塊進(jìn)行性能試驗(yàn)。結(jié)果合格。（因失效件加強(qiáng)環(huán)開裂，無法進(jìn)行性能試驗(yàn)，用試驗(yàn)車的同批次的加強(qiáng)環(huán)替代進(jìn)行試驗(yàn)）。結(jié)果如下，見圖6：

在以上兩個試驗(yàn)中分別抽取了10個新樣件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下，符合要求，見表2。

2.1.2 緩沖塊零件尺寸

對收集的故障件進(jìn)行全尺寸檢測，驗(yàn)證排查零件尺寸對緩沖塊組件壓壞的影響。結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

2.1.3 小結(jié)

綜上可以得出，緩沖塊對組件壓壞的影響低，非首要零件。

2.2 加強(qiáng)環(huán)分析

在緩沖塊的驗(yàn)證中，同時也驗(yàn)證了加強(qiáng)環(huán)的合理性，符合設(shè)計(jì)要求。先重點(diǎn)對加強(qiáng)化的制造環(huán)節(jié)進(jìn)行研究確認(rèn)。在對加強(qiáng)環(huán)切開分析發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在少許氣孔。

2.2.1 加強(qiáng)環(huán)生產(chǎn)制造對性能的影響

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)商處有存在2套模具同時生產(chǎn)，編號為1#和2#模具。分別對兩套模具生產(chǎn)一批加強(qiáng)環(huán)并對其進(jìn)行大力沖壓試驗(yàn)。結(jié)果顯示2#模具生產(chǎn)的零件明顯比1#模具生產(chǎn)的零件抗沖擊性差，見圖7。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，2#模具生產(chǎn)的加強(qiáng)環(huán)是不合格的，此套模具確實(shí)存在問題，將導(dǎo)致加強(qiáng)環(huán)抗沖擊能力不達(dá)標(biāo)。進(jìn)一步調(diào)查模具差異，發(fā)現(xiàn)二者差異主要體現(xiàn)在進(jìn)膠口不同。其中合格的1#模具進(jìn)膠口為2.95mm，而不合格的2#模具進(jìn)膠口為1.6mm。而故障件正好出現(xiàn)氣孔缺陷。

2.2.2 加強(qiáng)環(huán)工藝穩(wěn)定性

追溯故障車加強(qiáng)環(huán)批次的制造過程，排查制造工藝的執(zhí)行情況，及其產(chǎn)品尺寸是否合格。經(jīng)確認(rèn)此批次故障件加強(qiáng)環(huán)生產(chǎn)工藝記錄，符合設(shè)計(jì)要求，工藝穩(wěn)定性一致。

2.2.3 小結(jié)

綜上可初步得出，加強(qiáng)環(huán)是緩沖塊組件壓壞的首要零件。加強(qiáng)環(huán)模具的不合理導(dǎo)致加強(qiáng)環(huán)抗沖擊性能變差。在較惡劣顛簸路沖擊載荷較大的情況下，會首先斷裂。加強(qiáng)環(huán)一旦斷裂，將失去對緩沖塊的加強(qiáng)功能，緩沖塊壓縮到極限時受到載荷變大導(dǎo)致壓壞，變形繼而壓壞悶蓋。

2.3 悶蓋

悶蓋是緩沖塊組件中相對簡單的零件，主要調(diào)查確認(rèn)制造環(huán)節(jié)。

2.3.1 悶蓋零件內(nèi)部氣泡問題

內(nèi)部存在氣泡是悶蓋抗沖擊性變差的主要缺陷之一。將3件故障件悶蓋及隨機(jī)抽取的7個新悶蓋樣件，進(jìn)行探傷檢測，以確認(rèn)是否有氣泡。結(jié)果顯示悶蓋內(nèi)無氣泡，見表3。

2.3.2 悶蓋再生廢料應(yīng)用問題

抽查悶蓋生產(chǎn)過程管控文件，文件記錄顯示：該產(chǎn)品為全新料生產(chǎn)，無新回配比;干燥溫度為75±10℃≥2小時，符合工藝要求。

2.3.3 小結(jié)

綜上可知，悶蓋在緩沖塊組件中不是零件壓壞的首要零件。

3 臺架試驗(yàn)進(jìn)一步研究緩沖塊子零件對組件壓壞的影響

經(jīng)過對故障車緩沖塊組件子零件的調(diào)查分析，可以確認(rèn)是加強(qiáng)環(huán)模具問題，導(dǎo)致加強(qiáng)環(huán)首先被壓壞，繼而導(dǎo)致緩沖塊和悶蓋相繼壓壞?，F(xiàn)采用臺架試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.1 確認(rèn)加強(qiáng)環(huán)問題對組件的影響

為了驗(yàn)證加強(qiáng)環(huán)問題的確是影響組件的首要零件及壓壞起源，我們將加強(qiáng)環(huán)分成三種狀態(tài)進(jìn)行大力沖壓耐久試驗(yàn)。設(shè)計(jì)三種方案進(jìn)行，分別是方案一：完好的加強(qiáng)環(huán);方案二：帶有裂紋的加強(qiáng)環(huán);方案三：不帶加強(qiáng)環(huán)。其中方案二接近故障車上的狀態(tài)。

試驗(yàn)條件：載荷20kN，頻率10次/分，空冷，直至緩沖塊、悶蓋壓壞。統(tǒng)計(jì)承受試驗(yàn)次數(shù)，見圖8。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，抗沖擊次數(shù)是：方案一>方案二>方案三。結(jié)果說明，加強(qiáng)環(huán)除了增加緩沖塊組件剛度外，對抗沖擊耐久性能起到關(guān)鍵作用。加強(qiáng)環(huán)質(zhì)量問題會導(dǎo)致整個組件的所有零件壓壞失效。

3.2 對悶蓋和緩沖塊的單因子沖擊耐久試驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證悶蓋和緩沖塊先損壞，對組件子零件壓壞的貢獻(xiàn)度。設(shè)計(jì)將悶蓋和緩沖塊做成缺陷零件，分別裝到臺架上進(jìn)行大力耐久試驗(yàn)。試驗(yàn)前其余零件保證完好狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果如表4。

3.3 小結(jié)

通過大力耐久試驗(yàn)得出結(jié)論，缺陷加強(qiáng)環(huán)經(jīng)過的耐久次數(shù)最少，其次是緩沖塊，再次是悶蓋。

4 結(jié)論

通過對故障車的故障緩沖塊組件的原因分析和臺架試驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論：

（1）加強(qiáng)環(huán)的質(zhì)量問題是導(dǎo)致整個組件均被壓壞的首要零件。加強(qiáng)環(huán)被一旦壓壞，將無法對緩沖塊提供足夠大的剛度保持和強(qiáng)度支持。再經(jīng)過如顛簸路等惡劣路況的載荷沖擊后，使緩沖塊受到過大載荷而壓壞，繼而壓壞悶蓋。導(dǎo)致整個緩沖塊組件被壓壞。

（2）從故障車零件的分析，可以得出影響加強(qiáng)環(huán)強(qiáng)度的性能變差的因素，最可能的是加強(qiáng)環(huán)內(nèi)部存在氣孔。而模具的進(jìn)料口設(shè)計(jì)不合理（過?。瑒t是導(dǎo)致加強(qiáng)環(huán)氣孔存在的重要因素。為了從根源上控制組件壓壞，應(yīng)特別關(guān)注和改進(jìn)加強(qiáng)環(huán)的模具設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建星.緩沖限位塊的性能及應(yīng)用[J]. 汽車與配件，1998（36）：9.

[2]付文奎.乘用車懸架緩沖塊設(shè)計(jì)[J]. 上海汽車，2019（5）：21-24.