某車型前減振器失效分析與改進

席思文

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江寧波 315336）

0 引言

減振器是汽車底盤懸架系統的重要部件之一，目前應用最廣泛的是液壓筒式減振器。筒式減振器又分單筒式和雙筒式，應用更多的是雙筒式減振器。減振器安裝在車橋與車身之間，起到降低共振幅度、衰減振動的作用[1]。

減振器的失效形式多種多樣，文獻[2]對商用車常見故障進行了統計分析；文獻[3]對因減振器活塞桿共振產生異響的問題進行了分析解決；文獻[4]對儲油筒開裂漏油問題進行了分析優化；為了避免整車道路耐久試驗過程中由于減振器過熱而產生實效，文獻[5]介紹了一種監測減振器溫度的方法。

1 問題描述

某車型在完成整車道路試驗后檢查時發現，車輛以40～60 km/h的速度經過普通瀝青路面，車輛右前底盤“隆隆”異響。經排查，該異響來源于前支柱總成，而前支柱與該異響可能相關的零件包括彈簧墊、防塵罩、上支座、緩沖塊和減振器等。導致該異響問題的可能原因的魚骨圖如圖1所示。

圖1 支柱異響原因分析魚骨圖

對支柱總成進行拆解分析，彈簧墊、防塵罩、上支座和緩沖塊未發現有異常，減振器的阻尼力示功圖有明顯的異常，畸形，如圖2所示，正常的示功圖應該圓滑飽滿。為了確認異響問題是否與減振器有關，用一個新的減振器與原彈簧墊、防塵罩、上支座和緩沖塊進行裝配成支柱總成，重新裝車驗證，異響消失，確認了減振器是導致該異響問題的原因。

圖2 減振器失效件示功圖

圖3 失效的回彈緩沖墊圈

將減振器進行拆解后，發現內部的回彈緩沖墊圈破損，如圖3所示的黑色零件?；貜椌彌_墊圈的作用主要是在汽車車輪下跳到極限時進行緩沖限位。

2 原因分析

針對回彈緩沖墊圈的破損問題，需要查找產生的原因。以下從所用原材料、零件尺寸和臺架試驗條件等方面進行分析。

2.1 材料分析

回彈緩沖墊圈所用的原材料為丁腈橡膠（NBR），其物性檢測結果如表1所示。根據檢測結果表明，原材料的所有物性都滿足設計要求。

表1 原材料物性檢測結果

2.2 尺寸檢測

由于故障件已經破壞，無法直接對故障件進行檢測，抽取3個同批次生產的回彈緩沖墊圈進行尺寸檢測，檢測結果如表2所示。檢測結果表明，尺寸都滿足設計要求。

表2 尺寸檢測結果

2.3 臺架耐久試驗

根據原來定義的試驗條件（頻率：2 Hz，載荷：0～3 000 N，次數：10萬次）進行臺架耐久試驗，試驗完成后，回彈緩沖墊圈未出現開裂破損等問題，結果合格。

為了確認原來定義的試驗條件是否與整車匹配，先進行整車路譜采集[6]。將采集的整車路譜應用Ncode軟件通過穿流計數法進行統計，統計回彈緩沖墊圈受載荷的情況，結果如表3所示。根據表中數據可以看出，回彈緩沖墊圈所受載荷次數多的主要集中在3.5 kN以下，在3.5 kN以上的載荷次數較少。

表3 整車路譜中統計的緩沖墊圈所受的載荷和次數

用等效損傷的原理，根據整車路譜載荷對回彈緩沖墊圈的臺架耐久試驗條件進行提取轉化后如下：

頻率：2 Hz；

條件1：0～3 500 N，10萬次；

條件2：0～6 500 N，5 000次；

條件3：0～12 000 N，500次。

按以上試驗條件，用目前設計方案的回彈墊圈進行臺架耐久試驗。試驗后，回彈墊圈出現與路試車同樣的失效問題。

基于以上分析，該車型前減振器異響的原因是由于減振器內部的回彈緩沖墊圈破損失效，導致減振器阻尼力異常，而回彈緩沖墊圈的失效原因是由于目前的設計方案無法滿足整車道路試驗的耐久要求。

3 結構優化設計

根據以上減振器失效原因的分析，結合減振器的工作原理，對回彈緩沖墊圈進行優化設計。由于受減振器尺寸限制，不能通過調整零件尺寸來解決該問題，因此只能通過更改材料來解決，而零件的回彈緩沖功能要求所選用的材料不能太硬，要跟原設計的材料NBR的硬度接近。綜合這些因素，優化設計方案選用的材料是TPU。TPU與NBR的材料物性對比如表4所示。兩個材料的硬度接近，在拉伸強度、扯斷伸長率和撕裂強度性能方面，TPU比NBR材料好。

表4 NBR和TPU材料物性對比

優化設計方案的結構如圖4所示。中間的圓孔與活塞桿配合，外側的5個圓弧形結構是為了方便減振器油液通過。有的車型減振器回彈限位采用液壓緩沖結構[7]，但該結構成本較高。

圖4 改進后的回彈緩沖墊圈

4 試驗驗證

回彈緩沖墊圈在減振器下跳到極限時起緩沖作用，優化設計方案經整車操穩性能工程師進行主觀評價后，認為限位沖擊感與原設計方案無差異[8]。以下從耐久可靠性方面對優化方案進行驗證。

4.1 臺架耐久試驗

優化設計后的回彈緩沖墊圈，用整車路譜載荷轉化的試驗條件進行臺架耐久試驗，試驗完成后，回彈緩沖墊圈沒有出現開裂破損，結果合格。

4.2 整車道路試驗

優化設計后的回彈緩沖墊圈，進行整車道路試驗搭載驗證耐久性能，完成全部驗證里程后，未出現減振器異響問題。將減振器拆下進行阻尼力檢測，示功圖圓滑飽滿，如圖5所示。對減振器進行拆解，內部的回彈緩沖墊圈未出現開裂破損，結果合格。

圖5 路試后的減振器示功圖

5 結束語

通過對減振器失效原因的分析和設計改進方案的驗證，為汽車減振器設計和失效問題排查解決提供依據，研究結果表明：

（1）減振器內部的回彈緩沖墊圈的臺架試驗，通過實車路譜采集轉化的試驗條件與整車路試載荷更接近，可以作為減振器臺架試驗條件的參考設計方法；

（2）改進后的回彈緩沖墊圈，可以作為減振器設計的參考結構，對減振器的設計具有參考價值。