真空助力器后殼體密封圈硬度對使用壽命影響的研究

摘 要：真空助力器作為汽車制動系統的重要組成部分，產品中使用的各類密封圈直接決定產品密封性好壞，其中尤其是相對運動部位的密封圈，其硬度對產品使用壽命具有重要影響。本文通過實驗研究，以真空助力器后殼體密封圈硬度作為研究對象，探討其對真空助力器使用壽命的影響。實驗結果表明，密封圈硬度的變化會對真空助力器的密封效果、安全性和使用壽命產生顯著影響。

關鍵詞：真空助力器 密封圈硬度 使用壽命 密封效果 安全性能

0 前言

隨著社會的不斷進步和消費者對產品品質的追求，廣大消費者對汽車質量的要求也越來越高。汽車作為人們日常生活中不可或缺的交通工具，其行車安全、舒適性和使用壽命等性能受到了消費者的高度關注，各大車企對各類零部件，尤其是涉及行車安全的零部件的耐久性有著更高的要求，真空助力器是一種廣泛應用于汽車制動系統的裝置，其主要功能是從發動機進氣歧管或電子真空泵中獲得真空，然后利用真空與空氣的壓力差來放大踏板輸入力，讓駕駛員在制動時可以用更小的踏板力使車輛停車。因為真空助力器是靠真空度來實現助力的功能，所以真空助力器的密封性對行車安全至關重要。而后殼體密封圈作為真空助力器中的重要組成部分，具有密封和緩沖的作用，但因為產品工作時閥體會和其產生相對運動，因此后殼體密封圈的耐久能力對產品的耐久性至關重要，本文主要通過試驗研究，以驗證密封圈硬度對真空助力器使用壽命的影響。

1 真空助力器及后殼體密封圈的介紹

1.1 真空助力器

真空助力器（圖1）是一種利用空氣壓力差來實現增大踏板輸入力的裝置，真空助力器內部由膜片將其分隔為前、后兩個腔體，非工作狀態時，兩個腔體為聯通狀態，此時真空源將前后腔抽至負壓狀態，工作時，前后腔之間的閥門關閉，此時前腔仍為負壓，后腔開始進入空氣，當前后腔產生壓力差后，助力器開始為主缸提供助力，從而達到放大踏板力的作用，因為真空助力器的助力作用，可以讓駕駛員使用較小的踏板力也能達到較高的液壓輸出，提升行車安全。

1.2 后殼體密封圈

后殼體密封圈區別于常見的O型圈、矩形圈，這是一種異形的橡膠密封圈，其安裝在真空助力器后殼體頸部位置，密封圈外側和后殼體過盈配合密封，內側和閥體過盈配合密封，但是因為真空助力器在工作時，閥體會隨著推桿往復運動，并和后殼體密封圈產生摩擦，加上密封圈和閥體本身就處于過盈配合狀態，所以密封圈的耐磨性將會直接影響產品的使用壽命。

1.3 后殼體密封圈失效的后果

因為真空助力器的工作特性，每制動一次，閥體會和后殼體密封圈（圖2）產生往返2次相對運動，而后殼體密封圈作為真空助力器的關鍵密封件，若在使用過程中過早的出現了破損、斷裂、凹陷等失效，將會使真空助力器的密封性下降，嚴重時甚至使真空助力器完全失效而失去助力，這將給行車安全造成極大的隱患，所以密封圈的耐磨性至關重要。

2 試驗設計

為了驗證密封圈硬度對其耐磨性的影響，現設計專項試驗用于驗證，通過試驗裝置模擬真空助力器的工作環境，觀察密封圈在不同工作條件下的變化情況，并記錄試驗過程中，密封圈的變形情況、密封效果以及使用壽命。

2.1 配合件的選擇

后殼體密封圈的配合件為后殼體和閥體，為了保證客觀條件的一致性，經過尺寸檢查、粗糙度檢查挑選，選取3組后殼體頸部內徑尺寸差異在±0.02以內，閥體外徑差異在±0.02以內，粗糙度差異在±0.01以內的對手件用于試驗驗證。

2.2 密封圈的選擇

試驗對象經過尺寸檢查，選取同材質，且內外徑差異在±0.02以內，硬度分別為紹爾A：60度（1#）、70度（2#）、80度（3#）的三種后殼體密封圈。

2.3 潤滑及裝配

選用同一牌號的潤滑脂，潤滑脂使用量均為1g，使用相同的油脂涂抹設備及總成產品的裝配線，確保試驗對象的一致性可控。

2.4 試驗方法

首先將準備好的3組產品進行密封性檢測并記錄泄漏量，密封性檢測后將3組產品裝配在耐久試驗臺上并調整負載，使推進的行程、壓力保持一致，考慮到實車的制動過程中，推桿推進時有一定的擺角，通常行業內允許的最大擺角為±3.5°，本試驗用于驗證密封圈的耐久，因此按最嚴苛的試驗方式進行，按推桿擺角3.5°進行試驗并記錄試驗過程。

3 試驗記錄

觀察三組試驗樣品，試驗過程記錄如下：

3.1 常溫耐久

①5萬次耐久后，三組試驗樣品外觀無區別；

②10萬次耐久后，3#樣品閥體上出現了輕微橡膠磨損痕跡，1#、2#無異常；

③15萬次耐久后，3#樣品閥體上出現了較明顯橡膠磨損痕跡，1#樣品閥體上出現了輕微橡膠磨損痕跡，2#無異常。

3.2 高溫耐久

①3萬次耐久后，1#樣品閥體上出現了輕微橡膠磨損痕跡，2#、3#樣品無異常；

②6萬次耐久后，1#樣品閥體上出現了嚴重橡膠磨損痕跡，且密封圈有內陷傾向，有輕微真空泄露，2#、3# 閥體上出現了輕微橡膠磨損痕跡；

③10萬次耐久后，1#樣品密封圈出現內陷，真空無法保持；3#閥體上出現了較明顯的橡膠磨損痕跡，有輕微真空泄露，2#樣品閥體上有輕微磨損痕跡，但未發生真空泄露。

3.3 低溫耐久

①2萬次耐久后，3#樣品閥體上出現了輕微橡膠磨損痕跡，并出現輕微真空泄露，1#、2#樣品無異常；

②4萬次耐久后，3#樣品閥體上出現了明顯橡膠磨損痕跡，并出現較明顯的真空泄露，1#、2#閥體出現了輕微橡膠磨損痕跡；

③6萬次耐久后，3#樣品閥體上出現了嚴重橡膠磨損痕跡，真空無法保持，1#、2#閥體出現了較明顯的橡膠磨損痕跡。

從上述試驗記錄顯示，密封圈的硬度對使用壽命具有顯著影響，密封圈硬度過高時，閥體運動時密封圈不易變形，跟隨性較差，尤其是在低溫狀態，密封圈硬度會變得更高，此時密封圈收縮，還可能出現密封圈與殼體或閥體之間的間隙過大，從而影響密封效果；而密封圈硬度過低則會增加其與閥體的摩擦，導致密封圈在使用過程中出現早期磨損，在高溫狀態下磨損更嚴重。因此，適當的密封圈硬度可以提高其耐磨性，從而保證真空助力器的使用壽命。

4 分析討論

通過對試驗結果的分析，我們發現密封圈的硬度與使用壽命之間存在一定的相關性。合適的密封圈硬度可以減少摩擦損耗，延長密封圈的使用壽命。此外，適當的硬度還可以保持密封圈與殼體之間的緊密連接，提高真空助力器的密封效果和安全性能。

5 結論

本文通過對真空助力器后殼體密封圈硬度對使用壽命的影響的研究，發現密封圈的硬度對真空助力器的使用壽命具有顯著影響。合適的密封圈硬度可以提高真空助力器的密封效果和安全性能，延長其使用壽命。因此，在設計和制造真空助力器后殼密封圈時，應選擇合適硬度的密封圈以保證其良好的性能和可靠性。

參考文獻：

[1]QC/T 307-2016-汽車用真空助力器性能要求及臺架試驗方法[S].中華人民共和國工業和信息化部，2016.