某车型副车架衬套压出力偏小原因浅析
2015-05-30武伟张宏君高杰
武伟 张宏君 高杰
摘 要：某款车型在试制阶段，进行副车架衬套压出力检测时，衬套出现压出力偏小问题。本文章主要对产生此问题的原因进行分析。根据副车架总成性能要求，通过试验验证最终确定问题真因主要为衬套外管强度不足、包胶过厚、压力机进给速度未明确，其在装配过程中出现外管压溃，导致衬套压出力偏小问题。
关键词：压出力偏小；外管强度；压溃；包胶厚度
衬套是悬架系统中的一个连接部件，一般用于各连接件间铰接处（如：前悬架上摆臂与副车架连接处的大、小衬套；后悬架与车身连接处的纵臂衬套），属于弹性元件。起到吸收冲击、减小震动，从而提高汽车的舒适性和操纵稳定性。衬套外壁与安装套管过盈配合连接，内管与销轴过盈配合或螺栓紧固连接，起弹性支撑、连接的作用；衬套有助于悬架系统隔离高频固有频率，降低路面不平引起的车内噪声；衬套在不改变低频段隔振特性的前提下，大大改善系统在高频段的隔振效果。衬套实现上述功能除本身的可靠性外，其与相关零部件配合位置连接的可靠性同样至关重要，连接失效后不但会行车异响，轮胎磨损，操稳变差，甚至造成事故。
长城公司某款车型试制阶段检测副车架衬套压出力时，压出力要求为10kN，实测值为3.2kN、3.4kN 、5.3kN、6.7kN，10.4kN等，多数产品检测不合格。衬套结构及检测工装示意图如下。
1 故障分析
1.1 压力机进给速度分析
在检测此车型副车架衬套压出力时发现，若衬套外径尺寸与副车架套管内径尺寸保持不变，压力机以不同进给速度压出衬套，得到的衬套最大压出力有明显差异。对于外管有包胶的衬套，压力机进给速度在一定范围内越大，衬套压出力也越大。根据以往车型开发经验，把压力机进给速度设定为5mm/s所检测的压出力比较符合实际产品使用性能要求。
1.2衬套与套管配合过盈量分析
在衬套压脱力偏小的情况下，通常是衬套与套管的配合过盈量偏小造成的。故在衬套外径为 59mm保持不变时，把套管内径尺寸分别调整为 59mm、 59mm、 59mm，其对应的压出力见表1（单位：kN）：
[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][ 序号
内径
59
59
59][1
5.6
6.712
7.723][2
4.6
5.938
3.245][3
5.3
6.819
5.951][4
5.5
5.082
7.147][5
4.3
7.07
6.577][6
6.2
9.093
4.249][7
4.7
3.032
7.279][8
4.3
7.372
6.147]
从上表可得，三种产品所测压出力均不合格（要求≥10kN），且没有明显差异。剖开 59、 59产品压出后的衬套发现，衬套外管都均被压溃（外管直径变小）。故不能仅从增加衬套与套管的过盈量来考虑，还需要增强衬套外管强度。
1.3衬套包胶厚度分析
此车型衬套结构较特殊，外管有一层较薄的橡胶。一般情况下，包胶越厚，衬套压出力越小。此车型衬套包胶厚度约为1.0mm，类似衬套产品的包胶厚度约为0.5mm。故可通过调整衬套包胶厚度来调整衬套压出力。
2 整改方案制定
由于衬套结构较特殊，需要综合考虑来制定整改方案。具体如下：
①压力机进给速度设定为5mm/s；
②衬套外径 59mm不变，调整套管内径尺寸为 59mm；
③参考类似车型衬套，把此车型衬套外管抗拉强度由270MPa增大至370MPa（硬度HV115）；
④衬套包胶厚度由1.0mm调整为0.5mm。
3 方案验证
按上述方案制作衬套与套管，经两者实车装配且放置24h后，进行衬套压出力的检测，结果均合格，且衬套外管无压溃现象（具体见表2）。
[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][序号
套管内径mm
衬套外径mm
过盈量mm
压入力kN
压出力kN][1
58.92
59.29
0.37
28
19.5][2
58.86
59.2
0.34
28
19][3
58.91
59.28
0.37
30
18][4
58.92
59.26
0.34
28
19][5
58.86
59.16
0.3
30
19][6
58.86
59.11
0.25
23
17][7
58.84
59.11
0.27
25
18][8
58.87
59.15
0.28
25.5
18.5][9
58.91
59.27
0.36
28
22][10
58.85
59.21
0.36
26
21.8][11
58.9
59.28
0.38
35
22][12
58.87
59.28
0.41
32
20]
備注：表中套管内径设计要求为 59mm，衬套外径设计要求为 59mm，衬套压出力设计要求≥10kN。
4 总结
4.1衬套连接位置的可靠性直接影响行车辆的行驶及安全，产品设计初期要根据整车的设计载荷要求进行悬架及衬套的CAE受力仿真分析，针对薄弱及风险位置提前做出改进，对关键位置要有特殊要求，后期样件制作时重点关注，及时跟踪生产过程中的生产信息和试验验证的信息，以便及时的优化调整，满足整车的性能和质量要求。
4.2 问题分析应现地现物，围绕故障件进行展开，并适当借鉴其他类似产品的开发经验，集思广益。
4.3从机理出发，分析关键特性，重点对关键特性进行控制。
参考文献：
[1]机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.
[3]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1992.
作者简介：武伟，男，身份证号341203198502061512，长城汽车股份有限公司底盘研究院。
