前減振器緩沖塊組件壓壞機理研究

譚建 閆劍韜

摘 要：對某車型在整車試驗中出現的前減振器緩沖塊組件壓壞故障，從減振器及緩沖塊組件的結構和工作原理分析，用調查和試驗的方式分析研究緩沖塊組件壓壞的機理。并給出了改進和控制措施建議。

關鍵詞：緩沖塊;壓壞;機理

汽車前減振器總成常用結構通常在內部集成裝配有緩沖塊及其加強環，與之匹配的減振器筒端面設計有悶蓋。當螺旋彈簧被壓縮到一定行程時緩沖塊組件將發生作用， 迫使緩沖塊壓縮變形，使力由彈簧平穩過渡到緩沖限位塊上。然后利用其高分子材料的阻尼功能，迅速地將振動能轉化成熱能，從而減少車內的振動， 改善行駛平順性[1]。正常情況是緩沖應該按照設計剛度逐步變形以便得到較好的駕乘體驗，經過反復壓縮后緩沖塊及其組件要求不會壓壞。而在某車型整車試驗中發現有緩沖塊、加強環及其匹配的悶蓋同時出現壓壞故障。本文從調查故障件損壞原因為基礎，通過試驗驗證的方法研究三者壓壞機理，提出問題解決措施及改進建議。

1 減振器緩沖塊組件結構受力分析

減振器及緩沖塊組件裝配關系示意如圖1所示。悶蓋裝在減振器上端面，加強環裝在

緩沖塊第二個環形凹槽上，緩沖塊裝配在top-mount上。三者以減振器活塞桿同心裝配。

圖4為某整車經過方坑時輪胎接地點垂向力Fz、緩沖塊受力Fjb、簧下質量慣性加速度a的時域曲線，可以看出[2]：

（1）當Fz達到峰值載荷時，此時慣性加速度a方向向上，Fjb為0，即此時輪胎由于受到瞬時沖擊，緩沖塊尚未接觸，但會產生極大的慣性加速度;

（2）當Fjb達到峰值載荷時，慣性加速度a 方向向下，Fz的絕對值要小于Fjb的絕對值，即此時緩沖塊已壓縮至截止高度，同時產生極大的慣性加速度。

此時緩沖塊組件包括緩沖塊、加強環和悶蓋共同受到的壓縮力最大。

2 緩沖塊組件故障分析

在分析前首先確認車子載荷，此批故障車均為路試車，車上載荷如下施加。首先確認零件實在的整車載荷符合設計要求，見表1。

由于故障車出現緩沖塊、加強環和悶蓋同時壓壞。對三者逐個分析，再結合臺架試驗進行分析。

2.1 緩沖塊分析

主要對緩沖塊零件設計合理性及尺寸檢測進行驗證。

2.1.1 緩沖塊零件設計合理性

1.先用新的加強環裝配到緩沖塊上形成組件進行靜壓試驗。

加載直至加強環斷裂，記錄緩沖塊承受最大力值。結果：壓縮至50KN，加強環未斷裂。加強環強度遠遠超出設計要求20kN的極限載荷，證明緩沖塊、加強環結構設計上無問題，見圖5。

2.再對失效件緩沖塊進行性能試驗。結果合格。（因失效件加強環開裂，無法進行性能試驗，用試驗車的同批次的加強環替代進行試驗）。結果如下，見圖6：

在以上兩個試驗中分別抽取了10個新樣件進行試驗，結果統計如下，符合要求，見表2。

2.1.2 緩沖塊零件尺寸

對收集的故障件進行全尺寸檢測，驗證排查零件尺寸對緩沖塊組件壓壞的影響。結果符合設計要求。

2.1.3 小結

綜上可以得出，緩沖塊對組件壓壞的影響低，非首要零件。

2.2 加強環分析

在緩沖塊的驗證中，同時也驗證了加強環的合理性，符合設計要求。先重點對加強化的制造環節進行研究確認。在對加強環切開分析發現其內部存在少許氣孔。

2.2.1 加強環生產制造對性能的影響

經過調查發現，供應商處有存在2套模具同時生產，編號為1#和2#模具。分別對兩套模具生產一批加強環并對其進行大力沖壓試驗。結果顯示2#模具生產的零件明顯比1#模具生產的零件抗沖擊性差，見圖7。

從試驗結果可以看出，2#模具生產的加強環是不合格的，此套模具確實存在問題，將導致加強環抗沖擊能力不達標。進一步調查模具差異，發現二者差異主要體現在進膠口不同。其中合格的1#模具進膠口為2.95mm，而不合格的2#模具進膠口為1.6mm。而故障件正好出現氣孔缺陷。

2.2.2 加強環工藝穩定性

追溯故障車加強環批次的制造過程，排查制造工藝的執行情況，及其產品尺寸是否合格。經確認此批次故障件加強環生產工藝記錄，符合設計要求，工藝穩定性一致。

2.2.3 小結

綜上可初步得出，加強環是緩沖塊組件壓壞的首要零件。加強環模具的不合理導致加強環抗沖擊性能變差。在較惡劣顛簸路沖擊載荷較大的情況下，會首先斷裂。加強環一旦斷裂，將失去對緩沖塊的加強功能，緩沖塊壓縮到極限時受到載荷變大導致壓壞，變形繼而壓壞悶蓋。

2.3 悶蓋

悶蓋是緩沖塊組件中相對簡單的零件，主要調查確認制造環節。

2.3.1 悶蓋零件內部氣泡問題

內部存在氣泡是悶蓋抗沖擊性變差的主要缺陷之一。將3件故障件悶蓋及隨機抽取的7個新悶蓋樣件，進行探傷檢測，以確認是否有氣泡。結果顯示悶蓋內無氣泡，見表3。

2.3.2 悶蓋再生廢料應用問題

抽查悶蓋生產過程管控文件，文件記錄顯示：該產品為全新料生產，無新回配比;干燥溫度為75±10℃≥2小時，符合工藝要求。

2.3.3 小結

綜上可知，悶蓋在緩沖塊組件中不是零件壓壞的首要零件。

3 臺架試驗進一步研究緩沖塊子零件對組件壓壞的影響

經過對故障車緩沖塊組件子零件的調查分析，可以確認是加強環模具問題，導致加強環首先被壓壞，繼而導致緩沖塊和悶蓋相繼壓壞。現采用臺架試驗進一步驗證。

3.1 確認加強環問題對組件的影響

為了驗證加強環問題的確是影響組件的首要零件及壓壞起源，我們將加強環分成三種狀態進行大力沖壓耐久試驗。設計三種方案進行，分別是方案一：完好的加強環;方案二：帶有裂紋的加強環;方案三：不帶加強環。其中方案二接近故障車上的狀態。

試驗條件：載荷20kN，頻率10次/分，空冷，直至緩沖塊、悶蓋壓壞。統計承受試驗次數，見圖8。

實驗結果顯示，抗沖擊次數是：方案一>方案二>方案三。結果說明，加強環除了增加緩沖塊組件剛度外，對抗沖擊耐久性能起到關鍵作用。加強環質量問題會導致整個組件的所有零件壓壞失效。

3.2 對悶蓋和緩沖塊的單因子沖擊耐久試驗驗證

為了進一步驗證悶蓋和緩沖塊先損壞，對組件子零件壓壞的貢獻度。設計將悶蓋和緩沖塊做成缺陷零件，分別裝到臺架上進行大力耐久試驗。試驗前其余零件保證完好狀態。試驗結果如表4。

3.3 小結

通過大力耐久試驗得出結論，缺陷加強環經過的耐久次數最少，其次是緩沖塊，再次是悶蓋。

4 結論

通過對故障車的故障緩沖塊組件的原因分析和臺架試驗驗證得出結論：

（1）加強環的質量問題是導致整個組件均被壓壞的首要零件。加強環被一旦壓壞，將無法對緩沖塊提供足夠大的剛度保持和強度支持。再經過如顛簸路等惡劣路況的載荷沖擊后，使緩沖塊受到過大載荷而壓壞，繼而壓壞悶蓋。導致整個緩沖塊組件被壓壞。

（2）從故障車零件的分析，可以得出影響加強環強度的性能變差的因素，最可能的是加強環內部存在氣孔。而模具的進料口設計不合理（過小），則是導致加強環氣孔存在的重要因素。為了從根源上控制組件壓壞，應特別關注和改進加強環的模具設計。

參考文獻：

[1]李建星.緩沖限位塊的性能及應用[J]. 汽車與配件，1998（36）：9.

[2]付文奎.乘用車懸架緩沖塊設計[J]. 上海汽車，2019（5）：21-24.