真空助力器后殼體密封圈硬度對(duì)使用壽命影響的研究

摘 要：真空助力器作為汽車制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，產(chǎn)品中使用的各類密封圈直接決定產(chǎn)品密封性好壞，其中尤其是相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位的密封圈，其硬度對(duì)產(chǎn)品使用壽命具有重要影響。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，以真空助力器后殼體密封圈硬度作為研究對(duì)象，探討其對(duì)真空助力器使用壽命的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，密封圈硬度的變化會(huì)對(duì)真空助力器的密封效果、安全性和使用壽命產(chǎn)生顯著影響。

關(guān)鍵詞：真空助力器 密封圈硬度 使用壽命 密封效果 安全性能

0 前言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的追求，廣大消費(fèi)者對(duì)汽車質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。汽車作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕煌üぞ撸湫熊嚢踩?、舒適性和使用壽命等性能受到了消費(fèi)者的高度關(guān)注，各大車企對(duì)各類零部件，尤其是涉及行車安全的零部件的耐久性有著更高的要求，真空助力器是一種廣泛應(yīng)用于汽車制動(dòng)系統(tǒng)的裝置，其主要功能是從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管或電子真空泵中獲得真空，然后利用真空與空氣的壓力差來(lái)放大踏板輸入力，讓駕駛員在制動(dòng)時(shí)可以用更小的踏板力使車輛停車。因?yàn)檎婵罩ζ魇强空婵斩葋?lái)實(shí)現(xiàn)助力的功能，所以真空助力器的密封性對(duì)行車安全至關(guān)重要。而后殼體密封圈作為真空助力器中的重要組成部分，具有密封和緩沖的作用，但因?yàn)楫a(chǎn)品工作時(shí)閥體會(huì)和其產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此后殼體密封圈的耐久能力對(duì)產(chǎn)品的耐久性至關(guān)重要，本文主要通過(guò)試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證密封圈硬度對(duì)真空助力器使用壽命的影響。

1 真空助力器及后殼體密封圈的介紹

1.1 真空助力器

真空助力器（圖1）是一種利用空氣壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)增大踏板輸入力的裝置，真空助力器內(nèi)部由膜片將其分隔為前、后兩個(gè)腔體，非工作狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)腔體為聯(lián)通狀態(tài)，此時(shí)真空源將前后腔抽至負(fù)壓狀態(tài)，工作時(shí)，前后腔之間的閥門關(guān)閉，此時(shí)前腔仍為負(fù)壓，后腔開始進(jìn)入空氣，當(dāng)前后腔產(chǎn)生壓力差后，助力器開始為主缸提供助力，從而達(dá)到放大踏板力的作用，因?yàn)檎婵罩ζ鞯闹ψ饔?，可以讓駕駛員使用較小的踏板力也能達(dá)到較高的液壓輸出，提升行車安全。

1.2 后殼體密封圈

后殼體密封圈區(qū)別于常見的O型圈、矩形圈，這是一種異形的橡膠密封圈，其安裝在真空助力器后殼體頸部位置，密封圈外側(cè)和后殼體過(guò)盈配合密封，內(nèi)側(cè)和閥體過(guò)盈配合密封，但是因?yàn)檎婵罩ζ髟诠ぷ鲿r(shí)，閥體會(huì)隨著推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并和后殼體密封圈產(chǎn)生摩擦，加上密封圈和閥體本身就處于過(guò)盈配合狀態(tài)，所以密封圈的耐磨性將會(huì)直接影響產(chǎn)品的使用壽命。

1.3 后殼體密封圈失效的后果

因?yàn)檎婵罩ζ鞯墓ぷ魈匦?，每制?dòng)一次，閥體會(huì)和后殼體密封圈（圖2）產(chǎn)生往返2次相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而后殼體密封圈作為真空助力器的關(guān)鍵密封件，若在使用過(guò)程中過(guò)早的出現(xiàn)了破損、斷裂、凹陷等失效，將會(huì)使真空助力器的密封性下降，嚴(yán)重時(shí)甚至使真空助力器完全失效而失去助力，這將給行車安全造成極大的隱患，所以密封圈的耐磨性至關(guān)重要。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證密封圈硬度對(duì)其耐磨性的影響，現(xiàn)設(shè)計(jì)專項(xiàng)試驗(yàn)用于驗(yàn)證，通過(guò)試驗(yàn)裝置模擬真空助力器的工作環(huán)境，觀察密封圈在不同工作條件下的變化情況，并記錄試驗(yàn)過(guò)程中，密封圈的變形情況、密封效果以及使用壽命。

2.1 配合件的選擇

后殼體密封圈的配合件為后殼體和閥體，為了保證客觀條件的一致性，經(jīng)過(guò)尺寸檢查、粗糙度檢查挑選，選取3組后殼體頸部?jī)?nèi)徑尺寸差異在±0.02以內(nèi)，閥體外徑差異在±0.02以內(nèi)，粗糙度差異在±0.01以內(nèi)的對(duì)手件用于試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2 密封圈的選擇

試驗(yàn)對(duì)象經(jīng)過(guò)尺寸檢查，選取同材質(zhì)，且內(nèi)外徑差異在±0.02以內(nèi)，硬度分別為紹爾A：60度（1#）、70度（2#）、80度（3#）的三種后殼體密封圈。

2.3 潤(rùn)滑及裝配

選用同一牌號(hào)的潤(rùn)滑脂，潤(rùn)滑脂使用量均為1g，使用相同的油脂涂抹設(shè)備及總成產(chǎn)品的裝配線，確保試驗(yàn)對(duì)象的一致性可控。

2.4 試驗(yàn)方法

首先將準(zhǔn)備好的3組產(chǎn)品進(jìn)行密封性檢測(cè)并記錄泄漏量，密封性檢測(cè)后將3組產(chǎn)品裝配在耐久試驗(yàn)臺(tái)上并調(diào)整負(fù)載，使推進(jìn)的行程、壓力保持一致，考慮到實(shí)車的制動(dòng)過(guò)程中，推桿推進(jìn)時(shí)有一定的擺角，通常行業(yè)內(nèi)允許的最大擺角為±3.5°，本試驗(yàn)用于驗(yàn)證密封圈的耐久，因此按最嚴(yán)苛的試驗(yàn)方式進(jìn)行，按推桿擺角3.5°進(jìn)行試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)過(guò)程。

3 試驗(yàn)記錄

觀察三組試驗(yàn)樣品，試驗(yàn)過(guò)程記錄如下：

3.1 常溫耐久

①5萬(wàn)次耐久后，三組試驗(yàn)樣品外觀無(wú)區(qū)別；

②10萬(wàn)次耐久后，3#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡，1#、2#無(wú)異常；

③15萬(wàn)次耐久后，3#樣品閥體上出現(xiàn)了較明顯橡膠磨損痕跡，1#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡，2#無(wú)異常。

3.2 高溫耐久

①3萬(wàn)次耐久后，1#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡，2#、3#樣品無(wú)異常；

②6萬(wàn)次耐久后，1#樣品閥體上出現(xiàn)了嚴(yán)重橡膠磨損痕跡，且密封圈有內(nèi)陷傾向，有輕微真空泄露，2#、3# 閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡；

③10萬(wàn)次耐久后，1#樣品密封圈出現(xiàn)內(nèi)陷，真空無(wú)法保持；3#閥體上出現(xiàn)了較明顯的橡膠磨損痕跡，有輕微真空泄露，2#樣品閥體上有輕微磨損痕跡，但未發(fā)生真空泄露。

3.3 低溫耐久

①2萬(wàn)次耐久后，3#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡，并出現(xiàn)輕微真空泄露，1#、2#樣品無(wú)異常；

②4萬(wàn)次耐久后，3#樣品閥體上出現(xiàn)了明顯橡膠磨損痕跡，并出現(xiàn)較明顯的真空泄露，1#、2#閥體出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡；

③6萬(wàn)次耐久后，3#樣品閥體上出現(xiàn)了嚴(yán)重橡膠磨損痕跡，真空無(wú)法保持，1#、2#閥體出現(xiàn)了較明顯的橡膠磨損痕跡。

從上述試驗(yàn)記錄顯示，密封圈的硬度對(duì)使用壽命具有顯著影響，密封圈硬度過(guò)高時(shí)，閥體運(yùn)動(dòng)時(shí)密封圈不易變形，跟隨性較差，尤其是在低溫狀態(tài)，密封圈硬度會(huì)變得更高，此時(shí)密封圈收縮，還可能出現(xiàn)密封圈與殼體或閥體之間的間隙過(guò)大，從而影響密封效果；而密封圈硬度過(guò)低則會(huì)增加其與閥體的摩擦，導(dǎo)致密封圈在使用過(guò)程中出現(xiàn)早期磨損，在高溫狀態(tài)下磨損更嚴(yán)重。因此，適當(dāng)?shù)拿芊馊τ捕瓤梢蕴岣咂淠湍バ裕瑥亩ＷC真空助力器的使用壽命。

4 分析討論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)密封圈的硬度與使用壽命之間存在一定的相關(guān)性。合適的密封圈硬度可以減少摩擦損耗，延長(zhǎng)密封圈的使用壽命。此外，適當(dāng)?shù)挠捕冗€可以保持密封圈與殼體之間的緊密連接，提高真空助力器的密封效果和安全性能。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)真空助力器后殼體密封圈硬度對(duì)使用壽命的影響的研究，發(fā)現(xiàn)密封圈的硬度對(duì)真空助力器的使用壽命具有顯著影響。合適的密封圈硬度可以提高真空助力器的密封效果和安全性能，延長(zhǎng)其使用壽命。因此，在設(shè)計(jì)和制造真空助力器后殼密封圈時(shí)，應(yīng)選擇合適硬度的密封圈以保證其良好的性能和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]QC/T 307-2016-汽車用真空助力器性能要求及臺(tái)架試驗(yàn)方法[S].中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部，2016.