王 軍，劉世忠，盧效珍

（1.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，山西 太原030024；3.太原江鈴重汽有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

重型載重汽車雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)后橋后懸架普遍采用平衡懸架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能保證車輛在不平道路上行駛時(shí)兩個(gè)車橋的垂直載荷在任何情況下都相等，各輪胎有良好的接地性，不會(huì)產(chǎn)生個(gè)別車輪懸空的情況。平衡懸架的平衡軸能夠有效減輕自身質(zhì)量，提高承載能力，同時(shí)對(duì)整車的操縱穩(wěn)定性、平順性、高速行駛安全性等主要性能均有較大影響［1］。

1 載重汽車平衡懸架橡膠軸承的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

傳統(tǒng)的平衡懸架的軸承為剛性軸承，耐磨性較差，同時(shí)需定期檢查潤(rùn)滑油脂，且需要有加油口、通氣口、油槽密封及防塵等結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其密封性差，給安裝、維護(hù)及保養(yǎng)造成困難，同時(shí)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工成本高、運(yùn)行時(shí)噪聲較大等問題［2］。用橡膠軸承代替剛性軸承，通過橡膠本身的扭轉(zhuǎn)變形來實(shí)現(xiàn)平衡懸架的和諧運(yùn)動(dòng)關(guān)系，徹底避免了原有結(jié)構(gòu)平衡懸架軸與雙金屬襯套相互摩擦帶來的零部件磨損的弊端；另外，由于平衡軸橡膠軸承為橡膠阻尼結(jié)構(gòu)，可以衰減各方向的振動(dòng)，特別對(duì)高頻振動(dòng)的減振效果較好，從而能夠有效地降低整車的沖擊、振動(dòng)和噪聲；每車平衡軸橡膠軸承數(shù)量由原來的4件變?yōu)?件，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了平衡懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及裝配工藝；安裝時(shí)不需要加注潤(rùn)滑油脂，只在裝配時(shí)涂抹專用潤(rùn)滑液，甚至可以用肥皂水替代，不但降低了成本，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性及使用壽命。

橡膠軸承是由兩塊半圓鋼板和橡膠組成的，半圓鋼板的內(nèi)表面和外表面的弧面上有橡膠層，且在襯套的一處帶有接縫，橡膠軸承的內(nèi)、外弧面帶有環(huán)形凸起［3］，可近似視為管狀阻尼結(jié)構(gòu)［4］。橡膠軸承在斷開式平衡軸上的安裝位置如圖1所示。

2 橡膠的非線性本構(gòu)理論

對(duì)橡膠進(jìn)行分析時(shí)，一般認(rèn)為橡膠是不可壓縮的超彈性材料，對(duì)橡膠材料應(yīng)變能進(jìn)行分析的函數(shù)有Neo－Hookean模型、Yeoh模型、Mooney－Rivlin模型等，其中Mooney－Rivlin模型最為常用，其表達(dá)式為：

圖1 橡膠軸承在斷開式平衡軸上的安裝位置

3 橡膠軸承有限元分析

橡膠材料具有材料非線性、幾何非線性等非線性特點(diǎn)，本文采用ANSYS有限元方法對(duì)橡膠軸承進(jìn)行分析。

定義鋼板和橡膠皆為各向同性結(jié)構(gòu)材料，橡膠采用Mooney－Rivlin模型，Solid185單元；鋼板彈性模量E＝2.1×1011Pa，泊松比υ＝0.3，采用Solid45單元。

采用映射網(wǎng)格劃分，先對(duì)2D平面模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后拉伸得到3D有限元模型。

對(duì)模型內(nèi)表面施加固定約束，外表面施加0.005 m的徑向位移。建立的橡膠軸承有限元模型如圖2所示。

4 結(jié)果及討論

圖3為橡膠軸承的位移云圖，可以看出橡膠軸承的最大位移為0.003 2m，結(jié)構(gòu)外側(cè)橡膠發(fā)生了壓縮變形，可有效緩沖平衡軸的振動(dòng)。圖4為橡膠軸承的應(yīng)力云圖，最大應(yīng)力值為1.63MPa，在橡膠材料的許用應(yīng)力范圍內(nèi)。

圖2 橡膠軸承有限元模型

圖3 橡膠軸承的位移云圖

圖4 橡膠軸承的應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

采用ANSYS軟件，建立了載重汽車平衡懸架橡膠軸承的三維有限元模型，計(jì)算得出位移、應(yīng)力分布，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)受力合理，且可以起到減少懸架振動(dòng)的作用。

［1］張建振，常連霞，馬文松.平衡懸架失效模式與影響的有限元分析［J］.汽車技術(shù)，2009（10）：9－12.

［2］武小衛(wèi)，馬生平，胡波，等.汽車后懸架平衡軸的橡膠軸承：中國，200920179758.0［P］.2010－8－25.

［3］馬文松.平衡軸免維護(hù)橡膠軸承結(jié)構(gòu)：中國，200620029448.7［P］.2007－10－10.

［4］戴德沛.阻尼減振降噪技術(shù)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1986.