浅析汽车密封条摩擦异响机理

安丽凤　邹勇　张航

摘 要：通过力学及能量守恒两方面分析，并结合密封条工作环境，对密封条异响机理进行研究，为密封条异响改善方向提供理论依据。

关键词：密封条；异响；机理

1 异响问题

汽车密封条广泛用于车门、车身、发动机舱和行李箱等部位，具有防水、密封、隔音降噪等重要作用，因为汽车开闭件在行车过程中有相对运动趋势，所以开闭件密封条成为密封条异响问题中的重灾区，常见的开闭件密封条包括门框密封条，车门密封条和行李箱密封条等。

2 异响原因

以异常问题最为突出的门框密封条为例，如下图所示。

装配示意图

门框密封条安装在侧围钣金止口上，车门关闭后，车身上框压迫密封条泡管面形成密封。在行车过程中，密封条泡管面与车身上框发生相对移动，而门框条“U”型卡槽牢固固定在车身侧围上，保持相对静止。由此得出，密封条异响主要是车身钣金和密封条之间的摩擦异响。

3 摩擦异响机理

摩擦性能是橡胶诸性能中的一个非常重要的指标。用能量转换的方式进行分析：

摩擦力做功：W=F（滑动摩擦力）*S（相对滑行路程）

而摩擦力F=μ（动摩擦系数）*N（正压力）

所以，摩擦力做功W=μ*N* S （1）

目前开闭件密封条常用EPDM橡胶材料，橡胶为高弹性材料，在摩擦力作用下，并没有一个极限的屈服强度，因而形变会影响到整个材料。材料表面的摩擦力除使橡胶表面发生形变外，也使材料内部发生形变，这是橡胶材料独有的特点。因此，橡胶材料摩擦时，不只是抵抗表面的摩擦阻力会消耗能量，材料内部的黏弹性也会造成能量损耗。

摩擦做功产生的能量，一部分被橡胶材料内部能量损耗，一部分转换成热能，还有一部分转换成声能。当能量累积到一定程度，热能的转换速度无法满足能量转换的时候，出现能量的瞬间释放，从而形成噪音。

即：总能量=E（内耗）+E（热能）+E（声能）（2）

大胆假设，我们希望声能小，是否可以降低摩擦力做功呢？如果可以，产生能量释放的概率和量级都可以降低，自然可以达到降噪的效果。根据（1），假设μ是个定值（实际上对于车身工况而言，μ是个变量）。当增加N时，S自然会降低，而二者的乘积不能完全判断是否降低。但在极端情况下，即正压力很大，导致s几乎为0，此时异响消除。我们在钣金面上覆盖高摩擦试纸进行模拟，已验证符合。

从密封条装配环境分析，当车辆行驶时，车身产生震动，与车身接触的密封条与车身钣金产生相对位移，二者之间产生摩擦。

初始阶段，我们听到的声音小，随着时间的推移，相互摩擦的物体表面相互碰撞，由于分子间的碰撞极为频繁，而方向又是随机的，在运动中，运动分子有可能将动能迁移到物体内部，使物体内部分子产生相互碰撞，从而使内部分子运动加剧，导致整个物体变热。物体变热后，客观上引起摩擦系数的提升，而摩擦系数的提升，从而导致总能量明显提升，从而提高了高频噪音的出现的几率。

另外，滑动速度对摩擦系数和高频噪声的产生和演变有重要的影响，随滑动速度增加，不仅使音量增加，并且会导致摩擦系数变化加剧，从而形成高频噪音的几率增大。摩擦系数对滑动速度的变化呈现一定的阀值性，且大的摩擦系数更易产生高频噪声。[1]而当相对速率大于一定的值时，摩擦系数和磨耗都迅速下降，S增大速度比不上摩擦系数μ的降低速度，这就可以解释为什么在相对平缓的路段，我们听不到异响。

以上从摩擦力做功、摩擦系数与噪音、滑动速度与音量的分析，降低摩擦系数和降低滑动速度可以有效控制异响源噪声产生的几率及音量。根据（2）可以得出，如果需要降低声能，那么可以提高橡胶本身的内耗能或者提高热能，但是摩擦热量的提高，导致摩擦系数μ的提高，出现高频噪声的几率增加，所以，降低噪声最好从增加材料的内耗能入手。

从声音传播过程分析，根据声音在传播过程中的损耗公式：

E = Er + Ea + Et（3）

E—单位时间内入射击到物体上的总声能

Er—物体反射的声能

Ea—物体吸收的声能

Et—透过物体的声能

我们希望到达人耳的声音小，要求Et要小，即物体反射和吸收的声能要大，對汽车密封条来说，可以选择吸声系数比较大的橡胶材料或者采用措施增大橡胶的吸声系数。

4 结语

降低异响，一方面降低异响源，一方面增加声波传播损耗。降低异响源，主要从降低摩擦系数和降低滑动速度两方面考虑；增加声波传播损耗可以从橡胶本身入手，选择内耗大的橡胶材料和配合剂，或者采用覆盖材料改变声波的传播渠道以提高能量损耗。

参考文献：

[1]麦云飞，董冰洋，王书文.滑动速度与高频摩擦噪声关系的试验研究[J].润滑与密封，2016（4）：53.56.

作者简介：安丽凤（1984.），女，本科，高级产品工程师，研究方向为整车橡塑密封件设计；邹勇（1985.），男，本科，NVH工程师，研究方向为整车异响研究；张航（1970.），男，本科，产品部经理，研究方向为整车橡塑密封件设计。