某车型后减振器上支座失效分析优化

1、    某车型后减振器上支座失效分析优化    席思文摘 要：针对某车型整车道路试验过程中出现的后减振器上支座失效问题，通过查看分析故障件的失效状态，结合应用abaqus软件进行cae仿真分析，确定了其失效的主要原因是由于在整车运动过程中，上支座衬套的橡胶凸台的应力太大。对此提出了改进的设计方案，通过台架试验和整车道路试验的验证，结果表明，改进后的后减振器上支座解决了耐久失效问题，同时经整车nvh和操稳性能评价后确认改进方案未对整车性能产生不利影响。关键词：减振器;上支座;失效;优化：u462.1  ：a  ：1671-7988（20

2、20）06-81-03abstract： aiming at the failure of the top mount of the rear shock absorber in the road test of a vehicle， by checking and analyzing the failure status of the failure parts， and combining with the cae simulation analysis with abaqus software， it is determined that the main reason for the

3、failure is that the stress of the rubber boss of the top mount bushing is too large in the process of vehicle movement. the results show that the improved top mount of the rear shock absorber solves the problem of durability failure. at the same time， it is confirmed that the improved design has no

4、adverse effect on the performance of the whole vehicle after nvh and stability performance evaluation.keywords： shock absorber; top mount; failure; optimizationclc no.： u462.1  document code： a  article id： 1671-7988（2020）06-81-03引言汽车减振器是一种对整车起到支撑减震作用的部件，其下端安装在车桥上，上端通过上支座与车身连接。现有的上支座一般包括上盖

5、板、外骨架和减震橡胶件。减震橡胶件一般位于上盖板和外骨架之间1。为满足汽车减振降噪的需求，通过调整上支座内部橡胶件的结构形状来实现2，但零件的耐久性能必须满足。整车项目研发阶段，整车道路试验是传统的有效评估零件耐久可靠性的方式。以某车型在整车道路试验中发现的一个后减振器上支座失效问题为研究对象，通过原因分析、结构优化设计、改善件验证等最终解决了该问题。1 问题描述某车型后减振器上支座在完成整车道路耐久试验后，将后减振器拆解进行检查时发现，后上支座衬套橡胶开裂，将衬套拆解后剖切开的照片见图1，图中黑色的部分是橡胶。从图中可以看出，下端的橡膠凸台已经严重开裂破损，橡胶与内芯出现部分分离。2 原因分

6、析后减振器上支座结构截图见图2，上支座包括衬套、外骨架和上挡板，衬套包括橡胶、内芯和外管，通过硫化工艺成为一个整体。衬套通过过盈配合压装到外骨架孔内，衬套压装到位后，再通过旋铆工艺将上挡板压住衬套的外管，防止衬套轴向运动。2.1 橡胶密度检测为了确定样件所用胶料是否正确，对失效件的橡胶进行密度测量，测试结果见表1，结果表明密度符合设计要求，胶料使用正确，排除胶料使用错误导致的失效。2.2 橡胶性能检测为了确定样件的橡胶性能是否满足设计要求，对与失效可能相关的关键橡胶性能进行检测，结果如表2所示，结果表明橡胶性能都满足设计要求，排除橡胶性能不合格导致的失效。2.3 橡胶粘接强度试验为了确定样件的

7、粘接强度是否满足设计要求，对衬套硫化以后产品的粘接面积和压出力进行检测，结果如表3所示，结果表明样件的粘接面积和压出力都满足设计要求，排除是橡胶粘接强度不足导致的失效。在整车道路试验过程中，上支座的衬套内芯与减振器活塞杆连接在一起，减振器的阻尼力通过活塞杆传递到衬套内芯。当载荷方向向下时，衬套内芯带动橡胶产生变形，整车试验过程中，衬套橡胶不停的承受交变载荷。失效件的衬套下端橡胶凸台开裂破损严重，说明目前设计方案橡胶凸台处的应变力太大，疲劳损伤大，因此在试验过程中出现开裂破损。3 结构优化设计3.1 刚度分析针对上述出现的耐久试验失效问题，进行设计更改，由于上支座是底盘悬架系统的重要性能件，影响

8、整车的nvh和操稳平顺性能，上支座的关键性能是它的刚度，因此优化设计方案先进行cae静刚度仿真计算3。优化设计方案的轴向刚度cae仿真计算结果见图3，刚度设计目标值是463n/ mm，仿真计算结果是466.75n/mm，仿真结果与目标值很接近。刚度的计算结果作为设计方案的提前预测，最终实际的样件刚度需要根据制作的实物样件进行检测确认。3.2 橡胶应力cae分析为了避免橡胶凸台由于应变大而再次出现试验失效的问题，应用abaqus软件对优化设计方案先进行应力cae分析，优化设计方案和原设计方案的分析结果见表4。表中的加载条件8kn是根据整车载荷谱转化后的最大载荷。根据表中数据说明，优化方案的应力和

9、应变比原设计方案都要小，理论上的疲劳性能会更好。优化方案的应力分析结果见图4。基于以上优化方案的分析结果，最终该方案进行上支座实物样件制作，优化方案的产品结构截图见图5。优化方案在原设计方案的基础上，对衬套橡胶结构进行了设计更改，橡胶下部的凸台由3个改为6个，增加凸台数量，是为了分散凸台上所受的应力，增加疲劳寿命。4 试验验证4.1 上支座刚度测试根据选用的优化设计方案进行实物样件制作后，先进行刚度测试，与cae分析结果做对比4，轴向刚度设计要求是463n/mm±15%，三个样件的测试结果分别为488.01n/mm、514.83n/mm和503.48n/mm，与cae分析结果有些差异

10、，但结果都满足设计要求。优化方案经整车nvh和动态性能实车评价后认可了该方案5，nvh的测试结果见图6，减振器活塞杆上三个方向（x/y/z）的加速度在更改前后变化不大。4.2 耐久可靠性试验在耐久试验过程中，按照判断准则对上支座进行检验。若未出现失效，即认为上支座符合质量要求，试件合格6。优化设计方案用进行台架耐久试验验证，试验条件为通过采集的整车路谱转化后多级谱。试验完成后，上支座衬套的橡胶无开裂破损。橡胶件的失效判定标准，除了外观，还有一个是刚度损失，计算公式如下：由于橡胶是一种弹性体，耐久后允许出现一定的刚度损失。轴向刚度损失率10.92%，刚度损失满足设计要求。优化设计方案的样件完成整

11、车道路试验后，检查上支座衬套橡胶无破损开裂问题。以上试验结果充分说明，优化后的上支座解决了耐久失效的问题，也未对整车nvh和动态属性产生不利影响，效果良好。5 结语通过对后减振器上支座失效原因的分析和设计改进方案的验证，为汽车减振器上支座设计改进提供了参考解决方案，研究结果表明：（1）减振器上支座内部橡胶衬套，可以通过增加橡胶凸台数量来提升耐久性能。（2）减振器上支座是一个性能件，改进方案需要整车相关属性部门评价后给出结果，以支持评估最终方案是否会对整车性能产生不利影响。（3）上支座衬套的设计改进，可以通过cae应力分析结果进行对比，以支持评估改进的设计方案耐久性能是否有提升。参考文献1 杨宗凯，李华，骆建军.一种汽车减震器上支座总成：中国，20122015 2210.9（p）.2012.11.07.2 翟进龙.一种汽车后减振器上支座的衬套结构：中国，201620912 931.3（p）.2017.01.25.3 潘宇，何云峰，何志兵.一种橡胶衬套静态特性仿真及实验分析j.机械