汽車減振器防塵耐久試驗臺架設計

韋江寧

(上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西柳州 545007)

0 引言

隨著汽車工業的高速發展和人們生活水平的不斷提高，用戶對汽車的各項性能要求也越來越高。汽車零部件的試驗驗證既要滿足汽車高效研發周期的要求，同時也要充分模擬用戶使用的環境、工況、路況和操作方式，確保在試驗驗證階段能及時發現問題，并解決問題，為汽車零部件的設計提供堅實的保障，最終讓用戶滿意。

汽車減振器是汽車懸架系統中的關鍵零部件，對汽車行駛的平順性和乘坐的舒適性起到至關重要的作用，目前汽車上廣泛采用的是雙向作用筒式液壓減振器，存在減振器漏油、異響、失效等故障率較高的售后問題。為解決這些故障問題，文中設計了減振器的防塵耐久試驗臺架。該試驗臺架結構簡潔，且試驗費用低。

1 汽車減振器簡介

汽車減振器是限制汽車車身振動的液壓裝置，其功能是當車身和車橋有相對運動時快速衰減其振動，防止車身過度振動，從而提高汽車行駛的平順性和乘坐的舒適性。

1.1 汽車減振器工作原理

雙向作用筒式液壓減振器的工作原理如圖1所示。汽車在不平坦的路面上行駛，車身與車橋做往復相對運動時，減振器中的活塞在缸筒內也做往復運動，則減振器缸筒內的油液便反復地從一個油腔經過不同的油閥孔隙流入另一個油腔內。此時孔壁與油液間的摩擦及液體分子的內摩擦便形成對振動的阻尼力，使車身的振動能量轉化為熱能，被油液和減振器缸筒吸收，然后散發到大氣中。

圖1 雙向作用筒式液壓減振器的工作原理

1.2 阻尼力F的計算

(1)

式中：為阻尼系數，阻尼系數與油閥通道截面積、閥門彈簧力、油液稀稠有關;

為減振器活塞桿運動速度，為0～10 m/s時取1;

為懸架系統垂直剛度;

為懸架的簧載質量。

減振器阻尼力越大，振動消除得越快，但會使得并聯的彈性元件的作用不能充分發揮，同時過大的阻尼力還可能導致減振器連接零件和車架損壞。為了解決這一矛盾，減振器設計時有以下要求：①在壓縮行程(車橋與車身相互移近的行程)時，阻尼力應較小，以便充分利用彈性元件的彈性來緩和沖擊；②在伸張行程(車橋與車身相對遠離的行程)時，阻尼力應大，以求迅速減振；③當車橋與車身的相對速度過大時，減振器應能自動加大液流通道截面積，使阻尼力始終保持在一定限度內，以避免承受過大的沖擊載荷。

傳統雙向作用筒式液壓減振器的外特性與行程不相關，車輛動力學性能與減振器內部結構、外特性關聯度不高，是一種同時滿足行駛平順性和操控穩定性的折中方案。可調阻尼減振器在傳統減振器的基礎上做了改進，增加了特殊的旁通油道結構，使阻尼特性隨行程增加而加大，既提高了車輛的乘坐舒適性又保證了操控穩定性。

1.3 示功試驗

示功試驗是將減振器一端固定，另一端做簡諧運動或類似簡諧運動時記錄減振器兩端相對位移與阻尼力關系的試驗，這種記錄位移與阻尼力關系的圖形稱為示功圖。示功圖封閉曲線所包容的面積，表示減振器在這個往復循環所消耗的功或稱為衰減的能量。圖2中虛線以上是向外做拉伸運動時產生的阻尼力，虛線以下是壓縮運動時產生的阻尼力；虛線左側為向內壓縮時的位移，虛線右側為向外拉伸時的位移。根據液壓減振器的結構原理、循環油路及阻尼特性，在外界試驗條件正確的前提下，可通過示功圖判斷減振器是否出現故障，并分析故障原因。

減振器的故障件和正常件示功圖如圖2所示。與正常件對比，故障件的伸張行程伸張力衰減嚴重，低速幾乎沒有阻尼力，壓縮行程在低速時有阻尼力，但當速度小于0.52 m/s時衰減到300～400 N，已無減振功能。故障原因為油閥損壞，油液通過油閥通道無法形成設計要求的阻尼力，從而導致減振功能失效。

圖2 減振器故障件和正常件示功圖

2 減振器售后故障原因分析

減振器的售后故障問題主要表現為漏油、異響、功能失效。通過對故障件拆解分析，得出油封、油閥異常磨損是故障的主要原因之一。進一步分析油封、油閥異常磨損的原因，主要包括：汽車在變速、轉向時，由于受車身慣性作用導致減振器活塞桿與筒體存在側向力，在活塞桿上下運動時對油封、油閥產生偏磨；大氣環境中的粉塵易附著在減振器活塞桿上，若減振器防塵性能不佳，活塞桿運動時易將粉塵帶入減振器中，會加速油封、油閥的磨損。

3 試驗臺架設計目的

試驗臺架設計目的主要有以下兩個方面：

(1)提高試驗效率，將多個減振器集成在一起同時進行試驗，滿足高效研發周期的要求。

(2)按照用戶的使用場景，結合減振器售后故障問題的原因分析，通過試驗臺架裝置充分模擬減振器在汽車行駛時受到側向力和粉塵環境中進行試驗，實現對減振器的防塵耐久性能的充分驗證。

4 試驗臺架設計

4.1 減振器的集成安裝方式設計

如圖3所示,按實車的安裝狀態，將多個減振器豎立平行安裝，減振器采用上下鉸鏈機構的安裝方式，確保減振器有偏擺的自由度，避免減振器活塞桿動作時因平行度偏差導致卡死的情況。減振器活塞桿上端通過上鉸鏈集成安裝在安裝架上，下端減振器筒體通過安裝座安裝在下鉸鏈座上，下鉸鏈座由螺栓固定在T型槽平臺上，由作動器驅動實現多個減振器同時動作。

圖3 減振器集成安裝方式

4.2 作動器導向機構設計

如圖4所示,作動器驅動多個減振器同時動作，因各個減振器尺寸、質量、活塞桿運動軌跡的差異性，以及安裝架的制作、安裝誤差，作動器在動作過程中受力不均衡易偏擺造成損壞，因此采取滾輪導軌裝置進行導向，在安裝架側向安裝滾輪，由方箱固定導軌，作動器動作時滾輪在導軌上滾動實現導向，保護作動器的同時也確保作動器動作順暢。

圖4 作動器導向機構

4.3 粉塵裝置設計

如圖5所示，在減振器筒上粘貼安裝透明的粉塵筒，向內添加粉塵，蓋上粉塵筒蓋防止粉塵在試驗過程中溢出。合理設計粉塵筒確保粉塵在活塞桿與油封的間隙上堆積。該設計方案較實際的粉塵環境更為嚴苛，對減振器的防塵性能進行充分驗證。

圖5 粉塵裝置

4.4 減振器側向力施加裝置設計

如圖6所示,根據牛頓第三定律作用力和反作用力的原理，利用一對減振器間的相互作用力形成各自所受的側向力。減振器的筒體分別由夾具A和夾具B夾緊，之間通過連接軸、力傳感器、力調節軸連接，連接軸和力調節軸與力傳感器通過螺紋連接，連接軸另一端與夾具A焊接為一體，力調節軸與夾具B為軸孔間隙配合；力傳感器測試的力值為兩個減振器的相互作用力，即為減振器所受的側向力，對于整個試驗臺架而言，該力為內力，不影響整個試驗臺架的受力平衡；旋轉力調節軸直至側向力滿足要求，將螺母鎖緊防止力調節軸與力傳感器螺紋連接串動改變側向力值。通過慣性力計算和實車測試，在試驗過程中對減振器固定施加實車受到的最大側向力，用最嚴苛的側向力考核減振器。

圖6 減振器側向力施加裝置

5 試驗臺架安裝及試驗操作

試驗臺架安裝步驟如下：

(1)如圖7所示，將減振器分別與粉塵筒、上下鉸鏈裝置進行安裝，下鉸鏈座固定在平臺上，上鉸鏈集成安裝在安裝架上；安裝架上端與作動器連接，安裝架側向安裝滾輪導軌機構，導軌固定在方箱上，確保作動器動作順暢；在每對減振器之間安裝側向力裝置。

(2)調節側向力裝置滿足試驗側向力要求，向粉塵筒內添加粉塵。

(3)進行開啟試驗，作動器動作頻率為4 Hz，行程為±20 mm；監測減振器外筒體溫度，采用強制冷卻的方式將溫度控制在(75±5)℃范圍內，監控側向力確保滿足試驗要求；定期檢查減振器是否漏油，是否有異響發生；共完成10次試驗循環。

(4)試驗后檢查減振器是否漏油，通過示功試驗判斷減振器功能是否正常，并拆解減振器檢查油封、油閥磨損情況。

圖7 減振器防塵耐久試驗臺架

6 結束語

該設計試驗臺架實現了將多個減振器集成安裝同時進行試驗，提高了試驗效率；通過試驗臺架裝置模擬減振器在汽車行駛時受到側向力和粉塵環境，采用較實車狀態更為嚴苛的側向力和粉塵條件進行試驗，充分驗證了減振器的防塵耐久性能，為減振器的設計開發提供有力的驗證支持。試驗臺架結構簡潔、試驗費用低，實現了較好的經濟效益。