某車型后減振器上支座失效分析優(yōu)化

席思文

摘 要：針對(duì)某車型整車道路試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的后減振器上支座失效問(wèn)題，通過(guò)查看分析故障件的失效狀態(tài)，結(jié)合應(yīng)用Abaqus軟件進(jìn)行CAE仿真分析，確定了其失效的主要原因是由于在整車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，上支座襯套的橡膠凸臺(tái)的應(yīng)力太大。對(duì)此提出了改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和整車道路試驗(yàn)的驗(yàn)證，結(jié)果表明，改進(jìn)后的后減振器上支座解決了耐久失效問(wèn)題，同時(shí)經(jīng)整車NVH和操穩(wěn)性能評(píng)價(jià)后確認(rèn)改進(jìn)方案未對(duì)整車性能產(chǎn)生不利影響。

關(guān)鍵詞：減振器;上支座;失效;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）06-81-03

Abstract： Aiming at the failure of the top mount of the rear shock absorber in the road test of a vehicle， by checking and analyzing the failure status of the failure parts， and combining with the CAE simulation analysis with ABAQUS software， it is determined that the main reason for the failure is that the stress of the rubber boss of the top mount bushing is too large in the process of vehicle movement. The results show that the improved top mount of the rear shock absorber solves the problem of durability failure. At the same time， it is confirmed that the improved design has no adverse effect on the performance of the whole vehicle after NVH and stability performance evaluation.

Keywords： Shock absorber; Top mount; Failure; Optimization

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-81-03

引言

汽車減振器是一種對(duì)整車起到支撐減震作用的部件，其下端安裝在車橋上，上端通過(guò)上支座與車身連接?，F(xiàn)有的上支座一般包括上蓋板、外骨架和減震橡膠件。減震橡膠件一般位于上蓋板和外骨架之間[1]。

為滿足汽車減振降噪的需求，通過(guò)調(diào)整上支座內(nèi)部橡膠件的結(jié)構(gòu)形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]，但零件的耐久性能必須滿足。整車項(xiàng)目研發(fā)階段，整車道路試驗(yàn)是傳統(tǒng)的有效評(píng)估零件耐久可靠性的方式。以某車型在整車道路試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)后減振器上支座失效問(wèn)題為研究對(duì)象，通過(guò)原因分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善件驗(yàn)證等最終解決了該問(wèn)題。

1 問(wèn)題描述

某車型后減振器上支座在完成整車道路耐久試驗(yàn)后，將后減振器拆解進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，后上支座襯套橡膠開裂，將襯套拆解后剖切開的照片見圖1，圖中黑色的部分是橡膠。從圖中可以看出，下端的橡膠凸臺(tái)已經(jīng)嚴(yán)重開裂破損，橡膠與內(nèi)芯出現(xiàn)部分分離。

2 原因分析

后減振器上支座結(jié)構(gòu)截圖見圖2，上支座包括襯套、外骨架和上擋板，襯套包括橡膠、內(nèi)芯和外管，通過(guò)硫化工藝成為一個(gè)整體。襯套通過(guò)過(guò)盈配合壓裝到外骨架孔內(nèi)，襯套壓裝到位后，再通過(guò)旋鉚工藝將上擋板壓住襯套的外管，防止襯套軸向運(yùn)動(dòng)。

2.1 橡膠密度檢測(cè)

為了確定樣件所用膠料是否正確，對(duì)失效件的橡膠進(jìn)行密度測(cè)量，測(cè)試結(jié)果見表1，結(jié)果表明密度符合設(shè)計(jì)要求，膠料使用正確，排除膠料使用錯(cuò)誤導(dǎo)致的失效。

2.2 橡膠性能檢測(cè)

為了確定樣件的橡膠性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)與失效可能相關(guān)的關(guān)鍵橡膠性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明橡膠性能都滿足設(shè)計(jì)要求，排除橡膠性能不合格導(dǎo)致的失效。

2.3 橡膠粘接強(qiáng)度試驗(yàn)

為了確定樣件的粘接強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)襯套硫化以后產(chǎn)品的粘接面積和壓出力進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示，結(jié)果表明樣件的粘接面積和壓出力都滿足設(shè)計(jì)要求，排除是橡膠粘接強(qiáng)度不足導(dǎo)致的失效。

在整車道路試驗(yàn)過(guò)程中，上支座的襯套內(nèi)芯與減振器活塞桿連接在一起，減振器的阻尼力通過(guò)活塞桿傳遞到襯套內(nèi)芯。當(dāng)載荷方向向下時(shí)，襯套內(nèi)芯帶動(dòng)橡膠產(chǎn)生變形，整車試驗(yàn)過(guò)程中，襯套橡膠不停的承受交變載荷。

失效件的襯套下端橡膠凸臺(tái)開裂破損嚴(yán)重，說(shuō)明目前設(shè)計(jì)方案橡膠凸臺(tái)處的應(yīng)變力太大，疲勞損傷大，因此在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)開裂破損。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 剛度分析

針對(duì)上述出現(xiàn)的耐久試驗(yàn)失效問(wèn)題，進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，由于上支座是底盤懸架系統(tǒng)的重要性能件，影響整車的NVH和操穩(wěn)平順性能，上支座的關(guān)鍵性能是它的剛度，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)方案先進(jìn)行CAE靜剛度仿真計(jì)算[3]。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的軸向剛度CAE仿真計(jì)算結(jié)果見圖3，剛度設(shè)計(jì)目標(biāo)值是463N/ mm，仿真計(jì)算結(jié)果是466.75N/mm，仿真結(jié)果與目標(biāo)值很接近。剛度的計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)方案的提前預(yù)測(cè)，最終實(shí)際的樣件剛度需要根據(jù)制作的實(shí)物樣件進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)。

3.2 橡膠應(yīng)力CAE分析

為了避免橡膠凸臺(tái)由于應(yīng)變大而再次出現(xiàn)試驗(yàn)失效的問(wèn)題，應(yīng)用Abaqus軟件對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案先進(jìn)行應(yīng)力CAE分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和原設(shè)計(jì)方案的分析結(jié)果見表4。表中的加載條件8kN是根據(jù)整車載荷譜轉(zhuǎn)化后的最大載荷。根據(jù)表中數(shù)據(jù)說(shuō)明，優(yōu)化方案的應(yīng)力和應(yīng)變比原設(shè)計(jì)方案都要小，理論上的疲勞性能會(huì)更好。

優(yōu)化方案的應(yīng)力分析結(jié)果見圖4。

基于以上優(yōu)化方案的分析結(jié)果，最終該方案進(jìn)行上支座實(shí)物樣件制作，優(yōu)化方案的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)截圖見圖5。優(yōu)化方案在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)襯套橡膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)更改，橡膠下部的凸臺(tái)由3個(gè)改為6個(gè)，增加凸臺(tái)數(shù)量，是為了分散凸臺(tái)上所受的應(yīng)力，增加疲勞壽命。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 上支座剛度測(cè)試

根據(jù)選用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物樣件制作后，先進(jìn)行剛度測(cè)試，與CAE分析結(jié)果做對(duì)比[4]，軸向剛度設(shè)計(jì)要求是463N/mm±15%，三個(gè)樣件的測(cè)試結(jié)果分別為488.01N/mm、514.83N/mm和503.48N/mm，與CAE分析結(jié)果有些差異，但結(jié)果都滿足設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化方案經(jīng)整車NVH和動(dòng)態(tài)性能實(shí)車評(píng)價(jià)后認(rèn)可了該方案[5]，NVH的測(cè)試結(jié)果見圖6，減振器活塞桿上三個(gè)方向（X/Y/Z）的加速度在更改前后變化不大。

4.2 耐久可靠性試驗(yàn)

在耐久試驗(yàn)過(guò)程中，按照判斷準(zhǔn)則對(duì)上支座進(jìn)行檢驗(yàn)。若未出現(xiàn)失效，即認(rèn)為上支座符合質(zhì)量要求，試件合格[6]。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案用進(jìn)行臺(tái)架耐久試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)條件為通過(guò)采集的整車路譜轉(zhuǎn)化后多級(jí)譜。試驗(yàn)完成后，上支座襯套的橡膠無(wú)開裂破損。橡膠件的失效判定標(biāo)準(zhǔn)，除了外觀，還有一個(gè)是剛度損失，計(jì)算公式如下：

由于橡膠是一種彈性體，耐久后允許出現(xiàn)一定的剛度損失。軸向剛度損失率10.92%，剛度損失滿足設(shè)計(jì)要求。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的樣件完成整車道路試驗(yàn)后，檢查上支座襯套橡膠無(wú)破損開裂問(wèn)題。

以上試驗(yàn)結(jié)果充分說(shuō)明，優(yōu)化后的上支座解決了耐久失效的問(wèn)題，也未對(duì)整車NVH和動(dòng)態(tài)屬性產(chǎn)生不利影響，效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)后減振器上支座失效原因的分析和設(shè)計(jì)改進(jìn)方案的驗(yàn)證，為汽車減振器上支座設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了參考解決方案，研究結(jié)果表明：

（1）減振器上支座內(nèi)部橡膠襯套，可以通過(guò)增加橡膠凸臺(tái)數(shù)量來(lái)提升耐久性能。

（2）減振器上支座是一個(gè)性能件，改進(jìn)方案需要整車相關(guān)屬性部門評(píng)價(jià)后給出結(jié)果，以支持評(píng)估最終方案是否會(huì)對(duì)整車性能產(chǎn)生不利影響。

（3）上支座襯套的設(shè)計(jì)改進(jìn)，可以通過(guò)CAE應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以支持評(píng)估改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案耐久性能是否有提升。

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