減振器低溫漏油問題分析與優化

王大娃，趙 媛，王義領，丁良奇Wang Dawa，Zhao Yuan，Wang Yiling，Ding Liangqi

減振器低溫漏油問題分析與優化

王大娃，趙 媛，王義領，丁良奇
Wang Dawa，Zhao Yuan，Wang Yiling，Ding Liangqi

（北京汽車研究總院有限公司 底盤部，北京 101300）

結合具體案例，對減振器低溫下漏油故障進行排查分析、原因驗證，發現側向力較大是導致低溫漏油的主要因素；通過優化減振器彈簧布置角度，可以有效減小側向力。

減振器；低溫漏油；側向力；彈簧布置角度

0 引 言

目前，汽車常用的雙筒充氣式減振器內部填充有減振器油液和高壓氣體，油液和高壓氣體通過油封密封在減振器筒內，減振器活塞桿通過高速往復運動實現動能和熱能轉換。油封與活塞桿合理配合保證減振器正常工作，也避免出現漏油問題。減振器自身結構限制了所能承受的側向力大小，側向力對減振器密封性能和使用壽命有很大影響，尤其在低溫環境下過大的側向力會使密封瞬間失效，造成氣體和液體泄漏。

減振器所能承受的側向力大小由整車布置決定，屬于整車級范疇。

本文結合具體案例，對由側向力過大導致的減振器漏油問題進行分析驗證，并通過優化彈簧布置角度對側向力進行改進。

1 漏油問題

某款車型在黑龍江省漠河市進行寒區路試過程中，出現了兩只前減振器均漏油問題。試驗路況如圖1所示，為顛簸強化路面，試驗里程為20 000 km，行駛車速為40～50 km/h，故障發生時最低溫度為－42 ℃。試驗車輛前懸架為麥弗遜獨立懸架，后懸架為拖曳臂獨立四連桿。

圖1 試驗路況

2 原因排查

針對減振器漏油問題，通常按照外觀尺寸檢查、性能測試、漏油復現、拆解分析等步驟進行詳細排查。

2.1 外觀尺寸檢查

對問題車輛的減振器進行外觀檢查，發現：（1）減振器儲油缸焊縫位置無漏油，彈簧盤上部及下部有油跡現象；（2）滑柱總成外聯無錯裝、漏裝現象；（3）減振器芯子無氣體反彈力，活塞桿不能自動復原，已漏氣；（4）取掉頂蓋后發現油封表面有油跡，說明油液從油封部位溢出，如圖2所示。

圖2 減振器漏油位置

2.2 性能測試

對問題減振器進行示功測試，復原、壓縮阻尼力均符合要求，見表1。

表1 復原、壓縮阻尼力測試

但圖3所示示功圖異常，圖中右下部位曲線不連續，存在明顯缺陷，當減振器油量不足、無氣體時會如此表現，判定減振器存在漏油、漏氣問題。

圖3 示功圖異常

2.3 臺架試驗

對問題減振器進行臺架測試，驗證減振器漏油工況。在低溫環境中對減振器施加側向力，隨著力增大，油封口出現漏油現象，如圖4所示，漏油位置出現在側向力相反位置。測試中低溫測試條件與路試條件一致，使漏油現象復現，臺架測試結果見表2。

圖4 低溫臺架測試中增大側向力

表2 臺架測試漏油問題復現

2.4 拆解驗證

對漏油減振器進行拆解，排查漏油原因。在拆解中發現了3個異常點：（1）活塞桿某部位燒蝕發黃，如圖5所示；（2）燒蝕發黃部位的硬度為837.64 HV（標準900 HV）；（3）油封某部位的唇部磨損面存在輕微的貫穿縱向磨損，但磨損量不足以引起漏油，如圖6所示。這些異常位置均對應了漏油部位，并在對應側向力方向，進一步驗證此款車前減振器受到了較大側向力。拆解中測試油液清潔度、活塞桿跳動（0.01 mm，標準要求＜0.02 mm）、工作缸端面跳動（0.05 mm，標準要求＜0.06 mm）均無異常。

圖5 活塞桿發黃部位

圖6 油封檢查過程

2.5 低溫漏油機理

經過以上步驟排查，鎖定減振器漏油主要原因為受到較大側向力，并且在極低溫度（-42 ℃）下油封橡膠彈性降低，二者共同作用造成瞬時漏油。

油封常用材質為NBR（Nitrile Butadiene Rubber，丁腈橡膠）和HNBR（Hydrogenated Nitrile Rubber，氫化丁腈橡膠），其主要參數見表3。

表3 油封材料的主要參數

漏油減振器的油封材料為NBR，當溫度低于－40 ℃時，其彈性快速降低，在減振器承受較大側向力情況下，密封效果急劇下降，出現瞬時漏油；與后懸架進行對比，問題車輛的后懸架為四連桿形式，后減振器不承受側向力，因此未出現漏油，驗證了兩只前減承受側向力偏大是漏油的主要原因。前懸架結構如圖7所示，減振器受垂向力和一部分側向力；后懸架結構如圖 8所示，減振器只承受垂向力，側向力由懸架桿系承受。前后減振器結構形式都是雙筒充氣式液壓減振器，密封結構、活塞桿工藝均相同。

圖7 前懸架結構

圖8 后懸架結構

通過臺架對比試驗，進一步驗證了此結論，試驗結果見表4。

表4 漏油機理對比驗證

3 側向力優化

綜合以上分析，對產品設計進行優化，主要從油封材料和結構布置降低側向力兩個方面進行。針對油封材料優化問題，與油封供應商確認，此款油封的許用溫度為－40～120 °C，已在國內各車型大量使用，目前并無適用更低溫度的專用油封，所以通過優化布置，改善減振器受力。

目前，優化減振器的側向力主要通過優化懸架幾何結構實現[1]。為確保彈簧可以抵消系統側向力以使減振器所受側向力最小，需要在布置上盡量使彈簧側載中心線與彈簧理想受力線重合，基于此，對彈簧側載中心線進行優化，將螺旋彈簧側載中心點坐標由上（0，0）、下（0，20），優化為上（0，0）、下（0，35）。優化前、后各參數值對比見表5[2]，優化后側向力值明顯減小，滿足小于200 N的目標要求，設計合理，且通過僅更改彈簧即可實現，改動工作量最小。

表5 減振器結構優化前、后對比

注：為理想彈簧受力線與減振器軸線夾角；為減振器軸線夾角；為彈簧實際受力與減振器軸線夾角；為減振器所受側向力。

將優化后的彈簧數據進行DMU（Digital Mock-Up，數字化虛擬樣機）校核，各間隙滿足設計要求；優化后彈簧進行了50萬次全行程臺架耐久試驗，無斷裂，衰減滿足設計要求。

將優化后方案搭載整車在北京通州試驗場完成綜合耐久驗證，未出現異響、偏磨、減振器漏油等故障，方案驗證可行。

4 結束語

針對某款車型出現的低溫漏油故障，進行了原因查找、對比測試和優化改進。發現麥弗遜式懸架前減承受側向力過大是低溫漏油的主要因素，同時極低溫度下油封橡膠彈性降低，易造成瞬時漏油，所以在寒冷地區剛啟動車輛后盡量避免壞路劇烈駕駛。通過優化彈簧側載中心點可使減振器側向力明顯降低，為懸架設計提供工程指導。

[1]柳江，喻凡，樓樂明.麥弗遜懸架側載螺旋彈簧優化設計[J].汽車工程，2006（8）：743-746.

[2]王萬順，潘筱，丁良奇，等.麥弗遜懸架減振器側向力理論分析[J].北京汽車，2022（1）：17-18，42.

2022-05-20

1002-4581（2022）06-0021-04

U463.33+5.1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.006