乘用車(chē)穩(wěn)定桿襯套類(lèi)型與運(yùn)用研究

蔣祥建　黃家勝　楊欣雨

摘 要：本文對(duì)穩(wěn)定桿襯套對(duì)整車(chē)的操穩(wěn)和舒適性能的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，對(duì)當(dāng)前乘用車(chē)行業(yè)內(nèi)所有在用的穩(wěn)定桿襯套結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行了總結(jié)，并分析了不同類(lèi)型襯套的一般適用范圍;給出不同類(lèi)型穩(wěn)定桿襯套設(shè)計(jì)、制造和裝配時(shí)的注意事項(xiàng);針對(duì)不同類(lèi)型襯套的常見(jiàn)失效模式及整改方案給出一定指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定桿襯套;性能;設(shè)計(jì);工藝;異響

1 引言

穩(wěn)定桿是汽車(chē)懸架中的一種輔助彈性元件，它的主要作用是防止車(chē)身在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生過(guò)大的橫向側(cè)傾，盡量使車(chē)身保持平衡[1]。穩(wěn)定桿襯套和穩(wěn)定桿通過(guò)固定夾安裝在懸架系統(tǒng)的副車(chē)架上，在穩(wěn)定桿工作時(shí)穩(wěn)定桿襯套為穩(wěn)定桿提供支撐、緩沖、隔振和降噪作用;穩(wěn)定桿的軸向自由度也是由穩(wěn)定桿襯套進(jìn)行限制;針對(duì)抱緊式和硫化一體式穩(wěn)定桿襯套還能為整車(chē)提供部分扭轉(zhuǎn)剛度。

2 穩(wěn)定桿襯套性能對(duì)整車(chē)操穩(wěn)和舒適性能的影響

穩(wěn)定桿襯套的徑向剛度主要影響整車(chē)操穩(wěn)性能;襯套的扭轉(zhuǎn)剛度主要影響整車(chē)的舒適性能。

2.1 襯套徑向剛度對(duì)整車(chē)操穩(wěn)性能的影響

上文已提到穩(wěn)定桿襯套的作用之一就是為穩(wěn)定桿提供支撐，當(dāng)穩(wěn)定桿工作發(fā)生扭轉(zhuǎn)的同時(shí)也存在偏擺，這個(gè)時(shí)候就需要穩(wěn)定桿襯套在徑向有足夠的剛度來(lái)支撐穩(wěn)定桿的偏擺，如果穩(wěn)定桿襯套支撐不足，就會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定桿本來(lái)應(yīng)該提供給整車(chē)的扭轉(zhuǎn)剛度在襯套變形的這個(gè)過(guò)程得到延遲。主要表現(xiàn)就是整車(chē)響應(yīng)變慢，若是后穩(wěn)定桿襯套的話(huà)，在車(chē)輛快速變線(xiàn)時(shí)還有后軸跟隨性差的問(wèn)題。

2.2 襯套扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)整車(chē)舒適性能的影響

因?yàn)榉€(wěn)定桿襯套與穩(wěn)定桿一般采用過(guò)盈配合，穩(wěn)定桿工作轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)襯套橡膠扭轉(zhuǎn)也能為整車(chē)提供一定的扭轉(zhuǎn)剛度。穩(wěn)定桿及襯套提供的扭轉(zhuǎn)剛度體現(xiàn)在車(chē)輪上就轉(zhuǎn)化為了線(xiàn)剛度，而整車(chē)的線(xiàn)剛度直接影響到車(chē)輛的乘坐舒適性，額外的扭轉(zhuǎn)剛度越大，乘坐舒適性也就越差。

由于穩(wěn)定桿襯套的徑向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度主要是通過(guò)襯套橡膠硬度和過(guò)盈量來(lái)保證的，而橡膠硬度和過(guò)盈量又同向影響兩個(gè)剛度值，所以襯套的扭轉(zhuǎn)剛度和徑向剛度一般具有線(xiàn)性關(guān)系。值得注意的是硫化一體式穩(wěn)定桿襯套與穩(wěn)定桿粘接在一起，能提供比其他類(lèi)型襯套更多的扭轉(zhuǎn)剛度。

在此需要明確，穩(wěn)定桿襯套的徑向剛度對(duì)整車(chē)操穩(wěn)性能的影響發(fā)生在整車(chē)反向輪跳的工況下，穩(wěn)定桿襯套的扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)乘坐舒適性能的影響發(fā)生在整車(chē)平行輪跳的工況下，見(jiàn)表1。[2]

3 異響發(fā)生機(jī)理

根據(jù)力學(xué)知識(shí)，引起摩擦振動(dòng)的因素是力，而不是摩擦系數(shù)，之所以發(fā)生在摩擦系數(shù)較大的區(qū)域，其實(shí)質(zhì)是在這些區(qū)域摩擦系數(shù)組成成分中的犁削分量和微凸體變形分量都比較大，引起摩擦力的變化，最終導(dǎo)致摩擦振動(dòng)和摩擦噪音。[3]

穩(wěn)定桿襯套幾乎所有的失效模式均是異響，不同類(lèi)型的穩(wěn)定桿襯套的設(shè)計(jì)及改善也是為了避開(kāi)上述機(jī)理而展開(kāi)。

4 穩(wěn)定桿襯套用橡膠一般技術(shù)要求

穩(wěn)定桿襯套是一個(gè)以橡膠為主要構(gòu)成的零件，因此襯套的橡膠的材料性能及其重要，至少應(yīng)該滿(mǎn)足下述要求：

橡膠硬度邵氏A硬度在55HA～75HA;橡膠拉伸強(qiáng)度大于17MPa，斷裂伸長(zhǎng)率大于400%;橡膠低溫脆性小于-40℃;經(jīng)過(guò)70℃168小時(shí)的老化實(shí)驗(yàn)之后，硬度變化在0～+7HA以?xún)?nèi)，拉斷強(qiáng)度變化小于-25%，拉斷伸長(zhǎng)率小于-25%;在臭氧濃度（100±5）X，溫度40±2℃，相對(duì)濕度小于65%，20%拉伸的情況下，經(jīng)歷72小時(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)龜裂。[4]

5 不同類(lèi)型穩(wěn)定桿襯套的特點(diǎn)及運(yùn)用場(chǎng)合

5.1 純膠型自潤(rùn)滑穩(wěn)定桿襯套

5.1.1 純膠型自潤(rùn)滑穩(wěn)定桿襯套概述

在橡膠進(jìn)行密煉時(shí)增加石蠟或微晶蠟等小料，在襯套硫化成型之后，這些潤(rùn)滑成分會(huì)均勻的分布在橡膠當(dāng)中;當(dāng)穩(wěn)定桿工作轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)襯套也會(huì)跟隨發(fā)生一定的變形蠕動(dòng)，促使橡膠內(nèi)部的潤(rùn)滑成分析出，以保證穩(wěn)定桿與襯套相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無(wú)異響;由于潤(rùn)滑劑析出量較少，且受溫度影響較大，一般運(yùn)用于穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)角度小于10°的車(chē)型上。

4.1.2 潤(rùn)滑劑成分對(duì)性能的影響

潤(rùn)滑劑含量的成分越多，在工作時(shí)就能析出更多的潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑降噪，理論上對(duì)襯套異響的控制能力會(huì)越強(qiáng);但是實(shí)驗(yàn)表明，潤(rùn)滑劑的成分越多，襯套的耐久性就越差，一般建議潤(rùn)滑劑成分不大于4%，見(jiàn)表2。

4.2 特氟龍型穩(wěn)定桿襯套

4.2.1 特氟龍型穩(wěn)定桿襯套概述

特氟龍型穩(wěn)定桿襯套主要是利用了聚四氟乙烯（特氟龍）的超低摩擦系數(shù)和耐磨的材料特性，在自潤(rùn)滑襯套的基礎(chǔ)上在襯套內(nèi)部硫化一層特氟龍布，特氟龍與穩(wěn)定桿摩擦難以達(dá)到異響發(fā)生的閾值，可以有效減低異響故障發(fā)生的概率。

4.2.2 特氟龍型穩(wěn)定桿襯套缺點(diǎn)

特氟龍型穩(wěn)定桿襯套存在對(duì)泥沙敏感的缺點(diǎn)，自潤(rùn)滑型襯套可以通過(guò)增加密封唇口或在內(nèi)部開(kāi)軸向凹槽來(lái)緩解泥沙的影響;而特氟龍?zhí)厥獾牧蚧に噷?dǎo)致無(wú)法做出這兩種結(jié)構(gòu)，所以特氟龍型襯套異響故障多發(fā)于雨水豐沛的夏季，而且在泥沙進(jìn)入襯套與穩(wěn)定桿之間后會(huì)加劇特氟龍的磨損，降低使用壽命，根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，實(shí)車(chē)使用1萬(wàn)公里左右異響問(wèn)題多發(fā)。

4.2.3 特氟龍型穩(wěn)定桿襯套工藝注意事項(xiàng)

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)特氟龍型穩(wěn)定桿襯套的生產(chǎn)工藝主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是特氟龍布不涂粘接劑的，此類(lèi)硫化之前需要對(duì)特氟龍布進(jìn)行清洗，以避免細(xì)碎纖維影響硫化效果;另一類(lèi)是需要涂粘接劑的，對(duì)于粘接劑的噴涂務(wù)必控制噴涂量，建議最好使用自動(dòng)化噴涂;若噴涂量過(guò)多，在車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間耐久穩(wěn)定桿襯套溫度上升后，過(guò)多的粘接劑會(huì)滲過(guò)特氟龍布到穩(wěn)定桿，此時(shí)會(huì)存在高溫異響故障。以下為某車(chē)型穩(wěn)定桿襯套在不同粘接劑噴涂量下的高溫耐久實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表3。

4.3 抱緊式穩(wěn)定桿襯套

4.3.1 抱緊式穩(wěn)定桿襯套概述

抱緊式穩(wěn)定桿襯套在襯套橡膠的內(nèi)部增加了金屬或者塑料的骨架，用于增加襯套的徑向剛度;裝配時(shí)通過(guò)大過(guò)盈量與穩(wěn)定桿進(jìn)行裝配，穩(wěn)定桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)襯套橡膠一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就避免了異響的發(fā)生;同樣由于與穩(wěn)定桿只是通過(guò)過(guò)盈量來(lái)維持貼合面相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，所有這種結(jié)構(gòu)的襯套基本只用在穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)角度小于15°的情況下。

4.3.2 抱緊式穩(wěn)定桿襯套裝配工藝

由于抱緊式的襯套與穩(wěn)定桿的過(guò)盈量較大，同時(shí)固定夾與襯套的過(guò)盈量也較大，常規(guī)的人工裝配很難將穩(wěn)定桿裝置裝配到副車(chē)架上;故主機(jī)廠(chǎng)或穩(wěn)定桿裝置供應(yīng)商需要使用一個(gè)壓裝工裝，預(yù)先將穩(wěn)定桿、襯套和固定夾壓裝在一起，需要注意的是壓裝時(shí)需要有定位工裝，對(duì)三個(gè)件的相對(duì)角度進(jìn)行控制。

4.4 硫化一體式穩(wěn)定桿襯套

4.4.1 硫化一體式穩(wěn)定桿襯套概述

硫化一體式襯套分為一次硫化成型和二次硫化成型工藝，考慮到成本和工藝復(fù)雜程度目前行業(yè)內(nèi)一般采用二次硫化工藝，該技術(shù)是預(yù)先在襯套與穩(wěn)定桿貼合面噴涂粘接劑，然后通過(guò)電感應(yīng)加熱穩(wěn)定桿，受熱后襯套橡膠與粘接劑發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行二次硫化，從而使襯套與穩(wěn)定桿牢牢的粘接在一起。這樣穩(wěn)定桿與襯套不存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，也就完全杜絕了異響發(fā)生的可能性，根據(jù)吉利某車(chē)型的實(shí)際運(yùn)用，此結(jié)構(gòu)的使用扭轉(zhuǎn)工況可以達(dá)到35°以上。

4.4.2 硫化穩(wěn)定桿襯套工藝及技術(shù)要求

為了保證襯套在工作時(shí)不被撕裂，襯套需要有足夠徑向剛度，故在襯套內(nèi)部一般也會(huì)增加塑料或金屬的骨架，使用電感應(yīng)加熱進(jìn)行二次硫化工藝的只能使用塑料骨架，否則襯套會(huì)被金屬骨架燒傷。金屬骨架的襯套一般運(yùn)用在一次硫化成型工藝，或者使用烘箱進(jìn)行加熱的二次硫化。

值得注意的是由于二次硫化的特殊工藝要求，襯套橡膠是不允許添加潤(rùn)滑劑成分的，這也就對(duì)硫化質(zhì)量提出了更高的要求，實(shí)際運(yùn)用表明，若襯套邊緣未硫化深度超過(guò)3mm，則在涉水時(shí)會(huì)發(fā)生咯吱異響。由于襯套與穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)為一體的，故不再需要穩(wěn)定桿上的環(huán)箍擋圈進(jìn)行軸向限位，但是襯套相對(duì)穩(wěn)定桿的軸向拔脫力需要大于5KN，襯套粘接面積需要大于90%。

6 總結(jié)

乘用車(chē)穩(wěn)定桿襯套作為整車(chē)零部件中的一個(gè)小件，但仍被定義為重要件;在整車(chē)開(kāi)發(fā)定義時(shí)需要合理考慮襯套的使用工況，合理選擇不同的襯套類(lèi)型，既要控制整車(chē)的成本也要保證對(duì)應(yīng)類(lèi)型襯套滿(mǎn)足使用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭艷玲，張鵬.橫向穩(wěn)定桿襯套的結(jié)構(gòu)與材料研究[J].科技信息，2013（14）：493-494.

[2]單紅艷，姚斌.乘用車(chē)橫向穩(wěn)定桿橡膠襯套的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（11）：95-97.

[3]吳德俊. 一種全新的反摩擦異響結(jié)構(gòu)研究[A]. 中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì).第19屆亞太汽車(chē)工程年會(huì)暨2017中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C].中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)：中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)，2017：6.

[4] QJLY J7110674B-2017， 穩(wěn)定桿襯套技術(shù)條件[S].