滑移門滾輪與導(dǎo)軌匹配性試驗(yàn)研究

陳偉通 易煒 謝秋明 李濤

摘 要：為解決汽車滑移門滾輪與導(dǎo)軌因匹配性不良帶來(lái)的異響、磨損等問題，本文以某車型的滑移門滾輪與導(dǎo)軌的配合方式進(jìn)行研究，采用了多種樣件組合臺(tái)架驗(yàn)證方案，通過試驗(yàn)對(duì)比分析了不同材質(zhì)滾輪和不同硬度導(dǎo)軌的配合效果，最終選取了最優(yōu)組合方案并成功通過了整車效果驗(yàn)證。本研究結(jié)果對(duì)汽車滑移門系統(tǒng)異響及磨損問題的解決具有重要參考意義。

關(guān)鍵詞：滑移門;滾輪;導(dǎo)軌;試驗(yàn);試驗(yàn)臺(tái)架

1 引言

滾輪作為汽車滑移門上重要的功能件之一，對(duì)滑移門起到支撐、滑動(dòng)及導(dǎo)向的作用，其與導(dǎo)軌的配合性能直接影響滑移門的可靠性、安全性和舒適性，因此對(duì)滾輪和導(dǎo)軌進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)收是非常必要的。目前考核滾輪與導(dǎo)軌是否能滿足汽車滑移門的使用要求，可以通過搭載整車耐久測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證，其中包括整車道路試驗(yàn)、滑移門系統(tǒng)耐久試驗(yàn)，這種方法影響因素多、針對(duì)性不強(qiáng)、成本高，且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)初期，一般需要針對(duì)不同結(jié)構(gòu)及材料的滾輪與導(dǎo)軌進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，以選取更符合性能要求的組合，因此需要一種專門針對(duì)滾輪與導(dǎo)軌的臺(tái)架驗(yàn)證方案。

本文從試驗(yàn)的角度出發(fā)，結(jié)合產(chǎn)品驗(yàn)證方案，設(shè)計(jì)了一套滑移門滾輪與導(dǎo)軌的耐久試驗(yàn)臺(tái)架，以解決滑移門耐久試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的如異響、磨損等匹配性問題。

2 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

2.1 臺(tái)架設(shè)計(jì)思路

滑移門上的滾輪在導(dǎo)軌上的運(yùn)行軌跡可分為直線段和過彎段，為使模型的簡(jiǎn)單化通常只考慮直線段進(jìn)行驗(yàn)證。在一般所采取的滾輪測(cè)試方案中：一種是在滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，通過一個(gè)小試塊以一定的試驗(yàn)載荷作用在其上端，來(lái)測(cè)試滾輪與試塊的耐磨性能，其只能實(shí)現(xiàn)滾輪與試塊的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)，無(wú)法模擬實(shí)際滾動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng);另外一種是通過一個(gè)大的驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在滾輪上施加一定的試驗(yàn)載荷來(lái)進(jìn)行測(cè)試，其很好地實(shí)現(xiàn)了滾輪的滾動(dòng)耐磨性能考核，但對(duì)于特定材料的導(dǎo)軌，特別是需要驗(yàn)證直線導(dǎo)軌與滾輪的配合耐久性能，直線導(dǎo)軌無(wú)法很好地安裝至該驅(qū)動(dòng)輪上，其存在一定的缺陷。因此，需要實(shí)現(xiàn)在一定載荷和速度控制下，解決滾輪與導(dǎo)軌的相對(duì)滑動(dòng)與滾動(dòng)問題。

2.2 臺(tái)架結(jié)構(gòu)方案

本試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，通過分別實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌水平平動(dòng)和滾輪上加載兩種方式組合完成滾輪與導(dǎo)軌耐久試驗(yàn)臺(tái)架。作動(dòng)器（如氣缸）一端通過耳環(huán)型腳座固定，另一端通過雙耳連接頭與銷軸聯(lián)接與滑動(dòng)板上;直線滑軌的導(dǎo)軌通過螺栓固定在下底板上，直線滑軌的滑塊通過螺栓與滑動(dòng)板固定;導(dǎo)向桿通過螺栓與滾輪固定夾具固定，并放置于側(cè)向支架的導(dǎo)槽內(nèi);滾輪固定夾具通過螺栓及軸套與滾輪固定，并放置在滑動(dòng)板上;支撐桿通過螺紋與滾輪固定夾具形成固聯(lián)，通過上導(dǎo)向板的中心圓孔形成滑動(dòng)聯(lián)接;側(cè)向支架通過螺栓與下底板及上導(dǎo)向板固定。

在本試驗(yàn)臺(tái)架中作動(dòng)器與直線滑軌的位置呈平行方向，作動(dòng)器與滑動(dòng)板呈同一平面位置;直線滑軌起到導(dǎo)向和支撐作用，用于聯(lián)接滑動(dòng)板和下底板，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)板的直線運(yùn)動(dòng)。

在本試驗(yàn)臺(tái)架中滾輪固定夾具用于聯(lián)接滾輪、導(dǎo)向桿、配重塊和支撐桿，放置于滑動(dòng)板的正上方;導(dǎo)向桿與側(cè)向支架為滑動(dòng)關(guān)系;配重塊實(shí)現(xiàn)加載;支撐桿與上導(dǎo)向板為滑動(dòng)關(guān)系;導(dǎo)向桿與側(cè)向支架、支撐桿與上導(dǎo)向板共同組成一個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滾輪固定夾具的單向垂直滑動(dòng)。

在本試驗(yàn)臺(tái)架中所測(cè)滾輪安裝在滾輪固定夾具上，所測(cè)導(dǎo)軌（取直線段）安裝在滑動(dòng)板上，以保證滾輪始終在導(dǎo)軌上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滾輪與導(dǎo)軌的臺(tái)架耐久試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為解決滑移門開閉過程中出現(xiàn)滾輪與導(dǎo)軌磨損、異響等問題，選取了較為典型的4種滾輪和4種導(dǎo)軌，其中，滾輪按類型材質(zhì)分為：鋼輪、鋼輪+潤(rùn)滑脂、塑料輪1#（尼龍材質(zhì)）和塑料輪2#（PEEK材質(zhì)），導(dǎo)軌按不銹鋼的材質(zhì)硬度分為：156HV、205HV、335HV和440HV，共組合成16個(gè)組進(jìn)行驗(yàn)證（如表1），以獲取最優(yōu)組合。

試驗(yàn)驗(yàn)證方案主要從模擬負(fù)載、運(yùn)行速度以及環(huán)境工況等三個(gè)方面考慮，其中：滾輪的理論負(fù)載可以從仿真設(shè)計(jì)中獲得，本文中按300N設(shè)計(jì);運(yùn)行速度選取低速1.0m/s和高速1.5m/s兩種工況，且各占50%;環(huán)境工況分為常溫、低溫、高溫、高溫高濕等四種工況，其循環(huán)工況如圖3所示;累計(jì)運(yùn)行5萬(wàn)次進(jìn)行考核。

4 測(cè)試結(jié)果

開展試驗(yàn)測(cè)試前，采用清潔試劑對(duì)滾輪和導(dǎo)軌樣品進(jìn)行表面清潔并烘干處理，再測(cè)量滾輪的直徑、質(zhì)量以及導(dǎo)軌的質(zhì)量等參數(shù)，并在試驗(yàn)結(jié)束后采取同樣方式，最終取得試驗(yàn)前后各組合樣品的相關(guān)參數(shù)。試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

4.1 導(dǎo)軌測(cè)試結(jié)果對(duì)比

針對(duì)不同硬度的導(dǎo)軌進(jìn)行試驗(yàn)前后磨損對(duì)比，其測(cè)試結(jié)果如圖5所示，結(jié)果表明：

對(duì)于鋼輪A1組合方案，其導(dǎo)軌磨損明顯偏大，且出現(xiàn)導(dǎo)軌硬度值越大磨損量越大現(xiàn)象，而當(dāng)在導(dǎo)軌上加潤(rùn)滑脂即A2組合方案時(shí)，導(dǎo)軌的磨損出現(xiàn)明顯的改善，相比磨損量分別減少：B1為69%，B2為78%，B3為79%，B4為70%;同時(shí)，在對(duì)比兩種鋼輪組合方案中，均在導(dǎo)軌硬度值為205HV時(shí)，磨損效果要優(yōu)于其它硬度的導(dǎo)軌方案。

對(duì)于兩種塑料滾輪A3和A4組合方案，導(dǎo)軌在不同硬度材料情況下其磨損無(wú)明顯差異，因此塑料滾輪與導(dǎo)軌配合時(shí)，導(dǎo)軌的不銹鋼材料硬度對(duì)其磨損情況影響較小，并且磨損的效果應(yīng)優(yōu)于鋼輪的組合方案。

通過進(jìn)一步對(duì)比兩種鋼輪和兩種塑料滾輪組合方案的導(dǎo)軌表面粗糙度變化情況（見圖6），試驗(yàn)后與A1鋼輪配合的各導(dǎo)軌粗糙度變化明顯，同時(shí)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)噪音均明顯變大，而A2加上潤(rùn)滑脂方案中，各導(dǎo)軌粗糙度變化大幅降低，從而運(yùn)動(dòng)噪音得到明顯改善，主觀感知效果與A4塑料滾輪2#方案接近;另外，在A3塑料滾輪1#方案中，由于滾輪包塑均出現(xiàn)松動(dòng)情況（詳細(xì)見4.2），試驗(yàn)后期其運(yùn)動(dòng)噪音大幅增加，影響主觀品質(zhì)感。

4.2 滾輪測(cè)試結(jié)果對(duì)比

針對(duì)四種類型的滾輪進(jìn)行試驗(yàn)前后磨損對(duì)比，其測(cè)試結(jié)果如圖7、圖8和表2所示，結(jié)果表明：

對(duì)比滾輪四種類型A1、A2、A3和A4的組合磨損試驗(yàn)中，A3塑料滾輪1#磨損量最大，其次為A4塑料滾輪2#，A1鋼輪和A2鋼輪+潤(rùn)滑脂磨損量最小;同時(shí)參考滾輪直徑變化情況，鋼輪的直徑基本無(wú)明顯變化，且一致性較好，因此針對(duì)滾輪來(lái)說，鋼輪的耐磨性效果應(yīng)比塑料滾輪的耐磨效果要好。

在A3組合方案的試驗(yàn)中，塑料滾輪1#在試驗(yàn)后尺寸明顯變大，滾輪表面包塑均出現(xiàn)松動(dòng)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象（見下表2），經(jīng)分析在該方案中，滾輪包塑材料選用的為尼龍材料，該材料在高溫高濕環(huán)境下具有吸水膨脹的特性（吸水性≥2.5%），出現(xiàn)尺寸的變化情況，在試驗(yàn)往復(fù)循環(huán)沖擊作用下，導(dǎo)致外圈包塑與內(nèi)圈金屬松脫磨損，存在功能失效風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)采用PEEK材料的滾輪，因其吸水性低（吸水性 ≤0.1%），具有較好的尺寸穩(wěn)定特性，在溫度、濕度等環(huán)境條件的變化對(duì)其零件的尺寸影響不大，因此除了有少量的磨損，其性能相對(duì)保持較好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從試驗(yàn)角度對(duì)汽車滑移門滾輪與導(dǎo)軌的匹配性方面做了試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了一套滾輪與導(dǎo)軌試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)架，并進(jìn)行了不同組合方案的試驗(yàn)研究，為滑移門零件設(shè)計(jì)以及類似滾動(dòng)匹配性機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可得出以下結(jié)論：

（1）采用鋼質(zhì)滾輪與導(dǎo)軌配合使用時(shí)，其導(dǎo)軌硬度不一定越高越好，應(yīng)選用合適的、耐磨性高材質(zhì)的導(dǎo)軌，如本文中的B2導(dǎo)軌（205HV）;另外可以通過施加潤(rùn)滑脂的方式，可在同等導(dǎo)軌材質(zhì)的情況下有效減少導(dǎo)軌的磨損以及噪音，從而提升用戶使用品質(zhì)感。

（2）采用塑料滾輪與導(dǎo)軌配合使用時(shí)，因?qū)к壍挠捕认鄬?duì)比塑料滾輪高，所以導(dǎo)軌材質(zhì)對(duì)其磨損影響較小;而在選用塑料滾輪時(shí)，PEEK材質(zhì)優(yōu)于尼龍材質(zhì)，尼龍材質(zhì)滾輪因吸水性能較弱，影響其尺寸穩(wěn)定性，易出現(xiàn)滾輪包塑松動(dòng)、空轉(zhuǎn)甚至脫落失效的情況，耐久可靠性能較差。

（3）通過本次試驗(yàn)選取的最優(yōu)組合進(jìn)行了相關(guān)的整車及滑移門系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證，均能夠滿足汽車滑移門的使用要求，取得了良好的效果。

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