油門踏板是現(xiàn)代汽車動力系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，油門踏板的可靠性是動力系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)之一。油門踏板的主要作用是控制發(fā)動機(jī)節(jié)氣門的開度，從而控制車速。合理的油門踏板可促進(jìn)汽車內(nèi)部簡化，駕駛員空間變大，質(zhì)量減輕。汽車油門踏板的材料沿著環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材、安全和低成本的方向發(fā)展，取得了以輕量化為代表的顯著進(jìn)步，呈現(xiàn)著多樣化、多元化的趨勢。
汽車動力系統(tǒng)材料是汽車設(shè)計水平、質(zhì)量、品質(zhì)等競爭力強(qiáng)弱的基礎(chǔ)之一。汽車輕量化程度主要取決于汽車材料輕量化的發(fā)展。近年來，玻纖增強(qiáng)尼龍材料如PA66+30GF、PA6+30GF等已成為汽車發(fā)動機(jī)油門踏板材料的新選擇。玻纖增強(qiáng)尼龍材料由于造型容易、質(zhì)量輕、成本低，受到汽車主機(jī)廠及油門踏板制造廠商極大關(guān)注。特別是玻纖增強(qiáng)尼龍材料的形狀設(shè)計自由度大，其制成的油門踏板具有耐久性好、耐壓性及抗振動性優(yōu)良功能零部件材料。
一 油門踏板技術(shù)要求 |
油門踏板作為汽車動力系統(tǒng)的重要部件，其種類主要分為懸掛式油門踏板以及底板式油門踏板。為滿足汽車在使用過程中的安全性，油門踏板應(yīng)包括以下主要技術(shù)要求：
1. 一般要求
踏板裝置在整個工作行程中應(yīng)工作靈活，無異常響聲，且踏板表面應(yīng)光潔、均勻無氣泡、無裂痕、毛刺及劃痕等缺陷。
懸掛式油門踏板及其結(jié)構(gòu)
2. 基本要求
1）耐久性
溫度 | 循環(huán)次數(shù) | 行程 | 負(fù)載 |
-40℃ | 30萬 | 全行程 | 按要求 |
室溫（23℃±5℃） | 240萬 | 全行程 | 按要求 |
80℃ | 30萬 | 全行程 | 按要求 |
2）耐壓性
踏板傳感器每個回路的正極和接地之間應(yīng)能承受12V±0.5V最少5min。
地板式油門踏板及其結(jié)構(gòu)
3）耐腐蝕
踏板總成在溫度35℃、5%的中性鹽霧環(huán)境中放置24h，然后在溫度60℃、濕度95％的環(huán)境中再放置12h，在室溫下穩(wěn)定2h后進(jìn)行功能測試。
4）抗跌落
踏板總成從距地面1m的高度跌落到平滑的水泥地面上，每個踏板的六個方位面分別進(jìn)行一次測試，總共使用3個踏板；試驗后的踏板應(yīng)滿足功能測試要求，且不能有損壞或影響踏板裝配的破損。
5）抗振動
頻率Hz | 振幅mm | 加速度m/s2 | 掃頻速率Oct/min | 每一方向試驗時間 h |
10-25 | 1.2 | 1 | 20 | |
25-500 | 30 | |||
注1：標(biāo)準(zhǔn)振幅和加速度適用于Z方向 注2：振動試驗時的Z方向規(guī)定為與汽車垂直方向平行的方向 | ||||
6）踏板強(qiáng)度
踏點施加力 | 要求 |
操縱力900N | 踏板在下限位應(yīng)能承受此載荷，無斷裂和損壞 |
操縱反向力300N | 踏板在下限位應(yīng)能承受此載荷，無斷裂和損壞 |
側(cè)向力300N（內(nèi)、外測） | 踏板應(yīng)能承受此載荷，無斷裂和損壞 |
側(cè)向力100N | 施力點距踏板旋轉(zhuǎn)軸150mm±5mm，施力點的變形不超過10mm |
7）耐粉塵
踏板總成暴露于0.88g/m3的塵埃環(huán)境中24h后應(yīng)滿足功能測試要求。
8）耐高低溫循環(huán)性
踏板在-40℃保持3h，然后升溫至85℃再保持3h，然后再降溫至-40℃，作為一個循環(huán)，要求溫度轉(zhuǎn)換的時間小于5min；共進(jìn)行6次熱沖擊循環(huán)，試驗后的踏板應(yīng)滿足功能測試要求。
9）耐存儲性
將踏板總成放置在-40℃環(huán)境中至少48h，接著在室溫下放置至少6h后，然后在85℃環(huán)境中再放置至少48h；試驗后的踏板應(yīng)滿足功能測試要求。
10）低噪音
踏板以0.01m/s的速度釋放回到初始位置期間所產(chǎn)生的噪音應(yīng)不超過45dB(A)（在駕駛員耳朵部位測量，距離踏板墊1350mm）。踏板從任一位置瞬間釋放，回彈所產(chǎn)生的噪音應(yīng)不超過83dB(A)，無論任何時候600Hz以上的噪音應(yīng)低于70dB(A)。
11）回彈性
將踏板固定在試驗臺上，踏板運動到全行程位置瞬間釋放，踏板回彈到初始位置作為一個循環(huán)，總共進(jìn)行1000次循環(huán)，每100次循環(huán)監(jiān)控一次傳感器在怠速位置的輸出信號，1000次循環(huán)后踏板進(jìn)行性能測試。
二 油門踏板如何選材？ |
1.油門踏板材料發(fā)展歷史
汽車油門踏板材料及相應(yīng)加工工藝的發(fā)展歷程是：鑄鐵或鑄鋁件----不銹鋼-----壓鑄鋁合金件-----（尼龍）熱塑性塑料注塑件。
2.各種材料性能對比
現(xiàn)將鑄鐵或鑄鋁件、不銹鋼件、壓鑄鋁合金件、熱塑性塑料（尼龍）注塑件的性能對比如下。
序號 | 性能 | 材料 | |||
鑄鐵/鑄鋁件 | 不銹鋼件 | 鋁合金壓鑄件 | 熱塑性尼龍注塑件 | ||
1 | 質(zhì)量指標(biāo) | 差 | 差 | 好 | 優(yōu) |
2 | 設(shè)計自由度 | 差 | 差 | 差 | 優(yōu) |
3 | 材料成本 | 優(yōu) | 好 | 差 | 差 |
4 | 加工成本 | 差 | 差 | 差 | 優(yōu) |
5 | 制造不良率 | 差 | 差 | 差 | 優(yōu) |
6 | 生產(chǎn)效率 | 差 | 差 | 差 | 優(yōu) |
3.油門踏板用玻纖增強(qiáng)尼龍材料分析
①輕量化
對于同一汽車而言，油門踏板選用的熱塑性尼龍注塑件與傳統(tǒng)材料件在強(qiáng)度、剛性相近的情況下，油門踏板部件自身的重量指標(biāo)，尼龍塑料注塑件比不銹鋼件減輕50%以上，比鋁合金鑄件減輕30%-40%；該比較的前提條件是已考慮并計入為補償尼龍塑料新材料剛度和強(qiáng)度而增大的壁厚及設(shè)計上增加的局部加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)措施對自身質(zhì)量的影響。
材料 | 鋼 | 鋁 | PA66+30GF |
密度 g/cm3 | 8.7 | 2.9 | 1.36 |
②設(shè)計自由度
玻纖增強(qiáng)尼龍材料使部件壁厚變化、局部加強(qiáng)筋設(shè)計、與連桿部件集成為一體化等設(shè)計自由度大大提高。
③加工成本
熱塑性玻纖增強(qiáng)尼龍油門踏板的加工成本與傳統(tǒng)的油門踏板材料相比，具有明顯的優(yōu)勢，熱塑性尼龍注塑油門踏板不但能提高生產(chǎn)效率，同時可降低生產(chǎn)成本。僅模具費用一項，可節(jié)省費用可觀，因尼龍塑料注塑模具的使用壽命是鋁合金壓鑄模具使用壽命的10倍；油門踏板與連桿部件集成注塑，降低油門踏板的組裝成本；注塑制造工藝比鋁合金鑄造工藝的產(chǎn)品不良率低，降低系統(tǒng)成本。有資料顯示，玻纖增強(qiáng)尼龍注塑油門踏板的生產(chǎn)成本要比壓鑄鋁合金材料低30%-40%。
④可靠性
玻纖增強(qiáng)尼龍?zhí)ぐ宓墓ぷ骺煽啃浴⑹褂媚途眯约暗蜏叵鹿ぷ鬟m應(yīng)能力，已經(jīng)通過了包括大眾、通用、福特及吉利等各大主機(jī)廠認(rèn)證。
上海日之升科技有限公司針對汽車油門踏板技術(shù)要求，依托當(dāng)前汽車技術(shù)的發(fā)展方向，不斷加大投入研發(fā)力量和資金，開發(fā)了一款可用于油門踏板材料-A6G04。A6G04是日之升公司通過基體選擇、加工工藝等技術(shù)創(chuàng)新，性能已接近國內(nèi)外同行業(yè)產(chǎn)品，目前已在多家客戶中使用與推廣。
測試項目 | 測試方法 | 單位 | 測試條件 | 測試值 | |
A6G04 | 行業(yè)標(biāo)桿 | ||||
拉伸強(qiáng)度 | ISO527 | MPa | 5mm/min | 180 | 185 |
斷裂伸長率 | ISO527 | % | 5mm/min | 2 | 3 |
彎曲強(qiáng)度 | ISO178 | MPa | 2mm/min | 255 | 250 |
彎曲模量 | ISO178 | MPa | 2mm/min | 8500 | 8600 |
無缺口沖擊 | ISO179 | KJ/m2 | 23℃ | 85 | 85 |
缺口沖擊 | ISO179 | KJ/m2 | 23℃ | 12 | 13 |
成型收縮率 | ISO294 | % | 23℃ | 0.4 | 0.3 |
熱變形溫度 | ISO75 | ℃ | 1.82MPa | 250 | 250 |
密度 | ISO1183 | g/cm3 | 23℃ | 1.36 | 1.36 |
本文作者：陳光偉（上海日之升科技有限公司）
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