王大娃，趙 媛，王義領(lǐng)，丁良奇Wang Dawa，Zhao Yuan，Wang Yiling，Ding Liangqi

減振器低溫漏油問題分析與優(yōu)化

王大娃，趙 媛，王義領(lǐng)，丁良奇
Wang Dawa，Zhao Yuan，Wang Yiling，Ding Liangqi

（北京汽車研究總院有限公司 底盤部，北京 101300）

結(jié)合具體案例，對(duì)減振器低溫下漏油故障進(jìn)行排查分析、原因驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)側(cè)向力較大是導(dǎo)致低溫漏油的主要因素；通過優(yōu)化減振器彈簧布置角度，可以有效減小側(cè)向力。

減振器；低溫漏油；側(cè)向力；彈簧布置角度

0 引 言

目前，汽車常用的雙筒充氣式減振器內(nèi)部填充有減振器油液和高壓氣體，油液和高壓氣體通過油封密封在減振器筒內(nèi)，減振器活塞桿通過高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和熱能轉(zhuǎn)換。油封與活塞桿合理配合保證減振器正常工作，也避免出現(xiàn)漏油問題。減振器自身結(jié)構(gòu)限制了所能承受的側(cè)向力大小，側(cè)向力對(duì)減振器密封性能和使用壽命有很大影響，尤其在低溫環(huán)境下過大的側(cè)向力會(huì)使密封瞬間失效，造成氣體和液體泄漏。

減振器所能承受的側(cè)向力大小由整車布置決定，屬于整車級(jí)范疇。

本文結(jié)合具體案例，對(duì)由側(cè)向力過大導(dǎo)致的減振器漏油問題進(jìn)行分析驗(yàn)證，并通過優(yōu)化彈簧布置角度對(duì)側(cè)向力進(jìn)行改進(jìn)。

1 漏油問題

某款車型在黑龍江省漠河市進(jìn)行寒區(qū)路試過程中，出現(xiàn)了兩只前減振器均漏油問題。試驗(yàn)路況如圖1所示，為顛簸強(qiáng)化路面，試驗(yàn)里程為20 000 km，行駛車速為40～50 km/h，故障發(fā)生時(shí)最低溫度為－42 ℃。試驗(yàn)車輛前懸架為麥弗遜獨(dú)立懸架，后懸架為拖曳臂獨(dú)立四連桿。

圖1 試驗(yàn)路況

2 原因排查

針對(duì)減振器漏油問題，通常按照外觀尺寸檢查、性能測(cè)試、漏油復(fù)現(xiàn)、拆解分析等步驟進(jìn)行詳細(xì)排查。

2.1 外觀尺寸檢查

對(duì)問題車輛的減振器進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)：（1）減振器儲(chǔ)油缸焊縫位置無(wú)漏油，彈簧盤上部及下部有油跡現(xiàn)象；（2）滑柱總成外聯(lián)無(wú)錯(cuò)裝、漏裝現(xiàn)象；（3）減振器芯子無(wú)氣體反彈力，活塞桿不能自動(dòng)復(fù)原，已漏氣；（4）取掉頂蓋后發(fā)現(xiàn)油封表面有油跡，說明油液從油封部位溢出，如圖2所示。

圖2 減振器漏油位置

2.2 性能測(cè)試

對(duì)問題減振器進(jìn)行示功測(cè)試，復(fù)原、壓縮阻尼力均符合要求，見表1。

表1 復(fù)原、壓縮阻尼力測(cè)試

但圖3所示示功圖異常，圖中右下部位曲線不連續(xù)，存在明顯缺陷，當(dāng)減振器油量不足、無(wú)氣體時(shí)會(huì)如此表現(xiàn)，判定減振器存在漏油、漏氣問題。

圖3 示功圖異常

2.3 臺(tái)架試驗(yàn)

對(duì)問題減振器進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，驗(yàn)證減振器漏油工況。在低溫環(huán)境中對(duì)減振器施加側(cè)向力，隨著力增大，油封口出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，如圖4所示，漏油位置出現(xiàn)在側(cè)向力相反位置。測(cè)試中低溫測(cè)試條件與路試條件一致，使漏油現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)，臺(tái)架測(cè)試結(jié)果見表2。

圖4 低溫臺(tái)架測(cè)試中增大側(cè)向力

表2 臺(tái)架測(cè)試漏油問題復(fù)現(xiàn)

2.4 拆解驗(yàn)證

對(duì)漏油減振器進(jìn)行拆解，排查漏油原因。在拆解中發(fā)現(xiàn)了3個(gè)異常點(diǎn)：（1）活塞桿某部位燒蝕發(fā)黃，如圖5所示；（2）燒蝕發(fā)黃部位的硬度為837.64 HV（標(biāo)準(zhǔn)900 HV）；（3）油封某部位的唇部磨損面存在輕微的貫穿縱向磨損，但磨損量不足以引起漏油，如圖6所示。這些異常位置均對(duì)應(yīng)了漏油部位，并在對(duì)應(yīng)側(cè)向力方向，進(jìn)一步驗(yàn)證此款車前減振器受到了較大側(cè)向力。拆解中測(cè)試油液清潔度、活塞桿跳動(dòng)（0.01 mm，標(biāo)準(zhǔn)要求＜0.02 mm）、工作缸端面跳動(dòng)（0.05 mm，標(biāo)準(zhǔn)要求＜0.06 mm）均無(wú)異常。

圖5 活塞桿發(fā)黃部位

圖6 油封檢查過程

2.5 低溫漏油機(jī)理

經(jīng)過以上步驟排查，鎖定減振器漏油主要原因?yàn)槭艿捷^大側(cè)向力，并且在極低溫度（-42 ℃）下油封橡膠彈性降低，二者共同作用造成瞬時(shí)漏油。

油封常用材質(zhì)為NBR（Nitrile Butadiene Rubber，丁腈橡膠）和HNBR（Hydrogenated Nitrile Rubber，氫化丁腈橡膠），其主要參數(shù)見表3。

表3 油封材料的主要參數(shù)

漏油減振器的油封材料為NBR，當(dāng)溫度低于－40 ℃時(shí)，其彈性快速降低，在減振器承受較大側(cè)向力情況下，密封效果急劇下降，出現(xiàn)瞬時(shí)漏油；與后懸架進(jìn)行對(duì)比，問題車輛的后懸架為四連桿形式，后減振器不承受側(cè)向力，因此未出現(xiàn)漏油，驗(yàn)證了兩只前減承受側(cè)向力偏大是漏油的主要原因。前懸架結(jié)構(gòu)如圖7所示，減振器受垂向力和一部分側(cè)向力；后懸架結(jié)構(gòu)如圖 8所示，減振器只承受垂向力，側(cè)向力由懸架桿系承受。前后減振器結(jié)構(gòu)形式都是雙筒充氣式液壓減振器，密封結(jié)構(gòu)、活塞桿工藝均相同。

圖7 前懸架結(jié)構(gòu)

圖8 后懸架結(jié)構(gòu)

通過臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了此結(jié)論，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 漏油機(jī)理對(duì)比驗(yàn)證

3 側(cè)向力優(yōu)化

綜合以上分析，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，主要從油封材料和結(jié)構(gòu)布置降低側(cè)向力兩個(gè)方面進(jìn)行。針對(duì)油封材料優(yōu)化問題，與油封供應(yīng)商確認(rèn)，此款油封的許用溫度為－40～120 °C，已在國(guó)內(nèi)各車型大量使用，目前并無(wú)適用更低溫度的專用油封，所以通過優(yōu)化布置，改善減振器受力。

目前，優(yōu)化減振器的側(cè)向力主要通過優(yōu)化懸架幾何結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)[1]。為確保彈簧可以抵消系統(tǒng)側(cè)向力以使減振器所受側(cè)向力最小，需要在布置上盡量使彈簧側(cè)載中心線與彈簧理想受力線重合，基于此，對(duì)彈簧側(cè)載中心線進(jìn)行優(yōu)化，將螺旋彈簧側(cè)載中心點(diǎn)坐標(biāo)由上（0，0）、下（0，20），優(yōu)化為上（0，0）、下（0，35）。優(yōu)化前、后各參數(shù)值對(duì)比見表5[2]，優(yōu)化后側(cè)向力值明顯減小，滿足小于200 N的目標(biāo)要求，設(shè)計(jì)合理，且通過僅更改彈簧即可實(shí)現(xiàn)，改動(dòng)工作量最小。

表5 減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前、后對(duì)比

注：為理想彈簧受力線與減振器軸線夾角；為減振器軸線夾角；為彈簧實(shí)際受力與減振器軸線夾角；為減振器所受側(cè)向力。

將優(yōu)化后的彈簧數(shù)據(jù)進(jìn)行DMU（Digital Mock-Up，數(shù)字化虛擬樣機(jī)）校核，各間隙滿足設(shè)計(jì)要求；優(yōu)化后彈簧進(jìn)行了50萬(wàn)次全行程臺(tái)架耐久試驗(yàn)，無(wú)斷裂，衰減滿足設(shè)計(jì)要求。

將優(yōu)化后方案搭載整車在北京通州試驗(yàn)場(chǎng)完成綜合耐久驗(yàn)證，未出現(xiàn)異響、偏磨、減振器漏油等故障，方案驗(yàn)證可行。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某款車型出現(xiàn)的低溫漏油故障，進(jìn)行了原因查找、對(duì)比測(cè)試和優(yōu)化改進(jìn)。發(fā)現(xiàn)麥弗遜式懸架前減承受側(cè)向力過大是低溫漏油的主要因素，同時(shí)極低溫度下油封橡膠彈性降低，易造成瞬時(shí)漏油，所以在寒冷地區(qū)剛啟動(dòng)車輛后盡量避免壞路劇烈駕駛。通過優(yōu)化彈簧側(cè)載中心點(diǎn)可使減振器側(cè)向力明顯降低，為懸架設(shè)計(jì)提供工程指導(dǎo)。

[1]柳江，喻凡，樓樂明.麥弗遜懸架側(cè)載螺旋彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2006（8）：743-746.

[2]王萬(wàn)順，潘筱，丁良奇，等.麥弗遜懸架減振器側(cè)向力理論分析[J].北京汽車，2022（1）：17-18，42.

2022-05-20

1002-4581（2022）06-0021-04

U463.33+5.1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.006