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导致汽车密封条摩擦异响的一个根本因素就在于Stick-slip模型下的特征距离

2022-04-22 19:56:04·  来源：汽车异响BSR  作者：龚小平  
　
汽车行驶过程中，车身在扭转作用下车门门框(或无框车门的玻璃)与车身产生相对位移，密封条与其配合的钣金漆面产生滑动摩擦，从而产生让人烦恼的高频摩擦异响（Sq

汽车行驶过程中，车身在扭转作用下车门门框(或无框车门的玻璃)与车身产生相对位移，密封条与其配合的钣金漆面产生滑动摩擦，从而产生让人烦恼的高频摩擦异响（Squeak）。

导致汽车密封条摩擦异响的一个根本因素就在于Stick-slip模型下的特征距离，那么产生这个特征距离背后的根本原理又是什么？我们知道两个相互接触的物体，当静摩擦转变为动摩擦之前，两个物体的宏观表面必然在蠕动距离上发生剪切运动。在剪切过程中，表面在发生滑动之前会蠕动到特征距离Dc，然后表面继续滑动，这样往复运动从而在接触面之间产生了异响（Squeak）。汽车密封条在车辆扭转运动的情况产生的摩擦异响其实就是这个原理。下面我们就用一个单自由度的弹簧-质量来解释这个现象。

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由以上模型不难发现，当我们试图用作用在两个摩擦表面之间的摩擦力F来模拟两个摩擦表面之间的黏滑摩擦时，会很快发现黏滑现象不仅取决于F，而且还取决于系统的其他参数，如运动部件的惯量、刚度（K）和质量（M）。


这里我们提到的黏滑模型是弹性体相对固体的滑动，是一个涉及特征距离（但也包括时间t，它是两个粗糙表面接触后增加其附着强度所需的特征时间）的特殊模型。该模型在上世纪50年底的时候就由Rabinowicz提出了，它表明两个粗糙的宏观表面是通过其特征距离Dc的微观粗糙体附着在一起。特征距离黏滑模型描述了当两个表面接触后增加黏合强度时，如何观察特征距离和时间尺度，这可能发生在光滑或粗糙的表面上。

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在剪切过程中，表面在发生滑动之前会蠕动到特征距离。这与系统的德博拉数De有关，将材料的固有弛豫时间与系统中运动和测量的时间尺度联系起来。该类黏滑运动的本质就是，在剪切过程中，每个表面必须首先蠕动一段距离Dc，即接触点的尺寸大小，然后表面继续滑动，但摩擦力（动摩擦力）要低于原始（静摩擦力）值。摩擦力减小的原因是，新的微凸体连接的形成速度应与旧的微凸体连接的断裂速度一样快，但新微凸体连接的随时间变化的附着力和摩擦力将低于旧微凸体连接。因此，在滑动的蠕动阶段，摩擦力仍然很大，但一旦表面移动了特征距离后，摩擦力就会迅速下降到动摩擦值，如下黏滑模型示意图所示：


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在汽车密封条与其相互接触的部件（车身钣金或车门框，甚至是无框车门的玻璃）之间的相互运动中，密封条泡管在发生相对滑动之前，密封条与钣金之间都要蠕动一定的距离，这个距离取决于密封条截面的结构特征、刚度和材料表面处理以及接触之间的力等相关因素。接触面之间的黏滑运动可以通过使剪切距离小于特征距离的方法来消除，使该距离永远不会达到黏滑运动开始时的最大静摩擦力值，从而使连接界面之间蠕动的接触时间变长，在密封条接触面之间相对速度不变的情况下，增大了剪切距离，从而避免产生stick-slip运动，消除摩擦异响。

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