CN104406850A - 一种橡胶衬套刚度测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶衬套刚度测量装置，包括工作台，固定在工作台上的连接支座，用于固定橡胶衬套的下固定支架总成；还设置有动态测试仪，穿过橡胶衬套内环的连接轴，与连接轴两端固定连接的上固定支架总成，所述动态测试仪的工作端头与上固定支架总成连接用于给上固定支架总成施加力。所述上固定支架总成与动态测试仪的工作端头间设置有连接作用的球铰链接头。本发明能够同时测量橡胶衬套的静态刚度和扭转刚度，且结构简单，调整方便，可规范应用于橡胶衬套刚度测量领域。

Description

一种橡胶衬套刚度测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及橡胶衬套试验领域领域，尤其是涉及一种橡胶衬套刚度测量装置及其使用方法。

背景技术

减振类橡胶部件被广泛应用于汽车底盘各种衬套和动力总成悬置，其主要功能为衰减由于路面的激励或输出扭矩波动而导致发动机的振动，控制底盘部件与发动机位移。橡胶衬套有以下优点：1、因橡胶的弹性模量比金属的小，故隔振降噪效果显著；2、橡胶的形状不受限制，各方向的刚度可在一定范围内自由选择，能适当地选择各方向的弹性刚度比；3、能很容易地与金属件牢固结合，使橡胶衬套可承受多方向的载荷，既简化了结构，又减轻了整车质量；4、硫化橡胶的内部摩擦比金属内部摩擦大，且具有随频率增大而增大的倾向，故在共振时振幅较小；5、硫化橡胶有较大的可逆向弹性变形，且弹性系数比金属的小。所以，在整车开发前期，对减振类橡胶进行刚度设计是非常有必要的，其刚度特性直接影响整车的操纵稳定性、平顺性与舒适性。

目前衬套的开发基本流程如图1所示，在衬套样件制作完成后，需要进行刚度和耐久试验；如果不满足相关标准，则更改衬套结构或尝试不同的材料配方，再次进行刚度和耐久试验，直至满足标准。衬套的刚度和耐久试验在衬套的开发流程中占据了举足轻重的作用。

现有试验方法均是针对不同的样件开发不同的橡胶衬套试验装置，且只能对单一的刚度进行测量，如中国专利申请号201110083774.1公开了汽车衬套式悬置静刚度检测装置,包括支座、悬置夹具和压力传感器,在支座的一端旋接有顶杆,顶杆的前端安装有顶块,悬置夹具固定在支座的另一端,并位于U形块中,一根芯轴穿过悬置夹具的夹持孔,芯轴两端分别支撑在U形块的两端,所述压力传感器连接在U形块与顶块之间。该检测装置结构简单,各部件的安装及检测操作非常方便,能够满足衬套式悬置静刚度的检测要求。再如中国专利申请号200810171539.8公开了一种汽车悬架用衬套扭转刚度测量方法,包括如下步骤:A.将测试夹具固定；B.将衬套固压入测试夹具中；C.将扭杆装入衬套中心孔中并固定牢固；D.将测力方向盘与扭杆固定；E.将应变片的一端固定在测力方向盘上,另一端固定在测试夹具上；F.将测力方向盘连接到电脑上；G.转动测力方向盘,将数据传送到电脑；H.电脑接收测力方向盘传送来的数据,自动生成刚度曲线。本发明利用汽车企业常用的一些试验设备,通过简单的组合,可以简单、准确的测量衬套的扭转刚度。上述两种装置分别对橡胶的静态刚度和扭转刚度进行很好的测量，但上述两种装置均不能同时测量橡胶的静态刚度和扭转刚度，因此，功能比较单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种橡胶衬套刚度测量装置及其使用方法，解决现有测量装置只能针对单一样件测量单一刚度的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种橡胶衬套刚度测量装置，包括工作台，固定在工作台上的连接支座，用于固定橡胶衬套的下固定支架总成；还设置有动态测试仪，穿过橡胶衬套内环的连接轴，与连接轴两端固定连接的上固定支架总成，所述动态测试仪的工作端头与上固定支架总成连接用于给上固定支架总成施加力。所述上固定支架总成与动态测试仪的工作端头间设置有连接作用的球铰链接头。

进一步的，所述上固定支架总成包括与连接轴固定连接的竖板，设置在两竖板间的横梁，横梁与竖板间通过螺栓连接，所述横梁上的螺栓连接孔为腰型孔，方便调节两竖板间的距离；所述球铰链接头固定连接在横梁的中间位置。所述下固定支架总成包括上压板和下支撑板，上压板和下支撑板上对称设置与橡胶衬套相适配的半圆孔，所述上压板和下支撑板间通过螺栓固定；所述半圆孔的截面为V字型结构。

为方便安装，所述工作台上沿横向和纵向均设置有一组燕尾槽，所述连接支座为两端开口的六面体结构，在连接支座的每个面上均设置有一个十字型安装孔，所述连接支座与工作台间、连接支座与下固定支架总成间均通过设置在上下两个面上的十字型安装孔螺栓连接。

采用上述测量装置测量橡胶衬套刚度的方法，包括以下步骤：a)定义并标记橡胶衬套的X、Y、Z向，以橡胶衬套的轴向为Z向，且X、Y、Z两两相互垂直；

b)将橡胶衬套固定在测量装置上，利用动态测试仪进行缓慢加载，加载到橡胶衬套基本被压死状态，并记录橡胶衬套的压缩位移及对应的力值数据；

c)对每个方向刚度的测试数据进行多项式拟合和平移处理，保证拟合的曲线尽可能的平滑并通过坐标原点。

进一步的，在步骤a)前先测量一个与橡胶衬套尺寸一致的刚性样件刚度，从而得到实验设备的刚度；最后通过公式1/K_实测＝1/K_设备+1/K_衬套进行换算，综合考虑试验设备自身刚度产生的影响，从而提高测量精度。

本发明的有益效果：本发明测量装置可以同时测量橡胶衬套的静刚度、扭转刚度，且安装方便，操作简单，数据读取和处理方便。所述的下固定支架总成V字型结构半圆孔，可以满足不同尺寸的橡胶衬套固定要求，通用性高。所述上固定支架总成与连接轴的连接结构，方便调整支架总成的角度和两竖板间的距离，所述球铰链接头连接结构，方便调整动态测试仪的位置，从而满足对橡胶衬套X、Y、Z三个方向静刚度和扭转刚度的测量。所述的测量方法在测量橡胶衬套刚度前先对装置本身的刚度进行测量，提高对橡胶衬套刚度测量的精度。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为原橡胶衬套设计流程图。

图2为本发明的立体结构示意图。

图3为本发明中下固定支架总成的结构示意图。

图4为本发明中连接支座的结构示意图。

图5为本发明中上固定支架总成的结构示意图。

图6为本发明中测量X、Y向静刚度的装配示意图。

图7为本发明中测量Z向静刚度的装配示意图。

图8为本发明中测量X、Y向扭转刚度的装配示意图。

图9为本发明中测量Z向扭转刚度的装配示意图。

图10为本发明中压缩位移与角度的关系图。

具体实施方式

实施例，如图2至5所示，一种橡胶衬套刚度测量装置，包括工作台8，固定在工作台8上的连接支座7，用于固定橡胶衬套5的下固定支架总成4；还设置有动态测试仪1，穿过橡胶衬套5内环的连接轴6，与连接轴6两端固定连接的上固定支架总成3，所述动态测试仪1的工作端头与上固定支架总成3连接用于给上固定支架总成3施加力。

所述上固定支架总成3与动态测试仪1的工作端头间设置有连接作用的球铰链接头2。所述上固定支架总成3包括与连接轴6固定连接的竖板31，设置在两竖板31间的横梁32，横梁32与竖板31间通过螺栓连接，所述横梁32上的螺栓连接孔为腰型孔，方便调节两竖板31间的距离；所述球铰链接头2固定连接在横梁32的中间位置。所述下固定支架总成4包括上压板41和下支撑板42，上压板41和下支撑板42上对称设置与橡胶衬套5相适配的半圆孔43，所述上压板41和下支撑板42间通过螺栓固定。为满足不同规格橡胶衬套的固定要求，所述半圆孔43的截面为V字型结构。所述工作台8上沿横向和纵向均设置有一组燕尾槽，所述连接支座7为两端开口的六面体结构，在连接支座7的每个面上均设置有一个十字型安装孔71，所述连接支座7与工作台8间、连接支座7与下固定支架总成4间均通过设置在上下两个面上的十字型安装孔71螺栓连接。

在对橡胶衬套进行测量时，首先定义并标记橡胶衬套的X、Y、Z向，以橡胶衬套的轴向为Z向，且X、Y、Z两两相互垂直；可以选择有特殊型面的方向为X或Y方向，方便标记和安装。将橡胶衬套5及连接轴6固定安装在下固定支架总成4上，并将下固定支架总成4通过螺栓固定在连接支座7上，再将连接支座7通过十字型安装孔71与燕尾槽的配合螺栓固定在工作台8上。所述连接轴6上设置有螺纹，橡胶衬套5中心孔的两端用螺母固定锁紧。然后通过两端的竖板31固定在连接轴6上实现对上固定支架总成3的固定，最后将动态测试仪1通过球铰链接头2螺母固定在上固定支架总成3上。设备完成安装后先预压2-3次；判断橡胶衬套装夹和动态测试仪软件设置是否正确。调试完成后利用动态测试仪进行缓慢加载，加载到衬套基本被压死状态(径向和轴向约为10KN)，每个方向进行拉压测试三次，对比采集的三组数据是否基本一致，如果不一致需要重新测量。记录每个方向的静态刚度和扭转刚度值，从每个方向刚度的三组测试数据中选取状态较好的一组进行多项式拟合和平移处理，保证拟合的曲线尽可能的平滑并通过坐标原点。

此处拟合是分别对三个方向的静态刚度和三个方向的扭转刚度拟合。拟合后的数据即是测量要获得的衬套参数。创建衬套文件，代入软件进行仿真计算使用。进行扭转刚度数据处理时，需要把测试的位移(mm)和力(N)的关系曲线转化成角度(°)和力(N)的关系曲线。具体公式为L*sin(a/2)＝S/2，公式转让Sin(a/2)＝S/(2*L)，得a＝arcsin(S/(2*L))*2可以得到对应的角度。其中L为夹具力臂长度，S为压缩位移，a为对应的角度，如图10所示。为提高测量的精确性，测量橡胶衬套刚度前可以先测量一个与衬套尺寸一致的刚性样件(如实心铁柱筒)刚度，从而得到实验设备的刚度；再通过公式(1/K实测＝1/K设备+1/K衬套)进行换算，可以综合考虑试验设备自身刚度产生的影响，从而提高测量精度。

当对橡胶衬套X向和Y向进行静态刚度测量时，如图6所示，上固定支架总成3水平固定在连接轴6的两端，动态测试仪1的工作端头直接通过固定螺母固定在横梁32上。动态测试仪1工作行程方向与橡胶衬套需要测量的刚度方向一致，即测X向刚度时，调整橡胶衬套位置，使X向与动态测试仪1工作行程方向相同，测Y向刚度时，调整橡胶衬套位置，使Y向与动态测试仪1工作行程方向相同。当测量Z向静刚度时，如图7所示，卸掉连接轴6和上固定支架总成3，直接将动态测试仪1的工作端头装在橡胶衬套的中心孔内并通过螺母固定，然后启动动态测试仪1对橡胶衬套施压。

当对橡胶衬套X向和Y向进行扭转刚度测量时，如图8所示，动态测试仪1的工作端头通过球铰链接头2与横梁32连接，且动态测试仪1工作端头安装方向与横梁32方向相同，上固定支架总成3通过螺母垂直的固定在连接轴6上。当测量X向扭转刚度时，调整橡胶衬套位置使其X向处于与工作台垂直的竖直方向上；当测量Y向扭转刚度时，调整橡胶衬套位置使其Y向处于与工作台垂直的竖直方向上。当对橡胶衬套Z向进行扭转刚度测量时，如图9所示，动态测试仪1的工作端头通过球铰链接头2与横梁32连接，且动态测试仪1工作端头的安装方向与横梁32垂直，上固定支架总成3通过螺母垂直的固定在连接轴6上。测量扭转刚度时保证测橡胶衬套的扭转角度大于20°。

Claims (8)

1.一种橡胶衬套刚度测量装置，包括工作台(8)，固定在工作台(8)上的连接支座(7)，用于固定橡胶衬套(5)的下固定支架总成(4)；其特征在于：还设置有动态测试仪(1)，穿过橡胶衬套(5)内环的连接轴(6)，与连接轴(6)两端固定连接的上固定支架总成(3)，所述动态测试仪(1)的工作端头与上固定支架总成(3)连接用于给上固定支架总成(3)施加力。

2.如权利要求1所述的橡胶衬套刚度测量装置，其特征在于：所述上固定支架总成(3)与动态测试仪(1)的工作端头间设置有连接作用的球铰链接头(2)。

3.如权利要求1所述的橡胶衬套刚度测量装置，其特征在于：所述上固定支架总成(3)包括与连接轴(6)固定连接的竖板(31)，设置在两竖板(31)间的横梁(32)，横梁(32)与竖板(31)间通过螺栓连接，所述横梁(32)上的螺栓连接孔为腰型孔，方便调节两竖板(31)间的距离；所述球铰链接头(2)固定连接在横梁(32)的中间位置。

4.如权利要求1所述的橡胶衬套刚度测量装置，其特征在于：所述下固定支架总成(4)包括上压板(41)和下支撑板(42)，上压板(41)和下支撑板(42)上对称设置与橡胶衬套(5)相适配的半圆孔(43)，所述上压板(41)和下支撑板(42)间通过螺栓固定。

5.如权利要求4所述的橡胶衬套刚度测量装置，其特征在于：所述半圆孔(43)的截面为V字型结构。

6.如权利要求1所述的橡胶衬套刚度测量装置，其特征在于：所述工作台(8)上沿横向和纵向均设置有一组燕尾槽，所述连接支座(7)为两端开口的六面体结构，在连接支座(7)的每个面上均设置有一个十字型安装孔(71)，所述连接支座(7)与工作台(8)间、连接支座(7)与下固定支架总成(4)间均通过设置在上下两个面上的十字型安装孔(71)螺栓连接。

7.采用上述测量装置测量橡胶衬套刚度的方法，其特征在于：包括以下步骤：a)定义并标记橡胶衬套的X、Y、Z向，以橡胶衬套的轴向为Z向，且X、Y、Z两两相互垂直；

b)将橡胶衬套固定在测量装置上，利用动态测试仪进行缓慢加载，加载到橡胶衬套基本被压死状态，并记录橡胶衬套的压缩位移及对应的力值数据；

c)对每个方向刚度的测试数据进行多项式拟合和平移处理，保证拟合的曲线尽可能的平滑并通过坐标原点。

8.如权利要求7所述的测量橡胶衬套刚度的方法，其特征在于：在步骤a)前先测量一个与橡胶衬套尺寸一致的刚性样件刚度，从而得到实验设备的刚度；最后通过公式1/K_实测＝1/K_设备+1/K_衬套进行换算，综合考虑试验设备自身刚度产生的影响，从而提高测量精度。