席思文

摘 要：針對某車型整車道路試驗過程中出現(xiàn)的后減振器上支座失效問題，通過查看分析故障件的失效狀態(tài)，結(jié)合應用Abaqus軟件進行CAE仿真分析，確定了其失效的主要原因是由于在整車運動過程中，上支座襯套的橡膠凸臺的應力太大。對此提出了改進的設計方案，通過臺架試驗和整車道路試驗的驗證，結(jié)果表明，改進后的后減振器上支座解決了耐久失效問題，同時經(jīng)整車NVH和操穩(wěn)性能評價后確認改進方案未對整車性能產(chǎn)生不利影響。

關(guān)鍵詞：減振器;上支座;失效;優(yōu)化

中圖分類號：U462.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）06-81-03

Abstract： Aiming at the failure of the top mount of the rear shock absorber in the road test of a vehicle， by checking and analyzing the failure status of the failure parts， and combining with the CAE simulation analysis with ABAQUS software， it is determined that the main reason for the failure is that the stress of the rubber boss of the top mount bushing is too large in the process of vehicle movement. The results show that the improved top mount of the rear shock absorber solves the problem of durability failure. At the same time， it is confirmed that the improved design has no adverse effect on the performance of the whole vehicle after NVH and stability performance evaluation.

Keywords： Shock absorber; Top mount; Failure; Optimization

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-81-03

引言

汽車減振器是一種對整車起到支撐減震作用的部件，其下端安裝在車橋上，上端通過上支座與車身連接。現(xiàn)有的上支座一般包括上蓋板、外骨架和減震橡膠件。減震橡膠件一般位于上蓋板和外骨架之間[1]。

為滿足汽車減振降噪的需求，通過調(diào)整上支座內(nèi)部橡膠件的結(jié)構(gòu)形狀來實現(xiàn)[2]，但零件的耐久性能必須滿足。整車項目研發(fā)階段，整車道路試驗是傳統(tǒng)的有效評估零件耐久可靠性的方式。以某車型在整車道路試驗中發(fā)現(xiàn)的一個后減振器上支座失效問題為研究對象，通過原因分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、改善件驗證等最終解決了該問題。

1 問題描述

某車型后減振器上支座在完成整車道路耐久試驗后，將后減振器拆解進行檢查時發(fā)現(xiàn)，后上支座襯套橡膠開裂，將襯套拆解后剖切開的照片見圖1，圖中黑色的部分是橡膠。從圖中可以看出，下端的橡膠凸臺已經(jīng)嚴重開裂破損，橡膠與內(nèi)芯出現(xiàn)部分分離。

2 原因分析

后減振器上支座結(jié)構(gòu)截圖見圖2，上支座包括襯套、外骨架和上擋板，襯套包括橡膠、內(nèi)芯和外管，通過硫化工藝成為一個整體。襯套通過過盈配合壓裝到外骨架孔內(nèi)，襯套壓裝到位后，再通過旋鉚工藝將上擋板壓住襯套的外管，防止襯套軸向運動。

2.1 橡膠密度檢測

為了確定樣件所用膠料是否正確，對失效件的橡膠進行密度測量，測試結(jié)果見表1，結(jié)果表明密度符合設計要求，膠料使用正確，排除膠料使用錯誤導致的失效。

2.2 橡膠性能檢測

為了確定樣件的橡膠性能是否滿足設計要求，對與失效可能相關(guān)的關(guān)鍵橡膠性能進行檢測，結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明橡膠性能都滿足設計要求，排除橡膠性能不合格導致的失效。

2.3 橡膠粘接強度試驗

為了確定樣件的粘接強度是否滿足設計要求，對襯套硫化以后產(chǎn)品的粘接面積和壓出力進行檢測，結(jié)果如表3所示，結(jié)果表明樣件的粘接面積和壓出力都滿足設計要求，排除是橡膠粘接強度不足導致的失效。

在整車道路試驗過程中，上支座的襯套內(nèi)芯與減振器活塞桿連接在一起，減振器的阻尼力通過活塞桿傳遞到襯套內(nèi)芯。當載荷方向向下時，襯套內(nèi)芯帶動橡膠產(chǎn)生變形，整車試驗過程中，襯套橡膠不停的承受交變載荷。

失效件的襯套下端橡膠凸臺開裂破損嚴重，說明目前設計方案橡膠凸臺處的應變力太大，疲勞損傷大，因此在試驗過程中出現(xiàn)開裂破損。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

3.1 剛度分析

針對上述出現(xiàn)的耐久試驗失效問題，進行設計更改，由于上支座是底盤懸架系統(tǒng)的重要性能件，影響整車的NVH和操穩(wěn)平順性能，上支座的關(guān)鍵性能是它的剛度，因此優(yōu)化設計方案先進行CAE靜剛度仿真計算[3]。優(yōu)化設計方案的軸向剛度CAE仿真計算結(jié)果見圖3，剛度設計目標值是463N/ mm，仿真計算結(jié)果是466.75N/mm，仿真結(jié)果與目標值很接近。剛度的計算結(jié)果作為設計方案的提前預測，最終實際的樣件剛度需要根據(jù)制作的實物樣件進行檢測確認。

3.2 橡膠應力CAE分析

為了避免橡膠凸臺由于應變大而再次出現(xiàn)試驗失效的問題，應用Abaqus軟件對優(yōu)化設計方案先進行應力CAE分析，優(yōu)化設計方案和原設計方案的分析結(jié)果見表4。表中的加載條件8kN是根據(jù)整車載荷譜轉(zhuǎn)化后的最大載荷。根據(jù)表中數(shù)據(jù)說明，優(yōu)化方案的應力和應變比原設計方案都要小，理論上的疲勞性能會更好。

優(yōu)化方案的應力分析結(jié)果見圖4。

基于以上優(yōu)化方案的分析結(jié)果，最終該方案進行上支座實物樣件制作，優(yōu)化方案的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)截圖見圖5。優(yōu)化方案在原設計方案的基礎上，對襯套橡膠結(jié)構(gòu)進行了設計更改，橡膠下部的凸臺由3個改為6個，增加凸臺數(shù)量，是為了分散凸臺上所受的應力，增加疲勞壽命。

4 試驗驗證

4.1 上支座剛度測試

根據(jù)選用的優(yōu)化設計方案進行實物樣件制作后，先進行剛度測試，與CAE分析結(jié)果做對比[4]，軸向剛度設計要求是463N/mm±15%，三個樣件的測試結(jié)果分別為488.01N/mm、514.83N/mm和503.48N/mm，與CAE分析結(jié)果有些差異，但結(jié)果都滿足設計要求。優(yōu)化方案經(jīng)整車NVH和動態(tài)性能實車評價后認可了該方案[5]，NVH的測試結(jié)果見圖6，減振器活塞桿上三個方向（X/Y/Z）的加速度在更改前后變化不大。

4.2 耐久可靠性試驗

在耐久試驗過程中，按照判斷準則對上支座進行檢驗。若未出現(xiàn)失效，即認為上支座符合質(zhì)量要求，試件合格[6]。

優(yōu)化設計方案用進行臺架耐久試驗驗證，試驗條件為通過采集的整車路譜轉(zhuǎn)化后多級譜。試驗完成后，上支座襯套的橡膠無開裂破損。橡膠件的失效判定標準，除了外觀，還有一個是剛度損失，計算公式如下：

由于橡膠是一種彈性體，耐久后允許出現(xiàn)一定的剛度損失。軸向剛度損失率10.92%，剛度損失滿足設計要求。

優(yōu)化設計方案的樣件完成整車道路試驗后，檢查上支座襯套橡膠無破損開裂問題。

以上試驗結(jié)果充分說明，優(yōu)化后的上支座解決了耐久失效的問題，也未對整車NVH和動態(tài)屬性產(chǎn)生不利影響，效果良好。

5 結(jié)語

通過對后減振器上支座失效原因的分析和設計改進方案的驗證，為汽車減振器上支座設計改進提供了參考解決方案，研究結(jié)果表明：

（1）減振器上支座內(nèi)部橡膠襯套，可以通過增加橡膠凸臺數(shù)量來提升耐久性能。

（2）減振器上支座是一個性能件，改進方案需要整車相關(guān)屬性部門評價后給出結(jié)果，以支持評估最終方案是否會對整車性能產(chǎn)生不利影響。

（3）上支座襯套的設計改進，可以通過CAE應力分析結(jié)果進行對比，以支持評估改進的設計方案耐久性能是否有提升。

參考文獻

[1] 楊宗凱，李華，駱建軍.一種汽車減震器上支座總成：中國，20122015 2210.9（P）.2012.11.07.

[2] 翟進龍.一種汽車后減振器上支座的襯套結(jié)構(gòu)：中國，201620912 931.3（P）.2017.01.25.

[3] 潘宇，何云峰，何志兵.一種橡膠襯套靜態(tài)特性仿真及實驗分析[J].機械強度，2015（06）：1052-1056.

[4] 鄧雄志.轎車懸架橡膠襯套結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設計方法研究[D].廣州：華南理工大學，2017：39-44.

[5] 吳禮軍，管欣.汽車整車性能主觀評價[M].北京：北京理工大學出版社，2016：54-63.

[6] 孫曉幫，孔令洋，石晶.減振器橡膠襯套疲勞失效的試驗研究[J].機械設計與制造，2015（12）：62-64.