带塑胶套减震器吊环的长期使用性能衰减规律研究(一)

带塑胶套减震器吊环的长期使用性能衰减规律研究

摘要

带塑胶套减震器吊环是汽车悬架系统、工程机械减震装置中的核心承载缓冲部件，其性能稳定性直接决定设备的行驶平顺性、操作安全性及使用寿命。塑胶套作为吊环的关键弹性元件，长期处于交变载荷、环境侵蚀（温度波动、紫外线、臭氧、泥沙介质等）双重作用下，易发生材料老化、结构变形，导致吊环整体承载能力下降、缓冲减震性能衰减，甚至引发部件失效、安全隐患。本文以带塑胶套减震器吊环为研究对象，通过理论分析、试验测试与数据拟合相结合的方法，探究其长期使用过程中性能衰减的特征、速率及影响因素，揭示性能衰减机理，提炼衰减规律，为吊环的结构优化、材料选型、寿命预测及维护策略制定提供理论依据与试验支撑。研究结果表明，带塑胶套减震器吊环的长期使用性能衰减呈现“初期缓慢衰减—中期加速衰减—后期趋于平缓”的三阶段特征，塑胶套材料老化、界面剥离及结构疲劳是导致性能衰减的核心原因，载荷幅值、环境温度及介质侵蚀对衰减速率具有显著调控作用。

关键词

塑胶套；减震器吊环；长期使用；性能衰减；老化机理；寿命预测

1 引言 1.1 研究背景与意义

减震器吊环作为连接减震器与设备车架、悬架的关键部件，主要承担载荷传递、缓冲减震及角度补偿功能，广泛应用于汽车、工程机械、轨道交通等领域。为降低振动传递、抑制金属部件直接接触产生的异响，提升缓冲性能与使用舒适性，现阶段绝大多数减震器吊环均配备塑胶套（常用材料为丁腈橡胶、聚氨酯、TPE等），塑胶套与金属吊环基体通过硫化、压装等工艺复合成型，形成“金属承载+塑胶缓冲”的复合结构，既能利用金属的高强度实现载荷稳定传递，又能借助塑胶材料的高弹性、高阻尼特性吸收路面冲击与振动能量，维持部件定位精度[4]。

在长期实际使用过程中，带塑胶套减震器吊环面临复杂的工作环境与载荷条件：一方面，设备行驶或作业时，吊环需承受频繁的交变拉压、剪切及扭转载荷，塑胶套反复发生弹性变形与恢复，长期累积易引发材料疲劳；另一方面，户外使用环境中的紫外线、臭氧、高低温交替、雨水泥沙、化学介质（如融雪剂）等，会持续侵蚀塑胶套材料，导致其分子结构破坏、性能劣化[1][5]。这种“载荷疲劳+环境老化”的协同作用，会导致吊环的承载能力、弹性模量、阻尼比等关键性能逐步衰减，具体表现为塑胶套硬化、开裂、粉化或与金属基体剥离，进而引发吊环异响、缓冲失效，甚至出现塑胶套断裂、金属吊环变形等故障[3][7]。据统计，汽车悬架系统故障中，约30%与减震器吊环塑胶套性能衰减相关，而工程机械中该比例更高，不仅增加了设备维护成本，还可能因部件失效引发安全事故[1]。

目前，国内外针对减震器吊环的研究多集中于结构设计、短期力学性能测试，而对其长期使用过程中的性能衰减规律、老化机理及影响因素的系统性研究较为匮乏。现有研究多将塑胶套与金属吊环割裂分析，忽略了二者界面结合状态对整体性能衰减的影响，且未充分考虑实际使用中载荷、环境等多因素的协同作用，导致无法精准描述吊环的长期性能演化特征，难以满足工程实践中寿命预测与维护优化的需求[5]。因此，开展带塑胶套减震器吊环的长期使用性能衰减规律研究，揭示其衰减机理与影响因素，建立性能衰减模型，对提升吊环产品可靠性、延长使用寿命、降低安全隐患具有重要的理论意义与工程应用价值。

1.2 国内外研究现状

国外对减震器吊环的研究起步较早，重点集中于塑胶材料老化机理、复合结构力学性能优化及寿命预测方面。欧美等发达国家通过加速老化试验，探究了温度、湿度、载荷等因素对塑胶套材料性能衰减的影响，建立了基于材料老化动力学的寿命预测模型，但该模型多针对单一材料，未充分考虑塑胶套与金属吊环的界面结合效应，且试验条件与实际使用场景存在差异，预测精度有待提升[5]。日本相关企业通过改进塑胶套材料配方（如添加抗氧剂、光稳定剂）与复合成型工艺，提升了吊环的抗老化性能，但对其长期性能衰减的系统性监测与规律提炼较为欠缺，且核心技术多处于保密状态。

国内近年来随着汽车、工程机械产业的快速发展，对减震器吊环的性能要求不断提升，相关研究逐步增多。部分高校与企业聚焦于吊环的结构优化设计，通过有限元分析方法，优化金属吊环与塑胶套的结构参数，提升其短期承载与缓冲性能[4]；还有研究针对塑胶套材料的老化特性，开展了单一环境因素（如高温、紫外线）下的加速老化试验，分析了材料性能的衰减特征[5]。但现有研究仍存在明显不足：一是试验周期短，多采用加速老化替代长期实际使用，难以真实反映吊环性能的自然衰减过程；二是研究视角单一，多关注塑胶套材料本身的老化，忽略了载荷疲劳与环境老化的协同作用，以及塑胶套与金属吊环界面剥离对整体性能的影响；三是未建立完善的性能衰减规律模型，难以实现吊环长期使用寿命的精准预测，无法为工程实践中的维护策略制定提供有效支撑[1][7]。

1.3 研究内容与技术路线 1.3.1 研究内容

本文围绕带塑胶套减震器吊环的长期使用性能衰减规律展开系统性研究，具体研究内容如下：

（1）带塑胶套减震器吊环的结构特性与工作机理分析。明确吊环的结构组成（金属基体、塑胶套、界面结合层），探究其在实际使用中的载荷传递路径、缓冲减震原理，识别影响其长期性能的关键因素（材料特性、结构参数、载荷条件、环境因素）。

（2）长期使用性能衰减试验设计与实施。搭建吊环长期性能测试平台，模拟实际使用中的交变载荷、环境侵蚀条件，开展长期耐久性试验；监测试验过程中吊环的承载能力、弹性模量、阻尼比、塑胶套厚度、界面结合强度等关键性能参数的变化规律，记录塑胶套的外观老化特征（开裂、硬化、粉化等）。

（3）性能衰减机理分析。结合试验数据与微观表征结果，从塑胶套材料老化、结构疲劳、界面结合失效三个维度，揭示带塑胶套减震器吊环长期性能衰减的内在机理，明确各因素对性能衰减的影响权重。

（4）性能衰减规律提炼与模型建立。基于试验数据，拟合吊环关键性能参数的衰减曲线，提炼其长期性能衰减的阶段特征与速率规律；结合老化机理，建立吊环长期性能衰减模型，实现使用寿命的精准预测。

（5）性能提升与维护策略建议。基于衰减规律与机理分析，从材料选型、结构优化、工艺改进三个方面，提出吊环性能提升措施；结合衰减模型，制定科学合理的维护周期与维护策略，为工程实践提供参考。

1.3.2 技术路线

本文采用“理论分析—试验测试—机理探究—规律提炼—模型建立—策略优化”的技术路线，具体如下：

1. 查阅相关文献、标准及工程资料，明确研究背景、意义与国内外研究现状，梳理带塑胶套减震器吊环的结构特性与工作机理，识别性能衰减关键影响因素；

2. 设计吊环长期使用性能衰减试验方案，搭建试验平台，确定试验载荷、环境条件、测试指标与试验周期，开展长期耐久性试验；

3. 采集试验过程中的各项性能参数与外观特征数据，通过数据处理与分析，探究性能参数的变化规律，观察塑胶套老化与界面结合状态的演化；

4. 结合微观表征技术（如扫描电镜、红外光谱），分析塑胶套材料分子结构变化、结构疲劳损伤及界面剥离机制，揭示性能衰减内在机理；

5. 拟合性能衰减曲线，提炼衰减阶段特征与速率规律，建立吊环长期性能衰减模型，验证模型精度；

6. 基于衰减机理与规律，提出吊环性能提升措施与维护策略，总结研究成果，指出后续研究方向。