真空助力器后壳体密封圈硬度对使用寿命影响的研究

摘 要：真空助力器作为汽车制动系统的重要组成部分，产品中使用的各类密封圈直接决定产品密封性好坏，其中尤其是相对运动部位的密封圈，其硬度对产品使用寿命具有重要影响。本文通过实验研究，以真空助力器后壳体密封圈硬度作为研究对象，探讨其对真空助力器使用寿命的影响。实验结果表明，密封圈硬度的变化会对真空助力器的密封效果、安全性和使用寿命产生显著影响。

关键词：真空助力器 密封圈硬度 使用寿命 密封效果 安全性能

0 前言

随着社会的不断进步和消费者对产品品质的追求，广大消费者对汽车质量的要求也越来越高。汽车作为人们日常生活中不可或缺的交通工具，其行车安全、舒适性和使用寿命等性能受到了消费者的高度关注，各大车企对各类零部件，尤其是涉及行车安全的零部件的耐久性有着更高的要求，真空助力器是一种广泛应用于汽车制动系统的装置，其主要功能是从发动机进气歧管或电子真空泵中获得真空，然后利用真空与空气的压力差来放大踏板输入力，让驾驶员在制动时可以用更小的踏板力使车辆停车。因为真空助力器是靠真空度来实现助力的功能，所以真空助力器的密封性对行车安全至关重要。而后壳体密封圈作为真空助力器中的重要组成部分，具有密封和缓冲的作用，但因为产品工作时阀体会和其产生相对运动，因此后壳体密封圈的耐久能力对产品的耐久性至关重要，本文主要通过试验研究，以验证密封圈硬度对真空助力器使用寿命的影响。

1 真空助力器及后壳体密封圈的介绍

1.1 真空助力器

真空助力器（图1）是一种利用空气压力差来实现增大踏板输入力的装置，真空助力器内部由膜片将其分隔为前、后两个腔体，非工作状态时，两个腔体为联通状态，此时真空源将前后腔抽至负压状态，工作时，前后腔之间的阀门关闭，此时前腔仍为负压，后腔开始进入空气，当前后腔产生压力差后，助力器开始为主缸提供助力，从而达到放大踏板力的作用，因为真空助力器的助力作用，可以让驾驶员使用较小的踏板力也能达到较高的液压输出，提升行车安全。

1.2 后壳体密封圈

后壳体密封圈区别于常见的O型圈、矩形圈，这是一种异形的橡胶密封圈，其安装在真空助力器后壳体颈部位置，密封圈外侧和后壳体过盈配合密封，内侧和阀体过盈配合密封，但是因为真空助力器在工作时，阀体会随着推杆往复运动，并和后壳体密封圈产生摩擦，加上密封圈和阀体本身就处于过盈配合状态，所以密封圈的耐磨性将会直接影响产品的使用寿命。

1.3 后壳体密封圈失效的后果

因为真空助力器的工作特性，每制动一次，阀体会和后壳体密封圈（图2）产生往返2次相对运动，而后壳体密封圈作为真空助力器的关键密封件，若在使用过程中过早的出现了破损、断裂、凹陷等失效，将会使真空助力器的密封性下降，严重时甚至使真空助力器完全失效而失去助力，这将给行车安全造成极大的隐患，所以密封圈的耐磨性至关重要。

2 试验设计

为了验证密封圈硬度对其耐磨性的影响，现设计专项试验用于验证，通过试验装置模拟真空助力器的工作环境，观察密封圈在不同工作条件下的变化情况，并记录试验过程中，密封圈的变形情况、密封效果以及使用寿命。

2.1 配合件的选择

后壳体密封圈的配合件为后壳体和阀体，为了保证客观条件的一致性，经过尺寸检查、粗糙度检查挑选，选取3组后壳体颈部内径尺寸差异在±0.02以内，阀体外径差异在±0.02以内，粗糙度差异在±0.01以内的对手件用于试验验证。

2.2 密封圈的选择

试验对象经过尺寸检查，选取同材质，且内外径差异在±0.02以内，硬度分别为绍尔A：60度（1#）、70度（2#）、80度（3#）的三种后壳体密封圈。

2.3 润滑及装配

选用同一牌号的润滑脂，润滑脂使用量均为1g，使用相同的油脂涂抹设备及总成产品的装配线，确保试验对象的一致性可控。

2.4 试验方法

首先将准备好的3组产品进行密封性检测并记录泄漏量，密封性检测后将3组产品装配在耐久试验台上并调整负载，使推进的行程、压力保持一致，考虑到实车的制动过程中，推杆推进时有一定的摆角，通常行业内允许的最大摆角为±3.5°，本试验用于验证密封圈的耐久，因此按最严苛的试验方式进行，按推杆摆角3.5°进行试验并记录试验过程。

3 试验记录

观察三组试验样品，试验过程记录如下：

3.1 常温耐久

①5万次耐久后，三组试验样品外观无区别；

②10万次耐久后，3#样品阀体上出现了轻微橡胶磨损痕迹，1#、2#无异常；

③15万次耐久后，3#样品阀体上出现了较明显橡胶磨损痕迹，1#样品阀体上出现了轻微橡胶磨损痕迹，2#无异常。

3.2 高温耐久

①3万次耐久后，1#样品阀体上出现了轻微橡胶磨损痕迹，2#、3#样品无异常；

②6万次耐久后，1#样品阀体上出现了严重橡胶磨损痕迹，且密封圈有内陷倾向，有轻微真空泄露，2#、3# 阀体上出现了轻微橡胶磨损痕迹；

③10万次耐久后，1#样品密封圈出现内陷，真空无法保持；3#阀体上出现了较明显的橡胶磨损痕迹，有轻微真空泄露，2#样品阀体上有轻微磨损痕迹，但未发生真空泄露。

3.3 低温耐久

①2万次耐久后，3#样品阀体上出现了轻微橡胶磨损痕迹，并出现轻微真空泄露，1#、2#样品无异常；

②4万次耐久后，3#样品阀体上出现了明显橡胶磨损痕迹，并出现较明显的真空泄露，1#、2#阀体出现了轻微橡胶磨损痕迹；

③6万次耐久后，3#样品阀体上出现了严重橡胶磨损痕迹，真空无法保持，1#、2#阀体出现了较明显的橡胶磨损痕迹。

从上述试验记录显示，密封圈的硬度对使用寿命具有显著影响，密封圈硬度过高时，阀体运动时密封圈不易变形，跟随性较差，尤其是在低温状态，密封圈硬度会变得更高，此时密封圈收缩，还可能出现密封圈与壳体或阀体之间的间隙过大，从而影响密封效果；而密封圈硬度过低则会增加其与阀体的摩擦，导致密封圈在使用过程中出现早期磨损，在高温状态下磨损更严重。因此，适当的密封圈硬度可以提高其耐磨性，从而保证真空助力器的使用寿命。

4 分析讨论

通过对试验结果的分析，我们发现密封圈的硬度与使用寿命之间存在一定的相关性。合适的密封圈硬度可以减少摩擦损耗，延长密封圈的使用寿命。此外，适当的硬度还可以保持密封圈与壳体之间的紧密连接，提高真空助力器的密封效果和安全性能。

5 结论

本文通过对真空助力器后壳体密封圈硬度对使用寿命的影响的研究，发现密封圈的硬度对真空助力器的使用寿命具有显著影响。合适的密封圈硬度可以提高真空助力器的密封效果和安全性能，延长其使用寿命。因此，在设计和制造真空助力器后壳密封圈时，应选择合适硬度的密封圈以保证其良好的性能和可靠性。

参考文献：

[1]QC/T 307-2016-汽车用真空助力器性能要求及台架试验方法[S].中华人民共和国工业和信息化部，2016.