后悬架缓冲块开裂问题的排查思路及关键影响因素论证

摘 要：本文介绍了某车型整车耐久试验过程中，后悬架缓冲块出现开裂失效后的问题排查思路及开裂根本原因分析过程。通过有限元分析法和MTS台架模拟试验分别论证了偏压对缓冲块寿命的影响。不仅为设计工程师提供排查和解决问题的思路和方法，同时论述了后悬架缓冲块开裂发生的根本原因指导产品设计前期进行规避，提高产品可靠性。

关键词：后悬架缓冲块 聚氨酯 偏压

0 引言

缓冲块作为机械、汽车等领域的重要部件，其性能对整体产品的质量和性能有着重要影响。然而，缓冲块开裂问题是常见的设计难点之一，对产品的稳定性和安全性产生不利影响[1]。本文将对缓冲块开裂问题进行详细的分析，并提出有效的解决方案。

在主机厂的某一些后悬架设计中，为了有效地减少车辆在行驶过程中的颠簸感，同时提高驾驶的平稳性，后悬架缓冲块，又称后悬架减震胶块或后减震缓冲块应运而生。它的主要功能是吸收和缓解车辆行驶过程中产生的冲击和震动，从而提高乘客的乘坐体验，提升安全性。后悬架缓冲块通常由橡胶或其他例如聚氨酯的弹性材料制成[2]。

后悬架缓冲块在运动过程中的对手件（对应部件）是后悬架的其他组成部分，如后悬架的支架、轴承、减震器、后桥等。这些部件与缓冲块协同工作，共同承受和吸收车辆行驶过程中产生的震动和冲击，确保车辆的稳定性和安全性。

后悬架缓冲块损坏会对汽车造成以下影响：

①行驶异响：在行驶过程中会产生异响，影响乘客的乘坐体验。

②操控性能下降：缓冲块损坏往往会伴随操控性下降，尤其是在高速行驶或转向时，车辆的稳定性和安全性都会受到影响[3]。

1 聚氨酯缓冲块失效的排查思路

聚氨酯是一种重要的高分子材料，其应力应变曲线是评估其力学性能的重要指标。在拉伸试验中，聚氨酯材料开始时呈现线性弹性阶段，随着应力的增加，材料会开始进入非线性阶段。在这个阶段，材料的应变增加速率会变缓，直到达到最大应力点。在超过最大应力点后，材料开始出现塑性变形，应力逐渐降低，同时材料的应变继续增加，最终导致材料断裂[1]。

当在耐久试验中发现缓冲块失效后，可以从人机料法环几个维度对开裂根本原因进行分析。

1.1 人为因素

试验人员是否按照试验规范开展验证，是否按照要求载荷配载[1]。如某一些颠簸路面车速过高，配载超重等。

1.2 机

排查整车姿态是否合格。

1.3 料

①缓冲块本身：观察缓冲块开裂的程度和位置。从材料选择/结构设计/负载和应力分析三个方面排查。

A.材料选择：排查所使用的材料是否合适。考虑材料的强度、耐磨性、抗疲劳性等方面，了解材料的性能特性，并进行必要的材料测试，以确定是否材料选择不当导致开裂。

B.结构设计：检查缓冲块的结构设计是否合理。包括形状、尺寸、壁厚等方面。分析是否存在应力集中、过度变形等问题，导致缓冲块在受到外力时容易开裂。

C.负载与应力分析：对缓冲块进行负载和应力的详细分析。通过仿真软件或实际测试，分析缓冲块在不同工况下的应力分布和大小，确定是否存在应力集中区域或超出材料承受能力的区域。

②排查后悬架缓冲块周边件：弹簧刚度和设计载荷；减震器内部限位块刚度曲线、尺寸是否合格，减震器阻尼力是否畸形；后桥与缓冲块接触面托盘位置及尺寸是否在公差范围内，后桥衬套刚度是否合格；对车身安装点进行三坐标检查，是否满足设计及装配要求。

1.4 法

排查产品是否符合设计状态：缓冲块刚度曲线及间隙匹配是否合理。

1.5 环

试验环境是否超出整车试验要求。

2 偏压对缓冲块开裂的影响分析

通过人机料法环多维度分析，锁定问题关键点为后悬架缓冲块和后桥接触面在运动过程中存在偏压的状态。

2.1 仿真分析

设定缓冲块处在偏压和正压两种状态下，分别在10mm/2KN/8KN压缩状态下进行有限元分析（FEA），对比结果如图３-图８。

通过有限元（FEA）分析发现：在正压力状态：缓冲块在8KN压缩下最大应变1.418，且应变分分布均匀；在偏压状态（故障状态）：缓冲块在8KN压缩下最大应变1.633（相比正常状态，加了15%），且局部形成集中应力。

2.2 MTS台架模拟分析

MTS台架（图9）可在短时间内实现高速、高性能循环加载来测试缓冲块的阻尼特性，可以承受较高的惯性载荷。（表1、图10、图11）

MTS台架模拟试验总结：

聚氨酯缓冲块无偏压台架耐久损坏次数至少为带偏压耐久损坏次数的7倍以上。

3 结论

通过FEA仿真分析和MTS台架模拟试验可明确以下结论：

（1）产品切割破坏主要是由于产品受到了较大的偏压应力，导致产品受应力挤压开裂。

（2）缓冲块唇口较薄的壁厚，加剧拉扯切割的力度导致切割加剧。建议的后续设计方案：

①确保后桥及白车身装配精度，尽量保证缓冲块落点在后桥冲击碗中间；

②在条件允许的情况下，适当增加冲击碗平面的表面积，避免缓冲块收到集中应力和产生过度变形。

4 展望

通过缓冲块开裂问题对影响缓冲块受力的全维度进行了详细分析，利用FEA仿真分析和MTS台架模拟试验对缓冲块失效模式进行了验证并为后续设计提供了规避方案，为后续其他车型的开发提供了宝贵的经验！

参考文献：

[1]原大宁，刘丽兰，刘宏昭，等.汽车悬架减振器缓冲块设计研究[J].系统仿真学报，2009（4）.

[2]汤增斌，谭珂.MDI聚氨酯后悬架缓冲块设计研究[J].农业装备与车辆工程，2023（5）.

[3]熊辉，张元伟，邱海漩.某车型后悬架缓冲块设计与过坎舒适性提升[J].上海汽车，2022（2）.