轿车缓冲块失效模式研究以及改进方法

龙道江，梁媛媛



轿车缓冲块失效模式研究以及改进方法

龙道江，梁媛媛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章对几种常见的聚氨酯类缓冲块失效模式进行了分析研究，利用科学手段进行原因查找，并从设计和制造等方面提出了改进方法。最终利用试验验证的完成缓冲块设计。

缓冲块；聚氨酯；失效；改进

前言

为了防止悬架被“击穿”所造成的撞击，在车轮上跳到一定行程时，与主弹性元件（如螺旋弹簧）并联一个非线性程度很强的弹性元件，这就是缓冲块。用它来限制悬架行程，以吸收从车轮传到车身上的冲击载荷。

现代轿车的缓冲块大多数都采用多孔聚胺脂材料制成，橡胶材料逐渐被其代替。聚胺脂材料制成的多孔型缓冲块具有以下橡胶所不能代替的优点：

质量小，大约是同样大小橡胶缓冲块的1/2；

变形大，有很好的非线性特性。

现代轿车不断追求舒适性的同时，缓冲块采用聚氨酯材料的产品也越来越多。汽车某些结构上已经开始逐步取代传统的橡胶缓冲块。同时市场上聚氨酯缓冲块失效的案例也越来越多。

从缓冲块试制以及生产中遇到的情况看，匹配不良，零部件缺陷、加工工艺不完善、设计不合理等都会造成缓冲失效。缓冲块失效的主要形式有：

（1）缓冲块糜烂；

（2）缓冲块开裂；

（3）缓冲块唇口磨损。

图1 几种常见失效模式

按以上几种缓冲块主要失效模式，重点从设计以及制造上进行分析、改进。

1 缓冲块失效原因分析

1）缓冲块失效因果矩阵分析，即对输入可控因素与输出的失效模式的相互关联性进行评估打分，评分高者，相关性越高。

按表1结果，对于重要度≥90的可控因子进行潜在失效模式分析。

表1 缓冲块失效因果矩阵分析

2）潜在失效模式以及后果分析

表2 潜在失效模式

按表2结果，经过潜在失效模式及后果分析后得出：缓冲块开裂和糜烂是缓冲块失效的两项重要失效模式。失效主要原因分别为缓冲块设计不合理以及缓冲块配方选用不当。

2 结构优化以及配方工艺调整

1）缓冲块压缩过程变形不佳

变形不佳为缓冲块设计问题，通常由于缓冲块内侧以及外侧结构不合理导致缓冲块在台架或路试过程中，压缩扭曲、运动寿命降低。最终出现开裂，磨损等失效模式。

此类问题在设计初期可通过有限元分析、试制、试验等手段进行优化确认。

图示为缓冲块设计优化前后对比：

图2

2）缓冲块腐蚀糜烂

路试过程中尤其是立柱式减振器路试过程中会出现缓冲块糜烂。经分析，由于立柱式减振器由于防尘罩作用形成封闭的空间。在此空间内，缓冲块表面会滋生微生物。由于微生物的侵蚀会造成缓冲块提前糜烂。

选用合适的缓冲块配方材料，全闭孔式的聚氨酯材料可以大大提高缓冲块耐腐蚀性能。

3）异响优化

在路试的时候，缓冲块可能会产生噪音。根据装配结构的不同，缓冲块可以增加排气槽和皮纹，帮助噪音的改善。此方案为通过端头部增加或减少材料，使缓冲块变形过程产生的堆积优化。

图3

但主要多数噪音的来源，还是需要根据周边件的状态和结构具体分析。也会有加了排气槽，噪音更大的情况。

图4

4）耐磨损性能

由于聚氨酯缓冲块是发泡的产品，所以为了满足不同的要求，产品的密度会不同。根据材料的特性，一般密度越高，产品的耐磨性能会更好一些。

3 试验验证

产品结构设计完毕后，需要通过台架试验验证。目前通用的台架试验方法如下：

1）通过图示方式进行装夹；

2）试验前进行静态刚度测试试验；

3）沿图示P方向施载荷（力值根据设计要求定义），频率2HZ，风冷；

图5 试验装配图

4）耐久试验后放置24小时，测量试验后自由高度及特性曲线。

耐久特性：3×105次后高度损失不大于7%，吸收能量损失不大于30%，样件有无结构失效。

[1] [德]耶尔森.莱姆佩尔.汽车底盘基础.张洪欣等（译）.北京:科学普及出版社,1992.

[2] 刘维信.汽车设计.北京:清华大学出版社,2001.

Failure mode rasearch and improved method of car bumper

Long Daojiang, LiangYuanyuan

( Jianghuai Automobile group limited company, Anhui Hefei 230009 )

This paper analyze and study failure mode of several common polyurethanes bumper, find reasons using scientific means, a modified method is suggested from design and manufacture aspects,finally complete design of buffer using test verification.

bumper; polyurethanes; failure mode

B

1671-7988(2018)20-83-02

U467

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1671-7988(2018)20-83-02

U467

龙道江，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.029