CN108414173B - 一种橡胶衬套扭转刚度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其结构包括样件固定装置、样件驱动装置、方向调节机构和试验台连接装置。所述试验台连接装置包括固定杆和施力杆,分别与试验台固定端和运动端相连。所述样件固定装置通过试验台连接装置固定杆与试验台固定端相连,保证试验过程中样件圆柱侧面始终保持不动。所述样件驱动装置与样件中心孔相连,驱动样件中心孔处发生转动。所述方向调节机构将样件驱动装置的圆周运动转换成直线运动,保证试验过程中试验台连接装置的固定杆和施力杆轴线始终保持在同一直线上。根据试验台运动端的载荷、位移和样件中心孔轴线到试验台连接装置施力杆轴线之间的距离L计算得到橡胶衬套样件的扭转刚度。
Description
技术领域
本发明涉及扭转刚度测量技术,尤其涉及橡胶衬套扭转刚度的测量方法。
背景技术
橡胶衬套作为车辆底盘系统中的重要减震类零部件,其弹性特征对整车的行驶平顺性、驾驶舒适性、操纵稳定性有着重要影响。根据实际工况选择满足要求的、性能参数合适的橡胶衬套对整车性能有重要意义。然而,由于橡胶衬套本身结构的复杂性,其弹性特征的测量精度一直以来都是行业内的技术难点。同时,目前市场上的专业检测橡胶衬套扭转刚度的试验装置结构都比较复杂,而且价格昂贵,尤其是用来驱动橡胶衬套发生扭转的扭转电机的价格非常高,因此难以推广。
因而亟需开发一套结构简单、成本低、更适宜推广的橡胶衬套扭转刚度测量装置和测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有测量装置成本高等不足之处,提供一种结构简单、操作方便、高精度、低成本的橡胶衬套扭转刚度测量装置及测量方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,用于测量橡胶衬套样件的扭转刚度,橡胶衬套样件结构包括空相、实相、环形轴肩、圆柱侧面和中心孔,实相为内嵌金属片的橡胶材料,且与空相呈十字交叉分布,中心孔为衬套中心金属材料上的圆柱孔,环形轴肩和圆柱侧面均由橡胶材料组成。所述测量装置结构包括样件固定装置、样件驱动装置、方向调节机构和试验台连接装置。所述试验台连接装置包括固定杆和施力杆,分别与试验台固定端和运动端相连。所述样件固定装置通过试验台连接装置固定杆与试验台固定端相连,保证试验过程中样件圆柱侧面始终保持不动。所述样件驱动装置与样件中心孔相连,驱动样件中心孔处发生转动。所述方向调节机构将样件驱动装置的圆周运动转换成直线运动,保证试验过程中试验台连接装置的固定杆和施力杆轴线始终保持在同一直线上。试验台运动端施加的力通过方向调节机构和样件驱动装置,转换成转矩作用在样件中心孔上使其发生转动,根据试验台运动端的载荷F、位移S和样件中心孔轴线到试验台连接装置施力杆轴线之间的距离L计算得到橡胶衬套样件的扭转刚度K。
所述橡胶衬套样件中心孔具有沿半径方向对称分布的矩形凹槽。
所述试验台优选为材料拉伸试验台,试验台固定端和运动端轴线在同一直线上。
所述试验台连接装置的固定杆和施力杆均为一端具有螺纹(简称为螺纹端)、另一端具有便于夹紧的相对平面凹槽(简称为夹紧端)的圆柱体。所述固定杆夹紧端与试验台上的固定端相连,螺纹端与样件固定装置相连,使橡胶衬套样件的圆柱侧面在试验过程中始终保持固定不动。所述施力杆夹紧端与拉伸试验台上的运动端相连,随试验台运动端一起做直线运动,螺纹端与方向调节机构相连。
所述样件固定装置结构包括固定环和固定臂。所述固定环为侧面具有矩形凹槽的圆柱环,其内表面与橡胶衬套样件圆柱侧面采用过盈配合的方式固定在一起,并利用样件的环形轴肩实现轴向定位。所述固定臂为L型结构,一端焊接在固定环的矩形凹槽中,与固定环相连,另一端具有螺纹孔,并通过螺纹连接与试验台连接装置固定杆螺纹端相连。
所述样件驱动装置结构包括芯轴、键、连接臂、一号螺栓连接和连接杆。所述的芯轴为两端具有平台、平台上有通孔的轴件,且中部具有垂直于芯轴轴线的、与所述的键匹配的通孔。所述的键与上述通孔采用过盈配合的方式装配在一起,放置在橡胶衬套样件中心孔中,键放置在中心孔矩形凹槽中,键侧面与矩形凹槽侧面相互作用,驱动橡胶衬套样件内部随芯轴转动。所述连接臂为由两条侧臂和一条中间臂组成的一体式槽型结构,两条侧臂与中间臂成直角且分布在中间臂同一侧,侧壁端部为叉形结构且具有通孔,并通过一号螺栓连接与芯轴两端平台连接,中间臂具有螺纹孔,与连接杆端部的螺纹配合安装,并通过连接杆与方向调节机构相连。
所述方向调节机构包括关节轴承、U型槽和二号螺栓连接。关节轴承通过二号螺栓连接支撑在U型槽上,将样件驱动装置连接杆的圆弧运动转换成直线运动,并传递给U型槽和试验台连接装置施力杆。
本发明还提供了一种橡胶衬套扭转刚度的测量方法,其步骤包括:
(1)根据橡胶衬套样件规格制作样件固定装置,包括固定环与固定臂,固定环与样件表面采用过盈配合,固定环截面高度高于样件环形轴肩,固定臂焊接在固定环的矩形凹槽中;将样件固定在固定环内;
(2)在橡胶衬套样件中心孔上开一对对称分布的矩形凹槽,并选择匹配的键和芯轴;将键和芯轴组装好,放入样件中心孔和其矩形凹槽中;
(3)准备合适的连接臂和连接杆,通过螺栓连接组装样件驱动装置;准备合适的方向调节机构和试验台连接装置,并组装得到完整的橡胶衬套扭转刚度测量装置;
(4)检查试验台设置,准备开始试验;设置拉伸试验台拉伸载荷和拉伸速度等参数,记录载荷F数值。读取试验台运动端位移S,并换算得到橡胶衬套样件中心孔的转动角度θ;
(5)测量拉伸试验台固定端与运动端所在直线,即固定杆5.1和施力杆5.2所在直线,与芯轴中心线(即样件中心孔轴线)之间的距离L,样件扭转刚度K=FL/θ;
(6)改变载荷F,重复步骤(4)~(5),得到对应的扭转刚度K,绘制扭转刚度曲线;
(7)卸载橡胶衬套测量装置,试验结束。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1.本发明中提出的橡胶衬套扭转刚度测量装置,能够在普通的材料拉伸试验台上测量橡胶衬套的扭转刚度,不仅能够大大节省试验设备成本,还能提高现有材料拉伸试验台的使用价值。
2.本发明中提出的橡胶衬套扭转刚度测量装置结构简单,加工制造方便、成本低,适合大范围推广。
3.本发明中提出的橡胶衬套扭转刚度测量装置,能够测量任意型号规格的橡胶衬套的扭转刚度,适用性广。
4.本发明中提出的橡胶衬套扭转刚度测量方法,测量精度高,操作简单。
附图说明
图1为本发明中橡胶衬套样件结构示意图,其中1为橡胶衬套样件、1.1为空相、1.2为实相、1.3为中心孔、1.4为矩形凹槽、1.5为环形轴肩、1.6为圆柱侧面。
图2为本发明中橡胶衬套扭转刚度测量装置结构示意图,其中2为样件固定装置、2.1为固定环、2.2为固定臂、3为样件驱动装置、3.1为芯轴、3.2为键、3.3为连接臂、3.4为一号螺栓连接、3.5为连接杆、4为方向调节机构、4.1为关节轴承、4.2为U型槽、4.3为二号螺栓连接、5为试验台连接装置、5.1为固定杆、5.2为施力杆。
图3为本发明中样件固定方法示意图。
图4为本发明中样件驱动方法及方向调节方法示意图。
图5为本发明中芯轴与键的装配关系示意图。
图6为本发明中芯轴与施力杆位置尺寸示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
橡胶衬套样件1为由橡胶和金属材料组成的圆形空心回转体,如图1所示,其结构包括空相1.1、实相1.2、中心孔1.3、环形轴肩1.5和圆柱侧面1.6。所述的实相1.2为内嵌金属片的橡胶材料,且与空相呈十字交叉分布。所述的中心孔1.3为衬套中心金属材料上的圆柱孔,且具有沿半径方向对称分布的矩形凹槽1.4。所述的环形轴肩1.5和圆柱侧面1.6均由橡胶材料组成。
所述的橡胶衬套扭转刚度测量装置,如图2~5所示,其结构包括样件固定装置2、样件驱动装置3、方向调节机构4和试验台连接装置5组成。以在材料拉伸试验台上测量橡胶衬套扭转刚度为例,所述的试验台连接装置5包括固定杆5.1和施力杆5.2。所述的固定杆5.1和施力杆5.2均为一端具有螺纹(简称为螺纹端)、另一端具有便于夹紧的相对平面凹槽(简称为夹紧端)的圆柱体。固定杆5.1夹紧端与拉伸试验台上的固定端相连,螺纹端与样件固定装置2相连,使样件1的圆柱侧面1.6在试验过程中始终保持固定不动。施力杆5.2的夹紧端与拉伸试验台上的运动端相连,随试验台运动端一起做直线运动,螺纹端与方向调节机构4相连。试验过程中,试验台上的固定端与运动端始终保持在同一直线上。方向调节结构4通过方向微调,保证固定杆5.1和施力杆5.2轴线也始终保持在同一直线上。施力杆5.2通过方向调节机构4、样件驱动装置3,将力转换成力矩作用在橡胶衬套样件1的中心孔1.3的矩形凹槽1.4表面上,矩形凹槽1.4表面转动,施力杆5.2产生位移。
所述的样件固定装置2用于将橡胶衬套试验样件1固定在试验台上,其结构包括固定环2.1和固定臂2.2。固定环2.1为侧面具有矩形凹槽的圆柱环,其内表面与橡胶衬套样件1圆柱侧面1.6采用过盈配合的方式固定在一起,并利用样件1的环形轴肩1.5实现轴向定位。固定臂2.2为L型结构,一端焊接在固定环2.1的矩形凹槽中,与固定环2.1相连,另一端具有螺纹孔,并通过螺纹连接与试验台连接装置5的固定杆5.1螺纹端相连。
所述的样件驱动装置3结构包括芯轴3.1、键3.2、连接臂3.3、一号螺栓连接3.4和连接杆3.5。所述的芯轴3.1为两端具有平台、平台上有通孔的轴件,且中部具有垂直于芯轴轴线的、与键3.2匹配的通孔。键3.2与上述通孔采用过盈配合的方式装配在一起,放置在橡胶衬套1的中心孔1.3中,键3.2放置在中心孔1.3的矩形凹槽1.4中,键3.2侧面与矩形凹槽1.4侧面相互作用,驱动橡胶衬套样件1内部随芯轴3.1转动而转动。连接臂3.3为由两条侧臂和一条中间臂组成的一体式槽型结构,两条侧臂与中间臂成直角且分布在中间臂同一侧。侧壁端部为叉形结构且具有通孔,并通过一号螺栓连接3.4与芯轴3.1两端连接;中间臂具有螺纹孔,与连接杆3.5端部的螺纹配合安装,并通过连接杆3.5与方向调节机构4相连。
所述的方向调节机构4结构包括关节轴承4.1、U型槽4.2和二号螺栓连接4.3。芯轴3.1和键3.2驱动样件1矩形凹槽1.4转动,连接杆3.5随之转动,绕芯轴3.1轴线做圆弧运动。关节轴承4.1通过二号螺栓连接4.3支撑在U型槽4.2上,将连接杆3.5的圆弧运动转换成直线运动,并传递给U型槽4.2和施力杆5.2。
本发明还提供了一种橡胶衬套扭转刚度的测量方法。以在普通的材料拉伸试验台上测量橡胶衬套扭转刚度为例,所述的橡胶衬套扭转刚度测量方法包括:
(1)根据橡胶衬套样件规格制作样件固定装置,包括固定环与固定臂,固定环与样件表面采用过盈配合,固定臂焊接在固定环的矩形凹槽中;将样件固定在固定环内。
(2)在橡胶衬套样件中心孔上开一对对称分布的矩形凹槽,并选择匹配的平键和芯轴;将平键和芯轴组装好,放入样件中心孔和其矩形凹槽中。
(3)准备合适的连接臂和连接杆,通过螺栓连接组装样件驱动装置;准备合适的方向调节机构和试验台连接装置,并组装得到完整的橡胶衬套扭转刚度测量装置。
(4)检查试验台设置,准备开始试验;设置拉伸试验台拉伸载荷和拉伸速度等参数,记录载荷F数值。读取试验台运动端位移S,并换算得到橡胶衬套样件1的转动角度θ。
(5)定义拉伸试验台固定端与运动端所在直线,即固定杆5.1和施力杆5.2所在直线,与芯轴3.1的中心线距离为L,如图6所示。则样件扭转刚度K=FL/θ。
(6)改变载荷F,重复(4)~(5),得到对应的扭转刚度K。绘制扭转刚度曲线。
(7)卸载橡胶衬套测量装置,试验结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,用于测量橡胶衬套样件的扭转刚度,橡胶衬套样件结构包括空相、实相、环形轴肩、圆柱侧面和中心孔,实相为内嵌金属片的橡胶材料,且与空相呈十字交叉分布,中心孔为衬套中心金属材料上的圆柱孔,环形轴肩和圆柱侧面均由橡胶材料组成,其特征在于:所述测量装置包括样件固定装置、样件驱动装置、方向调节机构和试验台连接装置;所述试验台连接装置包括固定杆和施力杆,分别与试验台固定端和运动端相连;所述样件固定装置通过试验台连接装置固定杆与试验台固定端相连,保证试验过程中样件圆柱侧面始终保持不动;所述样件驱动装置与样件中心孔相连,驱动样件中心孔处发生转动;所述方向调节机构将样件驱动装置的圆周运动转换成直线运动,保证试验过程中试验台连接装置的固定杆和施力杆轴线始终保持在同一直线上;试验台运动端施加的力通过方向调节机构和样件驱动装置,转换成转矩作用在样件中心孔上使其发生转动,根据试验台运动端的载荷、位移和样件中心孔轴线到试验台连接装置施力杆轴线之间的距离计算得到橡胶衬套样件的扭转刚度。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其特征在于:所述橡胶衬套样件中心孔具有沿半径方向对称分布的矩形凹槽。
3.根据权利要求2所述的一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其特征在于:所述试验台为材料拉伸试验台;试验台固定端和运动端轴线在同一直线上。
4.根据权利要求3所述的一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其特征在于:所述试验台连接装置的固定杆和施力杆均为一端具有螺纹的螺纹端、另一端具有便于夹紧的相对平面凹槽的圆柱体的夹紧端;所述固定杆夹紧端与试验台上的固定端相连,螺纹端与样件固定装置相连,使橡胶衬套样件的圆柱侧面在试验过程中始终保持固定不动;施力杆夹紧端与拉伸试验台上的运动端相连,随试验台运动端一起做直线运动,螺纹端与方向调节机构相连。
5.根据权利要求4所述的一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其特征在于:所述样件固定装置结构包括固定环和固定臂;固定环为侧面具有矩形凹槽的圆柱环,其内表面与橡胶衬套样件圆柱侧面采用过盈配合的方式固定在一起,并利用样件的环形轴肩实现轴向定位;固定臂为L型结构,一端焊接在固定环的矩形凹槽中,与固定环相连,另一端具有螺纹孔,并通过螺纹连接与试验台连接装置固定杆螺纹端相连。
6.根据权利要求5所述的一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其特征在于:所述样件驱动装置结构包括芯轴、键、连接臂、一号连接螺栓和连接杆;所述的芯轴为两端具有平台、平台上有通孔的轴件,且中部具有垂直于芯轴轴线的、与所述的键匹配的通孔;所述的键与上述通孔采用过盈配合的方式装配在一起,放置在橡胶衬套样件中心孔中,键放置在中心孔矩形凹槽中,键侧面与矩形凹槽侧面相互作用,驱动橡胶衬套样件内部随芯轴转动;连接臂为由两条侧臂和一条中间臂组成的一体式槽型结构,两条侧臂与中间臂成直角且分布在中间臂同一侧,侧壁端部为叉形结构且具有通孔,并通过一号连接螺栓与芯轴两端平台连接,中间臂具有螺纹孔,与连接杆端部的螺纹配合安装,并通过连接杆与方向调节机构相连。
7.根据权利要求6所述的一种橡胶衬套扭转刚度测量装置,其特征在于:所述方向调节机构包括关节轴承、U型槽和二号连接螺栓;关节轴承通过二号连接螺栓支撑在U型槽上,将样件驱动装置连接杆的圆弧运动转换成直线运动,并传递给U型槽和试验台连接装置施力杆。
8.一种如权利要求6的橡胶衬套扭转刚度测量装置的测量方法,其特征在于:其方法步骤包括:
(1)根据橡胶衬套样件规格制作样件固定装置,包括固定环与固定臂,固定环与样件表面采用过盈配合,固定环截面高度高于样件环形轴肩,固定臂焊接在固定环的矩形凹槽中;将样件固定在固定环内;
(2)在橡胶衬套样件中心孔上开一对对称分布的矩形凹槽,并选择匹配的键和芯轴;将键和芯轴组装好,放入样件中心孔和其矩形凹槽中;
(3)准备合适的连接臂和连接杆,通过螺栓连接组装样件驱动装置;准备合适的方向调节机构和试验台连接装置,并组装得到完整的橡胶衬套扭转刚度测量装置;
(4)检查试验台设置,准备开始试验;设置拉伸试验台拉伸载荷和拉伸速度参数,记录试验台运动端的载荷数值F,读取试验台运动端位移S,并换算得到橡胶衬套样件中心孔的转动角度θ;
(5)测量拉伸试验台固定端与运动端所在直线,即固定杆和施力杆所在直线,与样件中心孔轴线之间的距离L,样件扭转刚度K=FL/θ;
(6)改变载荷数值F,重复步骤(4)~(5),得到对应的扭转刚度K,绘制扭转刚度曲线;
(7)卸载橡胶衬套扭转刚度测量装置,试验结束。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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