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        真空助力器后殼體密封圈硬度對使用壽命影響的研究

        2024-10-08 00:00:00廖崢嶸湯小生周宗成辛慶鋒李軍
        時代汽車 2024年17期

        摘 要:真空助力器作為汽車制動系統(tǒng)的重要組成部分,產(chǎn)品中使用的各類密封圈直接決定產(chǎn)品密封性好壞,其中尤其是相對運動部位的密封圈,其硬度對產(chǎn)品使用壽命具有重要影響。本文通過實驗研究,以真空助力器后殼體密封圈硬度作為研究對象,探討其對真空助力器使用壽命的影響。實驗結(jié)果表明,密封圈硬度的變化會對真空助力器的密封效果、安全性和使用壽命產(chǎn)生顯著影響。

        關(guān)鍵詞:真空助力器 密封圈硬度 使用壽命 密封效果 安全性能

        0 前言

        隨著社會的不斷進步和消費者對產(chǎn)品品質(zhì)的追求,廣大消費者對汽車質(zhì)量的要求也越來越高。汽車作為人們?nèi)粘I钪胁豢苫蛉钡慕煌üぞ?,其行車安全、舒適性和使用壽命等性能受到了消費者的高度關(guān)注,各大車企對各類零部件,尤其是涉及行車安全的零部件的耐久性有著更高的要求,真空助力器是一種廣泛應(yīng)用于汽車制動系統(tǒng)的裝置,其主要功能是從發(fā)動機進氣歧管或電子真空泵中獲得真空,然后利用真空與空氣的壓力差來放大踏板輸入力,讓駕駛員在制動時可以用更小的踏板力使車輛停車。因為真空助力器是靠真空度來實現(xiàn)助力的功能,所以真空助力器的密封性對行車安全至關(guān)重要。而后殼體密封圈作為真空助力器中的重要組成部分,具有密封和緩沖的作用,但因為產(chǎn)品工作時閥體會和其產(chǎn)生相對運動,因此后殼體密封圈的耐久能力對產(chǎn)品的耐久性至關(guān)重要,本文主要通過試驗研究,以驗證密封圈硬度對真空助力器使用壽命的影響。

        1 真空助力器及后殼體密封圈的介紹

        1.1 真空助力器

        真空助力器(圖1)是一種利用空氣壓力差來實現(xiàn)增大踏板輸入力的裝置,真空助力器內(nèi)部由膜片將其分隔為前、后兩個腔體,非工作狀態(tài)時,兩個腔體為聯(lián)通狀態(tài),此時真空源將前后腔抽至負壓狀態(tài),工作時,前后腔之間的閥門關(guān)閉,此時前腔仍為負壓,后腔開始進入空氣,當前后腔產(chǎn)生壓力差后,助力器開始為主缸提供助力,從而達到放大踏板力的作用,因為真空助力器的助力作用,可以讓駕駛員使用較小的踏板力也能達到較高的液壓輸出,提升行車安全。

        1.2 后殼體密封圈

        后殼體密封圈區(qū)別于常見的O型圈、矩形圈,這是一種異形的橡膠密封圈,其安裝在真空助力器后殼體頸部位置,密封圈外側(cè)和后殼體過盈配合密封,內(nèi)側(cè)和閥體過盈配合密封,但是因為真空助力器在工作時,閥體會隨著推桿往復運動,并和后殼體密封圈產(chǎn)生摩擦,加上密封圈和閥體本身就處于過盈配合狀態(tài),所以密封圈的耐磨性將會直接影響產(chǎn)品的使用壽命。

        1.3 后殼體密封圈失效的后果

        因為真空助力器的工作特性,每制動一次,閥體會和后殼體密封圈(圖2)產(chǎn)生往返2次相對運動,而后殼體密封圈作為真空助力器的關(guān)鍵密封件,若在使用過程中過早的出現(xiàn)了破損、斷裂、凹陷等失效,將會使真空助力器的密封性下降,嚴重時甚至使真空助力器完全失效而失去助力,這將給行車安全造成極大的隱患,所以密封圈的耐磨性至關(guān)重要。

        2 試驗設(shè)計

        為了驗證密封圈硬度對其耐磨性的影響,現(xiàn)設(shè)計專項試驗用于驗證,通過試驗裝置模擬真空助力器的工作環(huán)境,觀察密封圈在不同工作條件下的變化情況,并記錄試驗過程中,密封圈的變形情況、密封效果以及使用壽命。

        2.1 配合件的選擇

        后殼體密封圈的配合件為后殼體和閥體,為了保證客觀條件的一致性,經(jīng)過尺寸檢查、粗糙度檢查挑選,選取3組后殼體頸部內(nèi)徑尺寸差異在±0.02以內(nèi),閥體外徑差異在±0.02以內(nèi),粗糙度差異在±0.01以內(nèi)的對手件用于試驗驗證。

        2.2 密封圈的選擇

        試驗對象經(jīng)過尺寸檢查,選取同材質(zhì),且內(nèi)外徑差異在±0.02以內(nèi),硬度分別為紹爾A:60度(1#)、70度(2#)、80度(3#)的三種后殼體密封圈。

        2.3 潤滑及裝配

        選用同一牌號的潤滑脂,潤滑脂使用量均為1g,使用相同的油脂涂抹設(shè)備及總成產(chǎn)品的裝配線,確保試驗對象的一致性可控。

        2.4 試驗方法

        首先將準備好的3組產(chǎn)品進行密封性檢測并記錄泄漏量,密封性檢測后將3組產(chǎn)品裝配在耐久試驗臺上并調(diào)整負載,使推進的行程、壓力保持一致,考慮到實車的制動過程中,推桿推進時有一定的擺角,通常行業(yè)內(nèi)允許的最大擺角為±3.5°,本試驗用于驗證密封圈的耐久,因此按最嚴苛的試驗方式進行,按推桿擺角3.5°進行試驗并記錄試驗過程。

        3 試驗記錄

        觀察三組試驗樣品,試驗過程記錄如下:

        3.1 常溫耐久

        ①5萬次耐久后,三組試驗樣品外觀無區(qū)別;

        ②10萬次耐久后,3#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡,1#、2#無異常;

        ③15萬次耐久后,3#樣品閥體上出現(xiàn)了較明顯橡膠磨損痕跡,1#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡,2#無異常。

        3.2 高溫耐久

        ①3萬次耐久后,1#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡,2#、3#樣品無異常;

        ②6萬次耐久后,1#樣品閥體上出現(xiàn)了嚴重橡膠磨損痕跡,且密封圈有內(nèi)陷傾向,有輕微真空泄露,2#、3# 閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡;

        ③10萬次耐久后,1#樣品密封圈出現(xiàn)內(nèi)陷,真空無法保持;3#閥體上出現(xiàn)了較明顯的橡膠磨損痕跡,有輕微真空泄露,2#樣品閥體上有輕微磨損痕跡,但未發(fā)生真空泄露。

        3.3 低溫耐久

        ①2萬次耐久后,3#樣品閥體上出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡,并出現(xiàn)輕微真空泄露,1#、2#樣品無異常;

        ②4萬次耐久后,3#樣品閥體上出現(xiàn)了明顯橡膠磨損痕跡,并出現(xiàn)較明顯的真空泄露,1#、2#閥體出現(xiàn)了輕微橡膠磨損痕跡;

        ③6萬次耐久后,3#樣品閥體上出現(xiàn)了嚴重橡膠磨損痕跡,真空無法保持,1#、2#閥體出現(xiàn)了較明顯的橡膠磨損痕跡。

        從上述試驗記錄顯示,密封圈的硬度對使用壽命具有顯著影響,密封圈硬度過高時,閥體運動時密封圈不易變形,跟隨性較差,尤其是在低溫狀態(tài),密封圈硬度會變得更高,此時密封圈收縮,還可能出現(xiàn)密封圈與殼體或閥體之間的間隙過大,從而影響密封效果;而密封圈硬度過低則會增加其與閥體的摩擦,導致密封圈在使用過程中出現(xiàn)早期磨損,在高溫狀態(tài)下磨損更嚴重。因此,適當?shù)拿芊馊τ捕瓤梢蕴岣咂淠湍バ?,從而保證真空助力器的使用壽命。

        4 分析討論

        通過對試驗結(jié)果的分析,我們發(fā)現(xiàn)密封圈的硬度與使用壽命之間存在一定的相關(guān)性。合適的密封圈硬度可以減少摩擦損耗,延長密封圈的使用壽命。此外,適當?shù)挠捕冗€可以保持密封圈與殼體之間的緊密連接,提高真空助力器的密封效果和安全性能。

        5 結(jié)論

        本文通過對真空助力器后殼體密封圈硬度對使用壽命的影響的研究,發(fā)現(xiàn)密封圈的硬度對真空助力器的使用壽命具有顯著影響。合適的密封圈硬度可以提高真空助力器的密封效果和安全性能,延長其使用壽命。因此,在設(shè)計和制造真空助力器后殼密封圈時,應(yīng)選擇合適硬度的密封圈以保證其良好的性能和可靠性。

        參考文獻:

        [1]QC/T 307-2016-汽車用真空助力器性能要求及臺架試驗方法[S].中華人民共和國工業(yè)和信息化部,2016.

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