轎車緩沖塊失效模式研究以及改進方法

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方法

龍道江，梁媛媛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，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行了分析研究，利用科學手段進行原因查找，并從設計和制造等方面提出了改進方法。最終利用試驗驗證的完成緩沖塊設計。

緩沖塊；聚氨酯；失效；改進

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品也越來越多。汽車某些結構上已經開始逐步取代傳統(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中遇到的情況看，匹配不良，零部件缺陷、加工工藝不完善、設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，重點從設計以及制造上進行分析、改進。

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聯(lián)性進行評估打分，評分高者，相關性越高。

按表1結果，對于重要度≥90的可控因子進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結果，經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計不合理以及緩沖塊配方選用不當。

2 結構優(yōu)化以及配方工藝調整

1）緩沖塊壓縮過程變形不佳

變形不佳為緩沖塊設計問題，通常由于緩沖塊內側以及外側結構不合理導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。

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

圖示為緩沖塊設計優(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，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，緩沖塊可能會產生噪音。根據(jù)裝配結構的不同，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)和結構具體分析。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)泡的產品，所以為了滿足不同的要求，產品的密度會不同。根據(jù)材料的特性，一般密度越高，產品的耐磨性能會更好一些。

3 試驗驗證

產品結構設計完畢后，需要通過臺架試驗驗證。目前通用的臺架試驗方法如下：

1）通過圖示方式進行裝夾；

2）試驗前進行靜態(tài)剛度測試試驗；

3）沿圖示P方向施載荷（力值根據(jù)設計要求定義），頻率2HZ，風冷；

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%，樣件有無結構失效。

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

[2] 劉維信.汽車設計.北京:清華大學出版社,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

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龍道江，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.029