淺析汽車密封條摩擦異響機理

安麗鳳　鄒勇　張航

摘 要：通過力學及能量守恒兩方面分析，并結合密封條工作環境，對密封條異響機理進行研究，為密封條異響改善方向提供理論依據。

關鍵詞：密封條；異響；機理

1 異響問題

汽車密封條廣泛用于車門、車身、發動機艙和行李箱等部位，具有防水、密封、隔音降噪等重要作用，因為汽車開閉件在行車過程中有相對運動趨勢，所以開閉件密封條成為密封條異響問題中的重災區，常見的開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圍鈑金止口上，車門關閉后，車身上框壓迫密封條泡管面形成密封。在行車過程中，密封條泡管面與車身上框發生相對移動，而門框條“U”型卡槽牢固固定在車身側圍上，保持相對靜止。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 摩擦異響機理

摩擦性能是橡膠諸性能中的一個非常重要的指標。用能量轉換的方式進行分析：

摩擦力做功：W=F（滑動摩擦力）*S（相對滑行路程）

而摩擦力F=μ（動摩擦系數）*N（正壓力）

所以，摩擦力做功W=μ*N* S （1）

目前開閉件密封條常用EPDM橡膠材料，橡膠為高彈性材料，在摩擦力作用下，并沒有一個極限的屈服強度，因而形變會影響到整個材料。材料表面的摩擦力除使橡膠表面發生形變外，也使材料內部發生形變，這是橡膠材料獨有的特點。因此，橡膠材料摩擦時，不只是抵抗表面的摩擦阻力會消耗能量，材料內部的黏彈性也會造成能量損耗。

摩擦做功產生的能量，一部分被橡膠材料內部能量損耗，一部分轉換成熱能，還有一部分轉換成聲能。當能量累積到一定程度，熱能的轉換速度無法滿足能量轉換的時候，出現能量的瞬間釋放，從而形成噪音。

即：總能量=E（內耗）+E（熱能）+E（聲能）（2）

大膽假設，我們希望聲能小，是否可以降低摩擦力做功呢？如果可以，產生能量釋放的概率和量級都可以降低，自然可以達到降噪的效果。根據（1），假設μ是個定值（實際上對于車身工況而言，μ是個變量）。當增加N時，S自然會降低，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，導致s幾乎為0，此時異響消除。我們在鈑金面上覆蓋高摩擦試紙進行模擬，已驗證符合。

從密封條裝配環境分析，當車輛行駛時，車身產生震動，與車身接觸的密封條與車身鈑金產生相對位移，二者之間產生摩擦。

初始階段，我們聽到的聲音小，隨著時間的推移，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，而方向又是隨機的，在運動中，運動分子有可能將動能遷移到物體內部，使物體內部分子產生相互碰撞，從而使內部分子運動加劇，導致整個物體變熱。物體變熱后，客觀上引起摩擦系數的提升，而摩擦系數的提升，從而導致總能量明顯提升，從而提高了高頻噪音的出現的幾率。

另外，滑動速度對摩擦系數和高頻噪聲的產生和演變有重要的影響，隨滑動速度增加，不僅使音量增加，并且會導致摩擦系數變化加劇，從而形成高頻噪音的幾率增大。摩擦系數對滑動速度的變化呈現一定的閥值性，且大的摩擦系數更易產生高頻噪聲。[1]而當相對速率大于一定的值時，摩擦系數和磨耗都迅速下降，S增大速度比不上摩擦系數μ的降低速度，這就可以解釋為什么在相對平緩的路段，我們聽不到異響。

以上從摩擦力做功、摩擦系數與噪音、滑動速度與音量的分析，降低摩擦系數和降低滑動速度可以有效控制異響源噪聲產生的幾率及音量。根據（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耗能或者提高熱能，但是摩擦熱量的提高，導致摩擦系數μ的提高，出現高頻噪聲的幾率增加，所以，降低噪聲最好從增加材料的內耗能入手。

從聲音傳播過程分析，根據聲音在傳播過程中的損耗公式：

E = Er + Ea + Et（3）

E—單位時間內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—透過物體的聲能

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

4 結語

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和降低滑動速度兩方面考慮；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：

[1]麥云飛，董冰洋，王書文.滑動速度與高頻摩擦噪聲關系的試驗研究[J].潤滑與密封，2016（4）：53.56.

作者簡介：安麗鳳（1984.），女，本科，高級產品工程師，研究方向為整車橡塑密封件設計；鄒勇（1985.），男，本科，NVH工程師，研究方向為整車異響研究；張航（1970.），男，本科，產品部經理，研究方向為整車橡塑密封件設計。