張澤，許陽釗

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

減振器是車輛必不可少的部件，它能夠吸收和緩沖車輛行駛過程中路面?zhèn)鬟f過來的各種振動和沖擊，避免發(fā)生嚴重的側傾及俯仰，提高車輛的行駛平順性和操控穩(wěn)定性[1]。減振器的失效模式主要包括油液泄漏和異響兩大類，這也是每個主機廠在減振器開發(fā)和售后市場中經(jīng)常遇到的問題。減振器油液泄漏主要體現(xiàn)為漏油和滲油兩種形式。漏油直接影響減振器的耐久壽命，大量的油液泄漏會造成減振器阻尼力大幅度減小，不能為車身提供良好的支撐，容易導致車輛失穩(wěn)，對整車舒適性、穩(wěn)定性及操控性產(chǎn)生極大的影響，甚至影響行車安全[2]。滲油主要由高溫油分子氣化后冷凝附著引起[3]，其表現(xiàn)形式與漏油類似，只是滲漏出來的減振器油量多少不同，因此無論在整車減振器開發(fā)過程還是售后市場中，經(jīng)常出現(xiàn)把滲油誤判為漏油的情況。

北方地區(qū)尤其是東北地區(qū)冬季氣溫低，減振器漏油、滲油問題更為多發(fā)。本文作者以某車型的后減振器滲油為研究對象，針對該車型在寒區(qū)適應性試驗過程中出現(xiàn)的后減振器滲油問題，通過一系列的試驗驗證確定減振器滲油原因，然后通過結構優(yōu)化設計及改善樣件驗證等步驟，最終解決了該減振器滲油問題。

1 問題描述

為驗證整車零部件的低溫性能，某車型進行了整車寒區(qū)適應性試驗。試驗過程中發(fā)現(xiàn)后減振器儲油缸筒壁有油跡附著，疑似減振器漏油，如圖1所示。

圖1 后減振器“漏油”圖

2 原因分析

2.1 外觀確認

目測觀察減振器故障件，上安裝支座、緩沖塊、防塵罩等外圍件完好無破損，僅減振器儲油缸筒壁附著小面積油漬。

將減振器豎立放置，用手按壓減振器至最小長度，手感平滑，釋放后減振器能平緩反彈至最大長度，初步判斷減振器輕微滲油且氣體反彈力基本正常。

2.2 阻尼力及示功測試

對減振器故障件進行阻尼力測試，阻尼力基本無衰減，滿足設計要求，示功圖形豐滿、圓滑且沒有空程、畸形等缺陷，氣體反彈力和摩擦力也符合設計要求，如圖2所示。

圖2 減振器故障件阻尼力及示功測試結果

2.3 臺架往復振動試驗

對減振器故障件進行臺架往復振動測試，通過短時耐久試驗、速率比振動試驗、高溫失重試驗和低溫冷凍試驗等測試，減振器故障件密封性能基本正常，其油液泄漏量與新件相當，減振器油封處亦無明顯漏油痕跡。

隨后將減振器置于-35 ℃低溫環(huán)境倉進行往復振動試驗(減振器溫度保持100～105 ℃)，同時施加側向力，以此模擬整車在低溫環(huán)境下的工作狀態(tài)。200萬次試驗后觀察減振器，發(fā)現(xiàn)減振器儲油缸表面附著微量油漬，檢測減振器失重為1.69 g，復現(xiàn)了整車路試的滲油現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 減振器低溫倉試驗后狀態(tài)

2.4 減振器拆解檢查

拆解減振器故障件，閥系規(guī)格和數(shù)量都符合設計要求且裝配正確，閥片無破損；活塞桿表面光滑，無明顯劃痕；導向器內(nèi)部無明顯劃痕，表面光滑，襯套無上下竄動；油封外觀良好，唇口無明顯磨損、劃傷，主唇、防塵唇處尺寸及徑向力均滿足設計要求。

將儲油缸內(nèi)減振油液全部倒入量筒，剩余油量309 mL，考慮油液掛壁損失，減振器油液減少量正常，滿足設計要求。

對減振器故障件取樣進行清潔度檢測，雜質(zhì)稱得質(zhì)量0.09 mg/mL，滿足減振器清潔度要求。

2.5 小結

通過上述試驗驗證，減振器外觀良好，性能正常，活塞桿、導向器、閥片表面質(zhì)量良好，油封滿足正常工況下的低溫、高溫、耐久條件。

在-35 ℃的低溫環(huán)境倉中，減振器溫度控制在100～105 ℃做往復振動測試時，復現(xiàn)類似路試所呈現(xiàn)的滲油現(xiàn)象。同時，基于油封上端無明顯油跡和儲油缸筒上端所呈現(xiàn)的均勻的油霧附著現(xiàn)象，分析產(chǎn)生油霧的原因，在連續(xù)路試行車過程中，隨著減振器溫度升高，附著在活塞桿表面的潤滑油膜在減振器復原行程中揮發(fā)到大氣中，當遇到溫度較低的外界環(huán)境時就會產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，即部分油霧會凝結附著在防塵罩內(nèi)表面、儲油缸筒壁、端蓋等部位。當油霧凝結較多時，就會產(chǎn)生類似滲油的失效現(xiàn)象。

3 優(yōu)化設計及驗證

3.1 油封結構優(yōu)化設計

綜上分析，附著在活塞桿表面的潤滑油膜隨著減振器復原行程而揮發(fā)，說明油封的密封性能還需要進一步提高。油封對減振器的密封是通過密封唇與活塞桿的有效接觸來實現(xiàn)的，其工作原理如圖4所示[4]。分析其密封機制，減振器復原行程中通過油封的液體量(即復原行程的油液泄漏量V0)受油面最大壓力梯度WA影響，而在減振器壓縮行程帶回儲油缸的液體量(即壓縮行程的油液泵入量Vi)受氣面最大壓力梯度WE影響，所以減振器運動過程中每個循環(huán)的油液凈泄漏量V即為復原行程活塞桿帶出儲油缸的油液量與壓縮行程活塞桿帶回儲油缸的油液量的差值[5]。而在車輛行駛過程中減振器工作需應對各種路面復雜的工況，其復原行程、壓縮行程和運動速度隨時會發(fā)生變化，為提升減振器油封的密封性能就必須減少復原行程通過油封的液體量，即要從增大復原行程油面最大壓力梯度WA入手，而最大壓力梯度取決于密封元件的形狀和材料[5]，因此，可通過改變油封材料、結構及膠料耐介質(zhì)性、動態(tài)性能等方面來提升減振器油封的密封性能[6]。考慮目前油封綜合理化性能的穩(wěn)定性，保持現(xiàn)有膠料配方，從加大油封主唇的油面角度和調(diào)整主彈簧的力值占比這兩方面來進一步優(yōu)化和改善油封的密封性能。

圖4 減振器油封工作原理

(1)

(2)

(3)

式中：V0為復原行程泄漏量；

Vi為壓縮行程泵入量；

V為凈泄漏量；

D為活塞桿直徑；

H為運動行程(臺架試驗中默認復原行程與壓縮行程相同)；

η為油液的動力黏度；

u0為復原行程中活塞桿運動速度；

WA為復原行程中油面的最大壓力梯度；

ui為壓縮行程中活塞桿運動速度；

WE為壓縮行程中氣面的最大壓力梯度。

3.2 優(yōu)化方案驗證

制作油封優(yōu)化改善樣件，將主唇油面角加大2°，同時將主彈簧力值占比提高3%，減振器油封示意圖如圖5所示，適當調(diào)整油封唇口過盈量[7-8]，保證提高油封密封能力的同時不明顯增加油封摩擦力[9]。對優(yōu)化后油封進行徑向力和摩擦力檢測，并與現(xiàn)有方案的油封做對比，檢測結果顯示：改善前后油封的簧前徑向力不變，簧后徑向力增加約2 N,提高了油封的抱緊力；改善前后油封的摩擦力僅相差0.07 N，摩擦力水平相當。

圖5 減振器油封示意

將改善后的油封樣件裝配在減振器總成上進行臺架往復振動測試，并與現(xiàn)有方案進行對比，試驗結果驗證了改善方案的有效性和可靠性。

3.2.1 密封性能測試

對裝配改善方案油封的減振器進行速率比振動試驗、高溫失重試驗、低溫冷凍試驗和低溫環(huán)境倉等試驗，試驗結束后對樣件進行檢測，測試結果如下：

(1)速率比振動試驗后檢測減振器油液泄漏量為0.011 g，小于原方案的0.015 g，泄漏量降低27%；

(2)高溫失重試驗后檢測減振器失重1.19 g，較原方案降低24%；

(3)低溫冷凍試驗后油封回彈力無明顯衰減，油封及活塞桿表面狀態(tài)良好，無明顯缺陷失效，且無油霧附著現(xiàn)象；

(4)低溫環(huán)境倉試驗后減振器儲油缸筒和油封表面均無明顯油霧凝聚現(xiàn)象。

3.2.2 耐久試驗測試

對裝配改善方案油封的減振器做臺架耐久試驗，試驗后油封品質(zhì)良好，無明顯缺陷失效，活塞桿及油封表面無油霧附著，對減振器進行性能檢測，無明顯阻尼力衰減和氣體反彈力衰減，滿足設計要求。

將裝配改善方案油封的減振器總成搭載在整車上進行常溫道路耐久試驗和寒區(qū)適應性試驗，路試結束后未發(fā)現(xiàn)減振器有漏油或滲油的現(xiàn)象，試驗結果驗證了改善方案的有效性和可靠性。

4 結論

(1)北方地區(qū)冬季環(huán)境溫度低，車輛行駛過程中，會出現(xiàn)減振器活塞桿油膜揮發(fā)到大氣中然后冷凝到減振器缸筒、端蓋和防塵罩等部件表面，形成油霧附著的現(xiàn)象，當油霧凝結較多時容易造成減振器漏油誤判的情況。

(2)通過增大減振器油封的主唇油面角度和調(diào)整主彈簧力值占比的方式，可以有效提升油封的密封性能，減少減振器油液滲漏。

(3)通過優(yōu)化油封結構提高減振器密封性能的同時，需保證油封與活塞桿的摩擦力無明顯變化，不影響減振器的正常工作。