CN104483112A - 一种橡胶衬套的疲劳试验方法及其工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶衬套的疲劳试验方法，包括以下步骤：a)采集实际道路中橡胶衬套在纵向、侧向的应变路谱和垂向跳动的位移路谱；b)将纵向、侧向的应变路谱转化为力值目标信号，垂向跳动的位移路谱转化为位移目标信号；c)分别对力值目标信号和位移目标信号进行迭代运算，得到力值驱动信号和位移驱动信号。d)采用液压伺服机构分别对橡胶衬套的纵向、侧向施加力值驱动信号，对橡胶衬套的垂向施加位移驱动信号。还公开了与其相适配的工装，本发明能有效解决现有橡胶衬套台架试验测试结果与实际使用结果差异性大，台架试验测试不准确的问题。可广泛应用于橡胶衬套试验领域。
Description
技术领域
本发明涉及汽车橡胶衬套试验检测领域，尤其是涉及一种橡胶衬套的疲劳试验方法及其工装。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车在人们生活中扮演越来越重要的角色，人们对汽车的各项性能尤其NVH性能和可靠性要求也越来越高。
橡胶衬套在汽车底盘系统中广泛的应用，它是由橡胶和金属组成的制品，具有可以衰减，吸收高频振动和噪声，以及体积小、重量轻等优点。在受力复杂的地方存在广泛的应用，如车架、扭梁、连杆、控制臂等地方。一旦橡胶衬套发生失效，严重影响汽车的NVH性能和舒适性，甚至影响汽车的安全性。因此各大主机厂对橡胶衬套零部件的疲劳寿命验证十分重视。
汽车试验分为实际道路试验，试车场试验和室内台架试验。试验台架试验由于周期短、成本低、复现性好而成为现今阶段应用最广泛的试验方法。试验室试验又可以分为常幅试验和变幅试验。在橡胶类的试验中现阶段大多采用的是等幅试验，由于橡胶类产品随着载荷幅值的增加动静比降低(动态软化现象)，频率的增加橡胶衬套产生的热量也会增加，因此橡胶类产品并不能像金属零部件一样，采用S-N曲线法将路谱转化成等幅谱进行试验。等幅谱试验的试验结果与实际使用结果无论是失效模式还是失效里程都存在较大的差异。
发明内容
本发明的目的是提供一种橡胶衬套的疲劳试验方法及其工装，解决现有橡胶衬套台架试验测试结果与实际使用结果差异性大，台架试验测试不准确的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种橡胶衬套的疲劳试验方法，包括以下步骤：
a)采集实际道路中橡胶衬套在纵向、侧向的应变路谱和垂向跳动的位移路谱；
b)将纵向、侧向的应变路谱转化为力值目标信号，垂向跳动的位移路谱转化为位移目标信号；具体通过下述方法，在试验场或者实际道路进行路谱采集前对样件进行标定。对橡胶衬套的纵向和侧向加载力值载荷，同时采集纵向和侧向的应变，利用力值与应变的关系式y1＝k1x1+b1得出k1和b1的值，试中y1为力值载荷，试中x1为应变值。垂向加载位移，同时采集应变，并通过位移与应变的关系式y2＝k2x2+b2得出k2和b2的值。路谱采集得到的是应变信号，通过上述公式即可转换得到力值目标信号和位移目标信号。
c)分别对力值目标信号和位移目标信号进行迭代运算，得到力值驱动信号和位移驱动信号；
d)采用液压伺服系统分别对橡胶衬套的纵向、侧向施加力值驱动信号，对橡胶衬套的垂向施加位移驱动信号。
所述步骤c)中的迭代运算具体为根据力值目标信号、位移目标信号、系统频响逆函数及迭代因子，得到初始力值驱动信号和初始位移驱动信号，具体为通过力值目标信号或位移驱动信号×频响函数的逆矩阵×迭代因子得到初始力值驱动信号或初始位移驱动信号。
采用初始力值驱动信号或初始位移驱动信号控制液压伺服系统对橡胶衬套加载力或位移，获得初始力值响应信号和初始位移响应信号；
对比力值目标信号与初始力值响应信号、位移目标信号与初始位移响应信号，得到初始差值，若初始差值在误差范围内，则采用初始驱动信号作为驱动信号，若初始差值不在误差范围内，则根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号；采用第一次驱动信号控制液压伺服系统加载载荷，获得第一次响应信号，计算目标信号与第一次响应信号的差值，得到第一次差值，若第一次差值在误差范围内，则采用第一次驱动信号作为驱动信号，若第一次差值不在误差范围内，则根据第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第二次驱动信号；重复上述过程，直到最终响应信号与目标信号的差值在误差范围内，并采用最终驱动信号作为驱动信号。得到最终驱动信号以后，即可用驱动信号驱动液压伺服系统开展试验，达到在台架上实现路试的目的。
误差的计算公式为：(目标信号的均方根值-响应信号的均方根值)/目标信号的均方根值。行业内误差＜10％即认为可接受的范围。
所述第一驱动信号通过初始差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上初始驱动信号获得，所述第二驱动信号通过第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上第一驱动信号获得，以此类推。
所述系统频响逆函数通过下述步骤获得：
第一步：生成一个宽频带的白噪声；第二步：用生成的白噪声作为驱动信号，产生响应信号，计算系统的频响函数；第三步：利用Inverse工具求频响函数的逆矩阵，即系统频响逆函数，Inverse工具就是线性代数里面求矩阵的逆矩阵工具。
采用上述方法测试橡胶衬套疲劳强度的工装，包括与橡胶衬套在汽车上的配合结构相同的第一工装及沿橡胶衬套纵向布置并与第一工装固定连接的第一传力机构，第一传力机构的另一端与第一液压伺服机构相连。
还设置有穿过橡胶衬套中心孔的螺柱，螺柱的两端通过关节轴承连接在第二工装上；橡胶衬套的两端各设置有夹紧橡胶衬套的加力摆臂，加力摆臂的另一端穿在导杆上，在导杆的垂直方向设置有驱动杆，驱动杆通过关节轴承连接在导杆的中间位置处；驱动杆的另一端连接有第二传力机构和第二液压伺服机构。
所述第二工装包括两侧板和端板，端板上设置有安装孔，还设置有穿过安装孔的滑动杆，滑动杆的两端固定在固定座上；所述侧板与第三液压伺服机构相连。所述传力机构具有导向作用。
本发明的有益效果：通过本方法在台架试验上对橡胶衬套进行疲劳试验，能够得到与传统路试试验等同的结构，能够真实的反应橡胶衬套的疲劳强度，准确度高，且台架试验周期短，成本低，能为后期研发提供更为充裕的时间。所述的台架结构简单，与橡胶衬套实车的安装状态吻合，能提高测量的准确性。且结构简单，安装方便。
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是本发明中扭梁衬套在实际使用中的受力图。
图2是本发明中橡胶衬套试验安装示意图。
图3是本发明中第二工装的示意图。
图4是本发明试验加载示意图
具体实施方式
实施例，以汽车扭梁衬套为例，在实车中扭梁衬套如图1所示，主要载荷为纵向力、侧向力和垂向位移，试验场采集得到以上三个载荷，然后对载荷进行滤波、去毛刺等处理并将应变信号根据标定系数转化为力值目标信号和位移目标信号。
分别对力值目标信号和位移目标信号进行迭代运算，得到力值驱动信号和位移驱动信号。所述迭代运算具体为根据力值目标信号、位移目标信号、系统频响逆函数及迭代因子，得到初始力值驱动信号和初始位移驱动信号，具体为通过力值目标信号或位移驱动信号×频响函数的逆矩阵×迭代因子得到初始力值驱动信号或初始位移驱动信号。本发明中迭代因子优选0.4，如迭代因子太小迭代步骤会增多，太大对试验样件可能会造成不良影响。
采用初始力值驱动信号或初始位移驱动信号控制液压伺服系统对橡胶衬套加载力或位移，获得初始力值响应信号和初始位移响应信号；
对比力值目标信号与初始力值响应信号、位移目标信号与初始位移响应信号，得到初始差值，若初始差值在误差范围内，则采用初始驱动信号作为驱动信号，若初始差值不在误差范围内，则根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号；采用第一次驱动信号控制液压伺服系统加载载荷，获得第一次响应信号，计算目标信号与第一次响应信号的差值，得到第一次差值，若第一次差值在误差范围内，则采用第一次驱动信号作为驱动信号，若第一次差值不在误差范围内，则根据第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第二次驱动信号；重复上述过程，直到最终响应信号与目标信号的差值在误差范围内，并采用最终驱动信号作为驱动信号。得到最终驱动信号以后，即可用驱动信号驱动液压伺服系统开展试验，达到在台架上实现路试的目的。
误差的计算公式为：(目标信号的均方根值-响应信号的均方根值)/目标信号的均方根值。行业内误差＜10％即认为可接受的范围。
所述第一驱动信号通过初始差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上初始驱动信号获得，所述第二驱动信号通过第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上第一驱动信号获得，以此类推。
所述系统频响逆函数通过下述步骤获得：
第一步：生成一个宽频带的白噪声；第二步：用生成的白噪声作为驱动信号，产生响应信号，计算系统的频响函数；第三步：利用Inverse工具求频响函数的逆矩阵，即系统频响逆函数。
试验工装如图2至4所示，包括与橡胶衬套在汽车上的配合结构相同的第一工装1及沿橡胶衬套纵向布置并与第一工装1固定连接的第一传力机构2，第一传力机构2的另一端与第一液压伺服机构3相连。橡胶衬套压入第一工装1中，第一工装1的设计模拟了扭梁尺寸。第一液压伺服机构3的驱动信号对橡胶衬套加载纵向载荷。
还设置有穿过橡胶衬套中心孔的螺柱4，螺柱4的两端通过关节轴承连接在第二工装5上；橡胶衬套的两端各设置有夹紧橡胶衬套的加力摆臂6,7，加力摆臂6,7的另一端穿在导杆8上，在导杆8的垂直方向设置有驱动杆9，驱动杆9通过关节轴承连接在导杆8的中间位置处；驱动杆9的另一端连接有第二传力机构10和第二液压伺服机构11。第二液压伺服机构11的驱动信号对驱动杆9施加驱动力，使橡胶衬套产生垂向摆动位移。
所述第二工装5包括两侧板13和端板14，端板14上设置有安装孔，还设置有穿过安装孔的滑动杆12，滑动杆12的两端固定在固定座15上；所述侧板13与第三液压伺服机构16相连。第三液压伺服机构16的驱动信号对橡胶衬套施加侧向载荷。
根据实际道路中橡胶衬套在纵向、侧向的应变路谱和垂向跳动的位移路谱，通过计算得到各路谱段的纵向、侧向力值驱动力和垂向的驱动位移，并通过液压伺服机构持续不断的对橡胶衬套施加纵向、侧向载荷和垂向载荷，从而完成对橡胶衬套的疲劳试验。本方法能根据采集到的路谱变化，各方向施加与路谱相吻合的驱动力，完成疲劳试验，达到路试的试验效果，从而减少试验成本。
Claims (5)
1.一种橡胶衬套的疲劳试验方法，包括以下步骤：
a)采集实际道路中橡胶衬套在纵向、侧向的应变路谱和垂向跳动的位移路谱；
b)将纵向、侧向的应变路谱转化为力值目标信号，垂向跳动的位移路谱转化为位移目标信号；
c)分别对力值目标信号和位移目标信号进行迭代运算，得到力值驱动信号和位移驱动信号；
d)采用液压伺服机构分别对橡胶衬套的纵向、侧向施加力值驱动信号，对橡胶衬套的垂向施加位移驱动信号。
2.如权利要求1所述的橡胶衬套的疲劳试验方法，其特征在于：所述步骤c)中的迭代运算具体为根据力值目标信号、位移目标信号、系统频响逆函数及迭代因子，得到初始力值驱动信号和初始位移驱动信号，采用初始力值驱动信号或初始位移驱动信号控制液压伺服系统对橡胶衬套加载力或位移，获得初始力值响应信号和初始位移响应信号；
对比力值目标信号与初始力值响应信号、位移目标信号与初始位移响应信号，得到初始差值，若初始差值在误差范围内，则采用初始驱动信号作为驱动信号，若初始差值不在误差范围内，则根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号；采用第一次驱动信号控制液压伺服系统加载载荷，获得第一次响应信号，计算目标信号与第一次响应信号的差值，得到第一次差值，若第一次差值在误差范围内，则采用第一次驱动信号作为驱动信号，若第一次差值不在误差范围内，则根据第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第二次驱动信号；重复上述过程，直到最终响应信号与目标信号的差值在误差范围内，并采用最终驱动信号作为驱动信号。
3.如权利要求2所述的橡胶衬套的疲劳试验方法，其特征在于：所述第一驱动信号通过初始差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上初始驱动信号获得，所述第二驱动信号通过第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上第一驱动信号获得，以此类推。
4.如权利要求2或3所述的橡胶衬套的疲劳试验方法，其特征在于：所述系统频响逆函数通过下述步骤获得：
第一步：生成一个宽频带的白噪声；第二步：用生成的白噪声作为驱动信号，产生响应信号，计算系统的频响函数；第三步：利用Inverse工具求频响函数的逆矩阵，即系统频响逆函数。
5.采用上述方法测试橡胶衬套疲劳强度的工装，其特征在于：包括与橡胶衬套在汽车上的配合结构相同的第一工装(1)及沿橡胶衬套纵向布置并与第一工装(1)固定连接的第一传力机构(2)，第一传力机构(2)的另一端与第一液压伺服机构(3)相连；
还设置有穿过橡胶衬套中心孔的螺柱(4)，螺柱(4)的两端通过关节轴承连接在第二工装(5)上；橡胶衬套的两端各设置有夹紧橡胶衬套的加力摆臂(6,7)，加力摆臂(6,7)的另一端穿在导杆(8)上，在导杆(8)的垂直方向设置有驱动杆(9)，驱动杆(9)通过关节轴承连接在导杆(8)的中间位置处；驱动杆(9)的另一端连接有第二传力机构(10)和第二液压伺服机构(11)；
所述第二工装(5)包括两侧板(13)和端板(14)，端板(14)上设置有安装孔，还设置有穿过安装孔的滑动杆(12)，滑动杆(12)的两端固定在固定座(15)上；所述侧板(13)与第三液压伺服机构(16)相连。
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