后懸架緩沖塊開裂問題的排查思路及關鍵影響因素論證

摘 要：本文介紹了某車型整車耐久試驗過程中，后懸架緩沖塊出現開裂失效后的問題排查思路及開裂根本原因分析過程。通過有限元分析法和MTS臺架模擬試驗分別論證了偏壓對緩沖塊壽命的影響。不僅為設計工程師提供排查和解決問題的思路和方法，同時論述了后懸架緩沖塊開裂發生的根本原因指導產品設計前期進行規避，提高產品可靠性。

關鍵詞：后懸架緩沖塊 聚氨酯 偏壓

0 引言

緩沖塊作為機械、汽車等領域的重要部件，其性能對整體產品的質量和性能有著重要影響。然而，緩沖塊開裂問題是常見的設計難點之一，對產品的穩定性和安全性產生不利影響[1]。本文將對緩沖塊開裂問題進行詳細的分析，并提出有效的解決方案。

在主機廠的某一些后懸架設計中，為了有效地減少車輛在行駛過程中的顛簸感，同時提高駕駛的平穩性，后懸架緩沖塊，又稱后懸架減震膠塊或后減震緩沖塊應運而生。它的主要功能是吸收和緩解車輛行駛過程中產生的沖擊和震動，從而提高乘客的乘坐體驗，提升安全性。后懸架緩沖塊通常由橡膠或其他例如聚氨酯的彈性材料制成[2]。

后懸架緩沖塊在運動過程中的對手件（對應部件）是后懸架的其他組成部分，如后懸架的支架、軸承、減震器、后橋等。這些部件與緩沖塊協同工作，共同承受和吸收車輛行駛過程中產生的震動和沖擊，確保車輛的穩定性和安全性。

后懸架緩沖塊損壞會對汽車造成以下影響：

①行駛異響：在行駛過程中會產生異響，影響乘客的乘坐體驗。

②操控性能下降：緩沖塊損壞往往會伴隨操控性下降，尤其是在高速行駛或轉向時，車輛的穩定性和安全性都會受到影響[3]。

1 聚氨酯緩沖塊失效的排查思路

聚氨酯是一種重要的高分子材料，其應力應變曲線是評估其力學性能的重要指標。在拉伸試驗中，聚氨酯材料開始時呈現線性彈性階段，隨著應力的增加，材料會開始進入非線性階段。在這個階段，材料的應變增加速率會變緩，直到達到最大應力點。在超過最大應力點后，材料開始出現塑性變形，應力逐漸降低，同時材料的應變繼續增加，最終導致材料斷裂[1]。

當在耐久試驗中發現緩沖塊失效后，可以從人機料法環幾個維度對開裂根本原因進行分析。

1.1 人為因素

試驗人員是否按照試驗規范開展驗證，是否按照要求載荷配載[1]。如某一些顛簸路面車速過高，配載超重等。

1.2 機

排查整車姿態是否合格。

1.3 料

①緩沖塊本身：觀察緩沖塊開裂的程度和位置。從材料選擇/結構設計/負載和應力分析三個方面排查。

A.材料選擇：排查所使用的材料是否合適。考慮材料的強度、耐磨性、抗疲勞性等方面，了解材料的性能特性，并進行必要的材料測試，以確定是否材料選擇不當導致開裂。

B.結構設計：檢查緩沖塊的結構設計是否合理。包括形狀、尺寸、壁厚等方面。分析是否存在應力集中、過度變形等問題，導致緩沖塊在受到外力時容易開裂。

C.負載與應力分析：對緩沖塊進行負載和應力的詳細分析。通過仿真軟件或實際測試，分析緩沖塊在不同工況下的應力分布和大小，確定是否存在應力集中區域或超出材料承受能力的區域。

②排查后懸架緩沖塊周邊件：彈簧剛度和設計載荷；減震器內部限位塊剛度曲線、尺寸是否合格，減震器阻尼力是否畸形；后橋與緩沖塊接觸面托盤位置及尺寸是否在公差范圍內，后橋襯套剛度是否合格；對車身安裝點進行三坐標檢查，是否滿足設計及裝配要求。

1.4 法

排查產品是否符合設計狀態：緩沖塊剛度曲線及間隙匹配是否合理。

1.5 環

試驗環境是否超出整車試驗要求。

2 偏壓對緩沖塊開裂的影響分析

通過人機料法環多維度分析，鎖定問題關鍵點為后懸架緩沖塊和后橋接觸面在運動過程中存在偏壓的狀態。

2.1 仿真分析

設定緩沖塊處在偏壓和正壓兩種狀態下，分別在10mm/2KN/8KN壓縮狀態下進行有限元分析（FEA），對比結果如圖３-圖８。

通過有限元（FEA）分析發現：在正壓力狀態：緩沖塊在8KN壓縮下最大應變1.418，且應變分分布均勻；在偏壓狀態（故障狀態）：緩沖塊在8KN壓縮下最大應變1.633（相比正常狀態，加了15%），且局部形成集中應力。

2.2 MTS臺架模擬分析

MTS臺架（圖9）可在短時間內實現高速、高性能循環加載來測試緩沖塊的阻尼特性，可以承受較高的慣性載荷。（表1、圖10、圖11）

MTS臺架模擬試驗總結：

聚氨酯緩沖塊無偏壓臺架耐久損壞次數至少為帶偏壓耐久損壞次數的7倍以上。

3 結論

通過FEA仿真分析和MTS臺架模擬試驗可明確以下結論：

（1）產品切割破壞主要是由于產品受到了較大的偏壓應力，導致產品受應力擠壓開裂。

（2）緩沖塊唇口較薄的壁厚，加劇拉扯切割的力度導致切割加劇。建議的后續設計方案：

①確保后橋及白車身裝配精度，盡量保證緩沖塊落點在后橋沖擊碗中間；

②在條件允許的情況下，適當增加沖擊碗平面的表面積，避免緩沖塊收到集中應力和產生過度變形。

4 展望

通過緩沖塊開裂問題對影響緩沖塊受力的全維度進行了詳細分析，利用FEA仿真分析和MTS臺架模擬試驗對緩沖塊失效模式進行了驗證并為后續設計提供了規避方案，為后續其他車型的開發提供了寶貴的經驗！

參考文獻：

[1]原大寧，劉麗蘭，劉宏昭，等.汽車懸架減振器緩沖塊設計研究[J].系統仿真學報，2009（4）.

[2]湯增斌，譚珂.MDI聚氨酯后懸架緩沖塊設計研究[J].農業裝備與車輛工程，2023（5）.

[3]熊輝，張元偉，邱海漩.某車型后懸架緩沖塊設計與過坎舒適性提升[J].上海汽車，2022（2）.