張 洋，趙遠(yuǎn)征，邸泉瑋，梁 卓，于 明，孫新蕾

(中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

1 引 言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車整車及其零部件的產(chǎn)品可靠性、節(jié)能舒適性、行駛穩(wěn)定性等要求越來(lái)越高。在整車懸架系統(tǒng)的傳遞及導(dǎo)向裝置，與車身連接的鉸接點(diǎn)越來(lái)越多地采用橡膠襯套連接，這是由于橡膠襯套具備彈性特征和衰減特征等優(yōu)點(diǎn)，能夠在不改變低頻段隔振性能的基礎(chǔ)上極大地提高懸架系統(tǒng)高頻段的隔振性能，在一定程度上減小路面不平整造成的車輛內(nèi)部噪聲。因此，橡膠襯套零件的疲勞性能質(zhì)量檢驗(yàn)變得非常重要，橡膠襯套疲勞試驗(yàn)成為試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用中不可或缺的一部分[1]。

市面上應(yīng)用較為廣泛的試驗(yàn)機(jī)是電液伺服試驗(yàn)機(jī)。電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)是中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司專項(xiàng)基金研發(fā)的全新系列產(chǎn)品，本文在該試驗(yàn)機(jī)主機(jī)加載框架的基礎(chǔ)上，對(duì)橡膠襯套試驗(yàn)的加載方式進(jìn)行了分析，開(kāi)發(fā)了一種橡膠襯套專用夾具，并對(duì)其進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證了該套夾具的可靠性及實(shí)用性。

2 橡膠襯套試驗(yàn)方法

橡膠襯套作為汽車懸架系統(tǒng)鉸接傳動(dòng)裝置的鉸接連接件，基本類型分為簡(jiǎn)單襯套、法蘭襯套、球面襯套和其他襯套等。本文襯套試樣所采用的是簡(jiǎn)單襯套，其包括內(nèi)套、橡膠層和外套(如圖1所示)。

圖1 橡膠襯套結(jié)構(gòu)

橡膠件的形狀有較自由的選擇余地，能相應(yīng)地選擇3個(gè)方向(徑向、軸向、扭轉(zhuǎn))的疲勞試驗(yàn)。橡膠襯套加載載荷如表1所示。

表1 橡膠襯套加載載荷

該產(chǎn)品試樣為商用車板簧橡膠軸套，根據(jù)其疲勞檢驗(yàn)試驗(yàn)方法，各通道加載載荷為實(shí)際最大載荷的70%。由表1中的載荷計(jì)算可得：

F徑=F徑max×70%=±63kN

F軸=F軸max×70%=±7kN

φ扭=φ扭max×70%=±12.6°

扭矩-扭角曲線見(jiàn)圖2，由圖2可得試驗(yàn)扭矩N扭=±350N·m。

圖2 扭矩-扭角曲線

3 橡膠襯套試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)

橡膠襯套的疲勞試驗(yàn)加載采用如圖3所示的三通道加載試驗(yàn)臺(tái)，其主機(jī)結(jié)構(gòu)包括擺動(dòng)作動(dòng)器、徑向直線作動(dòng)器、軸向直線作動(dòng)器、撓性聯(lián)軸器以及傳感器等。本文主要介紹橡膠襯套夾具。

圖3 主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

橡膠襯套試樣與整套夾具之間通過(guò)配合連接，襯套試樣需按指定的壓力壓入至襯套連接夾具中，襯套試樣及襯套連接夾具與加載梁通過(guò)法蘭止口和螺栓連接的形式固定，以保證試樣與夾具部裝整體連接的可靠性和定位對(duì)中性能。襯套試樣安裝結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 襯套試樣安裝結(jié)構(gòu)示意圖

由于橡膠層的自由度，橡膠襯套夾具分別預(yù)留三通道加載端口(軸向加載、徑向加載、扭轉(zhuǎn)加載)。為保證3個(gè)方向在橡膠襯套試樣上的同時(shí)加載，避免加載力之間的干涉，在每個(gè)加載通道的方向上設(shè)計(jì)安裝有軸承，保證加載通道的鉸接自由度，用以解耦。襯套夾具結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 襯套夾具結(jié)構(gòu)示意圖

該套試驗(yàn)夾具中，襯套試樣所受的軸向力與徑向力加載到襯套試樣外套上，扭轉(zhuǎn)加載應(yīng)與襯套試樣內(nèi)套相連接。由于結(jié)構(gòu)原因，該部分采用摩擦連接。采用鉸接螺栓穿過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸承座及襯套試樣內(nèi)套并擰緊，通過(guò)螺栓連接的軸向預(yù)緊力達(dá)到摩擦效果。

4 夾具有限元分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的橡膠襯套疲勞試驗(yàn)機(jī)夾具的結(jié)構(gòu)性能，使用有限元分析軟件ANSYS-WORKBENCH對(duì)該套夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)有限元分析。襯套試驗(yàn)夾具在結(jié)構(gòu)上同時(shí)承受3個(gè)方向的周期加載，底部通過(guò)襯套底板進(jìn)行固定約束，對(duì)3個(gè)加載方向中的最大載荷情況進(jìn)行有限元分析。

4.1 網(wǎng)格劃分

對(duì)整體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分[3]，共計(jì)有節(jié)點(diǎn)數(shù)101303個(gè)，實(shí)體單元數(shù)55119個(gè)，網(wǎng)格劃分模型如圖6所示。

圖6 網(wǎng)格劃分模型

4.2 約束加載

對(duì)軸承座底板進(jìn)行約束后，對(duì)模型進(jìn)行加載，旋轉(zhuǎn)方向加載扭矩350N·m，豎直方向加載負(fù)荷63kN，水平方向加載負(fù)荷7kN，對(duì)該工況進(jìn)行靜力學(xué)分析。

4.3 結(jié)果分析

夾具加載變形如圖7所示，最大變形為0.13mm，最大變形位置發(fā)生在夾具豎直加載位置處。實(shí)際連接時(shí)，由于加載部件與夾具在該位置相連接，實(shí)際變形較小，滿足該套夾具設(shè)計(jì)要求。

圖7 夾具加載變形云圖

圖8 夾具加載應(yīng)力云圖

5 結(jié) 論

本文介紹了一種橡膠襯套疲勞試驗(yàn)夾具的特點(diǎn)、橡膠襯套試樣結(jié)構(gòu)，分析了橡膠襯套疲勞試驗(yàn)方法中各通道加載的類型，并對(duì)夾具結(jié)構(gòu)及連接形式進(jìn)行了介紹。對(duì)該試驗(yàn)夾具在3個(gè)不同加載方向上最大載荷情況進(jìn)行了有限元分析，最大應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，安全系數(shù)大于許用安全系數(shù)，驗(yàn)證了該套夾具設(shè)計(jì)的可靠性，為橡膠襯套疲勞試驗(yàn)夾具的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。