减振器低温漏油问题分析与优化

王大娃，赵 媛，王义领，丁良奇Wang Dawa，Zhao Yuan，Wang Yiling，Ding Liangqi

减振器低温漏油问题分析与优化

王大娃，赵 媛，王义领，丁良奇
Wang Dawa，Zhao Yuan，Wang Yiling，Ding Liangqi

（北京汽车研究总院有限公司 底盘部，北京 101300）

结合具体案例，对减振器低温下漏油故障进行排查分析、原因验证，发现侧向力较大是导致低温漏油的主要因素；通过优化减振器弹簧布置角度，可以有效减小侧向力。

减振器；低温漏油；侧向力；弹簧布置角度

0 引 言

目前，汽车常用的双筒充气式减振器内部填充有减振器油液和高压气体，油液和高压气体通过油封密封在减振器筒内，减振器活塞杆通过高速往复运动实现动能和热能转换。油封与活塞杆合理配合保证减振器正常工作，也避免出现漏油问题。减振器自身结构限制了所能承受的侧向力大小，侧向力对减振器密封性能和使用寿命有很大影响，尤其在低温环境下过大的侧向力会使密封瞬间失效，造成气体和液体泄漏。

减振器所能承受的侧向力大小由整车布置决定，属于整车级范畴。

本文结合具体案例，对由侧向力过大导致的减振器漏油问题进行分析验证，并通过优化弹簧布置角度对侧向力进行改进。

1 漏油问题

某款车型在黑龙江省漠河市进行寒区路试过程中，出现了两只前减振器均漏油问题。试验路况如图1所示，为颠簸强化路面，试验里程为20 000 km，行驶车速为40～50 km/h，故障发生时最低温度为－42 ℃。试验车辆前悬架为麦弗逊独立悬架，后悬架为拖曳臂独立四连杆。

图1 试验路况

2 原因排查

针对减振器漏油问题，通常按照外观尺寸检查、性能测试、漏油复现、拆解分析等步骤进行详细排查。

2.1 外观尺寸检查

对问题车辆的减振器进行外观检查，发现：（1）减振器储油缸焊缝位置无漏油，弹簧盘上部及下部有油迹现象；（2）滑柱总成外联无错装、漏装现象；（3）减振器芯子无气体反弹力，活塞杆不能自动复原，已漏气；（4）取掉顶盖后发现油封表面有油迹，说明油液从油封部位溢出，如图2所示。

图2 减振器漏油位置

2.2 性能测试

对问题减振器进行示功测试，复原、压缩阻尼力均符合要求，见表1。

表1 复原、压缩阻尼力测试

但图3所示示功图异常，图中右下部位曲线不连续，存在明显缺陷，当减振器油量不足、无气体时会如此表现，判定减振器存在漏油、漏气问题。

图3 示功图异常

2.3 台架试验

对问题减振器进行台架测试，验证减振器漏油工况。在低温环境中对减振器施加侧向力，随着力增大，油封口出现漏油现象，如图4所示，漏油位置出现在侧向力相反位置。测试中低温测试条件与路试条件一致，使漏油现象复现，台架测试结果见表2。

图4 低温台架测试中增大侧向力

表2 台架测试漏油问题复现

2.4 拆解验证

对漏油减振器进行拆解，排查漏油原因。在拆解中发现了3个异常点：（1）活塞杆某部位烧蚀发黄，如图5所示；（2）烧蚀发黄部位的硬度为837.64 HV（标准900 HV）；（3）油封某部位的唇部磨损面存在轻微的贯穿纵向磨损，但磨损量不足以引起漏油，如图6所示。这些异常位置均对应了漏油部位，并在对应侧向力方向，进一步验证此款车前减振器受到了较大侧向力。拆解中测试油液清洁度、活塞杆跳动（0.01 mm，标准要求＜0.02 mm）、工作缸端面跳动（0.05 mm，标准要求＜0.06 mm）均无异常。

图5 活塞杆发黄部位

图6 油封检查过程

2.5 低温漏油机理

经过以上步骤排查，锁定减振器漏油主要原因为受到较大侧向力，并且在极低温度（-42 ℃）下油封橡胶弹性降低，二者共同作用造成瞬时漏油。

油封常用材质为NBR（Nitrile Butadiene Rubber，丁腈橡胶）和HNBR（Hydrogenated Nitrile Rubber，氢化丁腈橡胶），其主要参数见表3。

表3 油封材料的主要参数

漏油减振器的油封材料为NBR，当温度低于－40 ℃时，其弹性快速降低，在减振器承受较大侧向力情况下，密封效果急剧下降，出现瞬时漏油；与后悬架进行对比，问题车辆的后悬架为四连杆形式，后减振器不承受侧向力，因此未出现漏油，验证了两只前减承受侧向力偏大是漏油的主要原因。前悬架结构如图7所示，减振器受垂向力和一部分侧向力；后悬架结构如图 8所示，减振器只承受垂向力，侧向力由悬架杆系承受。前后减振器结构形式都是双筒充气式液压减振器，密封结构、活塞杆工艺均相同。

图7 前悬架结构

图8 后悬架结构

通过台架对比试验，进一步验证了此结论，试验结果见表4。

表4 漏油机理对比验证

3 侧向力优化

综合以上分析，对产品设计进行优化，主要从油封材料和结构布置降低侧向力两个方面进行。针对油封材料优化问题，与油封供应商确认，此款油封的许用温度为－40～120 °C，已在国内各车型大量使用，目前并无适用更低温度的专用油封，所以通过优化布置，改善减振器受力。

目前，优化减振器的侧向力主要通过优化悬架几何结构实现[1]。为确保弹簧可以抵消系统侧向力以使减振器所受侧向力最小，需要在布置上尽量使弹簧侧载中心线与弹簧理想受力线重合，基于此，对弹簧侧载中心线进行优化，将螺旋弹簧侧载中心点坐标由上（0，0）、下（0，20），优化为上（0，0）、下（0，35）。优化前、后各参数值对比见表5[2]，优化后侧向力值明显减小，满足小于200 N的目标要求，设计合理，且通过仅更改弹簧即可实现，改动工作量最小。

表5 减振器结构优化前、后对比

注：为理想弹簧受力线与减振器轴线夹角；为减振器轴线夹角；为弹簧实际受力与减振器轴线夹角；为减振器所受侧向力。

将优化后的弹簧数据进行DMU（Digital Mock-Up，数字化虚拟样机）校核，各间隙满足设计要求；优化后弹簧进行了50万次全行程台架耐久试验，无断裂，衰减满足设计要求。

将优化后方案搭载整车在北京通州试验场完成综合耐久验证，未出现异响、偏磨、减振器漏油等故障，方案验证可行。

4 结束语

针对某款车型出现的低温漏油故障，进行了原因查找、对比测试和优化改进。发现麦弗逊式悬架前减承受侧向力过大是低温漏油的主要因素，同时极低温度下油封橡胶弹性降低，易造成瞬时漏油，所以在寒冷地区刚启动车辆后尽量避免坏路剧烈驾驶。通过优化弹簧侧载中心点可使减振器侧向力明显降低，为悬架设计提供工程指导。

[1]柳江，喻凡，楼乐明.麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧优化设计[J].汽车工程，2006（8）：743-746.

[2]王万顺，潘筱，丁良奇，等.麦弗逊悬架减振器侧向力理论分析[J].北京汽车，2022（1）：17-18，42.

2022-05-20

1002-4581（2022）06-0021-04

U463.33+5.1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.006