后懸架緩沖塊開裂問題的排查思路及關(guān)鍵影響因素論證

摘 要：本文介紹了某車型整車耐久試驗(yàn)過程中，后懸架緩沖塊出現(xiàn)開裂失效后的問題排查思路及開裂根本原因分析過程。通過有限元分析法和MTS臺(tái)架模擬試驗(yàn)分別論證了偏壓對(duì)緩沖塊壽命的影響。不僅為設(shè)計(jì)工程師提供排查和解決問題的思路和方法，同時(shí)論述了后懸架緩沖塊開裂發(fā)生的根本原因指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期進(jìn)行規(guī)避，提高產(chǎn)品可靠性。

關(guān)鍵詞：后懸架緩沖塊 聚氨酯 偏壓

0 引言

緩沖塊作為機(jī)械、汽車等領(lǐng)域的重要部件，其性能對(duì)整體產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有著重要影響。然而，緩沖塊開裂問題是常見的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一，對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生不利影響[1]。本文將對(duì)緩沖塊開裂問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，并提出有效的解決方案。

在主機(jī)廠的某一些后懸架設(shè)計(jì)中，為了有效地減少車輛在行駛過程中的顛簸感，同時(shí)提高駕駛的平穩(wěn)性，后懸架緩沖塊，又稱后懸架減震膠塊或后減震緩沖塊應(yīng)運(yùn)而生。它的主要功能是吸收和緩解車輛行駛過程中產(chǎn)生的沖擊和震動(dòng)，從而提高乘客的乘坐體驗(yàn)，提升安全性。后懸架緩沖塊通常由橡膠或其他例如聚氨酯的彈性材料制成[2]。

后懸架緩沖塊在運(yùn)動(dòng)過程中的對(duì)手件（對(duì)應(yīng)部件）是后懸架的其他組成部分，如后懸架的支架、軸承、減震器、后橋等。這些部件與緩沖塊協(xié)同工作，共同承受和吸收車輛行駛過程中產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊，確保車輛的穩(wěn)定性和安全性。

后懸架緩沖塊損壞會(huì)對(duì)汽車造成以下影響：

①行駛異響：在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生異響，影響乘客的乘坐體驗(yàn)。

②操控性能下降：緩沖塊損壞往往會(huì)伴隨操控性下降，尤其是在高速行駛或轉(zhuǎn)向時(shí)，車輛的穩(wěn)定性和安全性都會(huì)受到影響[3]。

1 聚氨酯緩沖塊失效的排查思路

聚氨酯是一種重要的高分子材料，其應(yīng)力應(yīng)變曲線是評(píng)估其力學(xué)性能的重要指標(biāo)。在拉伸試驗(yàn)中，聚氨酯材料開始時(shí)呈現(xiàn)線性彈性階段，隨著應(yīng)力的增加，材料會(huì)開始進(jìn)入非線性階段。在這個(gè)階段，材料的應(yīng)變?cè)黾铀俾蕰?huì)變緩，直到達(dá)到最大應(yīng)力點(diǎn)。在超過最大應(yīng)力點(diǎn)后，材料開始出現(xiàn)塑性變形，應(yīng)力逐漸降低，同時(shí)材料的應(yīng)變繼續(xù)增加，最終導(dǎo)致材料斷裂[1]。

當(dāng)在耐久試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)緩沖塊失效后，可以從人機(jī)料法環(huán)幾個(gè)維度對(duì)開裂根本原因進(jìn)行分析。

1.1 人為因素

試驗(yàn)人員是否按照試驗(yàn)規(guī)范開展驗(yàn)證，是否按照要求載荷配載[1]。如某一些顛簸路面車速過高，配載超重等。

1.2 機(jī)

排查整車姿態(tài)是否合格。

1.3 料

①緩沖塊本身：觀察緩沖塊開裂的程度和位置。從材料選擇/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/負(fù)載和應(yīng)力分析三個(gè)方面排查。

A.材料選擇：排查所使用的材料是否合適?？紤]材料的強(qiáng)度、耐磨性、抗疲勞性等方面，了解材料的性能特性，并進(jìn)行必要的材料測(cè)試，以確定是否材料選擇不當(dāng)導(dǎo)致開裂。

B.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：檢查緩沖塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理。包括形狀、尺寸、壁厚等方面。分析是否存在應(yīng)力集中、過度變形等問題，導(dǎo)致緩沖塊在受到外力時(shí)容易開裂。

C.負(fù)載與應(yīng)力分析：對(duì)緩沖塊進(jìn)行負(fù)載和應(yīng)力的詳細(xì)分析。通過仿真軟件或?qū)嶋H測(cè)試，分析緩沖塊在不同工況下的應(yīng)力分布和大小，確定是否存在應(yīng)力集中區(qū)域或超出材料承受能力的區(qū)域。

②排查后懸架緩沖塊周邊件：彈簧剛度和設(shè)計(jì)載荷；減震器內(nèi)部限位塊剛度曲線、尺寸是否合格，減震器阻尼力是否畸形；后橋與緩沖塊接觸面托盤位置及尺寸是否在公差范圍內(nèi)，后橋襯套剛度是否合格；對(duì)車身安裝點(diǎn)進(jìn)行三坐標(biāo)檢查，是否滿足設(shè)計(jì)及裝配要求。

1.4 法

排查產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)狀態(tài)：緩沖塊剛度曲線及間隙匹配是否合理。

1.5 環(huán)

試驗(yàn)環(huán)境是否超出整車試驗(yàn)要求。

2 偏壓對(duì)緩沖塊開裂的影響分析

通過人機(jī)料法環(huán)多維度分析，鎖定問題關(guān)鍵點(diǎn)為后懸架緩沖塊和后橋接觸面在運(yùn)動(dòng)過程中存在偏壓的狀態(tài)。

2.1 仿真分析

設(shè)定緩沖塊處在偏壓和正壓兩種狀態(tài)下，分別在10mm/2KN/8KN壓縮狀態(tài)下進(jìn)行有限元分析（FEA），對(duì)比結(jié)果如圖３-圖８。

通過有限元（FEA）分析發(fā)現(xiàn)：在正壓力狀態(tài)：緩沖塊在8KN壓縮下最大應(yīng)變1.418，且應(yīng)變分分布均勻；在偏壓狀態(tài)（故障狀態(tài)）：緩沖塊在8KN壓縮下最大應(yīng)變1.633（相比正常狀態(tài)，加了15%），且局部形成集中應(yīng)力。

2.2 MTS臺(tái)架模擬分析

MTS臺(tái)架（圖9）可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速、高性能循環(huán)加載來(lái)測(cè)試緩沖塊的阻尼特性，可以承受較高的慣性載荷。（表1、圖10、圖11）

MTS臺(tái)架模擬試驗(yàn)總結(jié)：

聚氨酯緩沖塊無(wú)偏壓臺(tái)架耐久損壞次數(shù)至少為帶偏壓耐久損壞次數(shù)的7倍以上。

3 結(jié)論

通過FEA仿真分析和MTS臺(tái)架模擬試驗(yàn)可明確以下結(jié)論：

（1）產(chǎn)品切割破壞主要是由于產(chǎn)品受到了較大的偏壓應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)品受應(yīng)力擠壓開裂。

（2）緩沖塊唇口較薄的壁厚，加劇拉扯切割的力度導(dǎo)致切割加劇。建議的后續(xù)設(shè)計(jì)方案：

①確保后橋及白車身裝配精度，盡量保證緩沖塊落點(diǎn)在后橋沖擊碗中間；

②在條件允許的情況下，適當(dāng)增加沖擊碗平面的表面積，避免緩沖塊收到集中應(yīng)力和產(chǎn)生過度變形。

4 展望

通過緩沖塊開裂問題對(duì)影響緩沖塊受力的全維度進(jìn)行了詳細(xì)分析，利用FEA仿真分析和MTS臺(tái)架模擬試驗(yàn)對(duì)緩沖塊失效模式進(jìn)行了驗(yàn)證并為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了規(guī)避方案，為后續(xù)其他車型的開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)！

參考文獻(xiàn)：

[1]原大寧，劉麗蘭，劉宏昭，等.汽車懸架減振器緩沖塊設(shè)計(jì)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009（4）.

[2]湯增斌，譚珂.MDI聚氨酯后懸架緩沖塊設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2023（5）.

[3]熊輝，張?jiān)獋?，邱海?某車型后懸架緩沖塊設(shè)計(jì)與過坎舒適性提升[J].上海汽車，2022（2）.