CN111638131A - 一种橡胶轴承复合加载试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种橡胶轴承复合加载试验装置，包括固定块，两个橡胶轴承呈对称方向固定在固定块上，橡胶轴承顶面与固定块固定连接，扭转加载装置与一个橡胶轴承的底面连接并可绕橡胶轴承的中轴线L1转动为橡胶轴承提供扭转载荷；偏转加载装置与固定块连接并可绕固定块的中轴线L2转动为橡胶轴承提供偏转载荷；径向预压装置可沿橡胶轴承的中轴线L1方向对两个橡胶轴承的底面产生径向压缩位移S1；固定块可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承提供剪切载荷。本装置可对两个橡胶轴承同时进行四个方向上的复合加载试验，提高了试验效率。

Description

一种橡胶轴承复合加载试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及橡胶弹性元件试验装置及方法，特别涉及一种橡胶轴承复合加载试验装置及试验方法。
背景技术
橡胶轴承是由橡胶和金属件通过高温高压硫化而成的弹性体，具有柔性联接和缓冲振动作用，能够承受复杂工作环境中来自轴向、径向、扭转和偏转等多向载荷的疲劳作用和瞬时冲击，起减振降噪作用，广泛应用于轨道车辆、汽车、和工程机械减振系统中。相比传统的橡胶弹簧，橡胶轴承不仅能承受垂向载荷，而且还能同时提供偏扭角度和径向位移，满足复合承载工况的要求，因此现有橡胶弹簧试验方案就无法满足橡胶轴承复合加载试验要求。目前橡胶轴承常用的试验手段是对其进行单一的轴向、径向、扭转和偏转试验来代替复合加载试验，这种等效方式就很难反映出橡胶轴承的疲劳寿命。
现有弹性体组对偏转试验分2种，一种是直接采用单个产品进行偏转试验，这种方式只能进行自由状态下的偏转刚度或疲劳试验，无法反应产品受压状态下的偏转性能。另一种是采用单个球型弹性体与推力球轴承组对预压进行偏转试验，这种组对方式因为产品偏转刚度大于轴承偏转刚度，导致组对体的偏转刚度不对称，且推力球型轴承疲劳寿命远小于橡胶轴承，在橡胶轴承疲劳失效前推力球轴承已提前失效，导致试验无法进行，需要更换轴承继续试验，导致试验成本高、维护不便。
传统的扭转试验分4种，第一种是直接固定橡胶轴承底座，在上端施加扭矩进行扭转试验，这种方式只能测试橡胶轴承在自由状态下的扭转刚度。第2种是压扭式：通过设计专用压扭油缸对橡胶轴承同时施加压缩载荷和扭转力矩进行压扭刚度，这种方式试验成本高、且只能进行单个产品试验。第3种是推扭式：采用单个产品与推力轴承组对，利用推力轴承既可承受轴向压力，又可承受扭转角度的特性来完成扭转试验，这种方式存在扭转摩擦力，试验数据精度低。
现有施加径向恒载的试验方法主要有3种，第一种是通过油缸对橡胶轴承施加载径向静载并保持不变，这种方式只适用于单一的单向加载试验。第2种是通过对橡胶轴承悬挂相同质量的法码来代替油缸加载施加载径向恒载，这种方式操作不变，试验装置体积笨重。第3种是通过丝杆或螺栓加力，这种方式适用于固定式加载，无法满足多向柔性加载试验。
扭转角度等效传递方法有2种，第一种是通过螺栓锁紧方式，利用锁紧时产生的摩擦力和螺栓本身的刚度传递扭转角度，这种方式结构简单，但是在疲劳试验过程中螺栓不仅要承受拉力而且要承担扭矩，寿命无法满足试验要求。另一种是分别采用2个加力油缸从两端对产品施加扭转角度进行扭转试验，这种方式虽然解决了螺栓承受扭矩的技术难题，但同时又增加了试验成本，对试验安装空间也提出了新的要求。
因此在本领域范围内提出一种能对橡胶轴承的径向、剪切、扭转、偏转四个方向进行复合加载的试验装置和试验方法本技术领域内具有重大的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：提出一种橡胶轴承复合加载试验装置，包括固定块，其特征在于：两个橡胶轴承呈对称方向固定在固定块上，橡胶轴承顶面与固定块固定连接，扭转加载装置与一个橡胶轴承的底面连接并可绕橡胶轴承的中轴线L1转动为橡胶轴承提供扭转载荷；偏转加载装置与固定块连接并可绕固定块的中轴线L2转动为橡胶轴承提供偏转载荷；径向预压装置分别和两个橡胶轴承的底面固定连接，径向预压装置可沿橡胶轴承的中轴线L1方向对两个橡胶轴承的底面产生径向压缩位移S1；固定块可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承提供剪切载荷。
进一步地，偏转加载装置包括偏转轴和轴承座一，固定块固定连接在偏转轴的中部并与其同轴，偏转轴与轴承座一连接，当偏转轴绕中轴线L2转动时，固定块相应转动为橡胶轴承提供偏转载荷。
进一步地，轴承座一的高度可调节，通过调节轴承座一的高度可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承提供剪切载荷。
进一步地，径向预压装置包括对向设置的两块预压板和预压螺杆组件，预压板分别和两个橡胶轴承的底面固定连接，预压螺杆组件贯穿预压板，通过调节预压螺杆组件可沿橡胶轴承的中轴线L1方向对两个橡胶轴承的底面产生径向压缩位移S1。
进一步地，扭转加载装置包括扭转轴，扭转轴和预压板固定连接，当扭转轴中轴线L1转动时，通过预压板为橡胶轴承提供扭转载荷。
进一步地，两块预压板的顶面和底面均通过扭转横梁固定连接。
进一步地，扭转加载装置包括扭力臂装置一，所述扭力臂装置一包括与扭转轴垂直固定连接的连接耳一，扭力杆一一端与连接耳一铰接另一端与扭力块一铰接，当对扭力块一沿中轴线L1垂向方向施加载荷时，带动扭转轴旋转。
进一步地，偏转加载装置包括扭力臂装置二，所述扭力臂装置二包括与偏转轴垂直固定连接的连接耳二，扭力杆二一端与连接耳二铰接另一端与扭力块二铰接，当对扭力块二沿中轴线L2的垂向方向施加载荷时，能分别带动偏转轴旋转。
一种橡胶轴承复合加载试验方法，使用上述橡胶轴承复合加载试验装置，并具体包含如下步骤：
步骤1：将两个橡胶轴承以顶面对称的方式固定在固定块上，调节径向预压装置使径向预压装置沿中轴线L1方向对两个橡胶轴承底面产生径向压缩位移S1并维持；
步骤2：调节固定块沿中轴线L1的垂向方向L3的位移，使橡胶轴承顶面相对底面产生剪切位移S2并维持；
步骤3：控制扭转加载装置带动两个橡胶轴承底面以中轴线L1转动，并维持固定时间T内转动的频率fa以及转动角度α不变；
步骤4：在步骤3实施的同时控制偏转加载装置以中轴线L2为轴带动固定块转动，并维持固定时间T内转动的频率fb以及转动角度β不变。
进一步地，改变步骤3中的转动的频率fa或者转动角度α，或者改变步骤4中转动的频率fb以及转动角度β，在步骤4结束后，检测橡胶轴承的扭转、偏转、径向以及剪切方向上的刚度并与试验前的刚度比较，判断是否复合设计标准。
本发明具有以下优点：
1、两个橡胶轴承呈对称方向固定在固定块上，通过扭转加载装置、偏转加载装置能同时对两个橡胶轴承施加同角度、同频率、同半径的扭转、偏转动态载荷，并且通过调节径向预压装置的相对距离能对橡胶轴承施加固定的径向载荷，通过调节固定块的高度，能对橡胶轴承施加固定的剪切载荷，因此在一个装置上能对两个橡胶轴承同时进行四个方向上的复合加载试验，提高了试验效率。
2、扭转加载装置、偏转加载装置能模拟实际工况对橡胶轴承同时施加不同频率、角度的载荷，对橡胶轴承在实际工况中所受载荷准确模拟试验能准确反映处橡胶轴承的抗疲劳性能。
3、两个橡胶轴承在同一装置中进行同环境同参数的复合加载试验，不仅能提高试验效率，还能进行不同工艺配方的橡胶轴承进行对比试验，从而为橡胶轴承的研发提供数据支撑。
附图说明
图1 是橡胶轴承复合加载试验装置结构示意图；
图2 是橡胶轴承复合加载试验装置结构主视图；
图3 是橡胶轴承复合加载试验装置结构俯视图；
图4 是橡胶轴承复合剪切、径向加载原理示意图。
具体实施方式
为了本领域普通技术人员能充分实施本发明内容，下面结合附图以及具体实施例来进一步阐述本发明内容。
如图1至图3所示，一种橡胶轴承复合加载试验装置，包括固定块1，两个橡胶轴承2呈对称方向固定在固定块1上，橡胶轴承2顶面与固定块1固定连接，扭转加载装置3与一个橡胶轴承2的底面连接并可绕橡胶轴承2的中轴线L1转动为橡胶轴承2提供扭转载荷；偏转加载装置4与固定块1连接并可绕固定块1的中轴线L2转动为橡胶轴承2提供偏转载荷；径向预压装置5分别和两个橡胶轴承2的底面固定连接，径向预压装置5可沿橡胶轴承2的中轴线L1方向对两个橡胶轴承2的底面产生径向压缩位移S1；固定块1可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承2提供剪切载荷。
在本实施例中，固定块1为一个类似正方体状的金属块，其相对的两个侧面设置有与橡胶轴承2顶面向匹配的固定安装接口。两个橡胶轴承2顶面呈对称方向固定安装在固定块1上。扭转加载装置3与橡胶轴承2的底面固定连接，当以中轴线L1为轴转动时，扭转加载装置3可带动橡胶轴承2的底面转动，以此对橡胶轴承2施加扭转载荷，在扭转方向上对其进行疲劳试验。
相应的偏转加载装置4与固定块1未安装橡胶轴承2的两个侧面固定连接，当偏转加载装置4以中轴线L2为轴转动时，可通过固定块1带动橡胶轴承2顶面产生偏转，由此对橡胶轴承2施加偏转载荷，在偏转方向上进行疲劳试验。
如图4所示，由于实际工况中橡胶轴承2在径向方向和剪切方向所承受的载荷一般为固定不变的，因此本实施例提供的试验装置在径向方向上通过径向预压装置5预先对两个橡胶轴承2底面施加一个固定径向压缩位移S1，通过调节固定块1的高度带动两个橡胶轴承2的顶面相对底面产生一个剪切位移S2。
因此通过该试验装置，可在橡胶轴承2在承受一定的径向、剪切载荷前提下，对橡胶轴承2的扭转方向和偏转方向同时进行疲劳复合加载试验。整个试验的效率得到提高。并且能对两个橡胶轴承2同时进行复合加载试验，在提高试验效率的同时，可对两个橡胶轴承2进行同试验条件下的抗疲劳对比试验，即对两个配方工艺不同的橡胶体的橡胶轴承2同时进行复合加载试验，由于其试验过程中的各项试验参数均能保持一致，因此可准确的将不同工艺配方的橡胶轴承2抗疲劳性能进行直观对比，从而找出较优的配方工艺设计方案。
在本实施例中，偏转加载装置4包括偏转轴42和轴承座一41，当偏转轴42绕中轴线L2转动时，固定块1相应转动为橡胶轴承2提供偏转载荷。轴承座一41垂直设置在一个基座8上，中央有供偏转轴42穿过并固定的通孔，偏转轴42从固定块1的中央同轴连接，因此当偏转轴42转动时固定块1随之转动。
由于固定块1的高度由偏转轴42的高度决定，因此可通过调节由轴承座一41的高度来调节固定块1的高度，通过调节轴承座一41的高度可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承2提供剪切载荷。在本实施例中，轴承座一41的顶面两端有丝杠螺母机构43，轴承座一41悬挂在径向横梁44上并距离基座8有大于剪切位移S2的高度。当调节丝杠螺母机构43时，可使得轴承座一41距离基座8的高度减小，从而使得固定块1的高度减小，由此带动两个橡胶轴承2的顶面相对底面产生一个剪切位移S2。轴承座一41与基座8通过限位槽连接，防止其在轴向方向发生窜动。
径向预压装置5包括对向设置的两块预压板51和预压螺杆组件52，预压板51分别和两个橡胶轴承2的底面固定连接，预压螺杆组件52贯穿预压板51，通过调节预压螺杆组件52可沿橡胶轴承2的中轴线L1方向对两个橡胶轴承2的底面产生径向压缩位移S1。
径向预压装置5包括对向设置的两块预压板51和预压螺杆组件52，预压板51分别和两个橡胶轴承2的底面固定连接，预压螺杆组件52贯穿预压板51，通过调节预压螺杆组件52可沿橡胶轴承2的中轴线L1方向对两个橡胶轴承2的底面产生径向压缩位移S1。两块预压板51和两个橡胶轴承2的底面分别连接，通过调节预压螺杆组件52使得两块预压板51在中轴线L1方向对两个橡胶轴承2的底面产生径向压缩位移S1，在本实施例中，预压螺杆组件52有四组分别分布在预压板51的对角，确保在进行径向压缩时预压板51能保持相对平行状态。
扭转加载装置3包括扭转轴32，扭转轴32和预压板51固定连接，当扭转轴32中轴线L1转动时，通过预压板51为橡胶轴承2提供扭转载荷。在本实施例中，扭转轴32和一块预压板51固定连接，通过预压螺杆组件52将扭转力传递给另一块预压板51，使得在对橡胶轴承2施加扭转载荷时，能保持扭转角度一致。另一块预压板51则通过一根旋转轴33与支撑座34连接，支撑座34与基座8垂直固定连接，由此完成对径向预压装置5的整体固定支撑，使得扭转轴32在转动时能带动预压板51转动。
由于扭转轴32仅仅对一块预压板51施加扭转力，通过预压螺杆组件52来传递扭转力有一定缺陷。一方面预压螺杆组件52在扭转传递过程中很有可能产生弹性变形，使得两块预压板51的扭转角度出现偏差，另一方面仅靠预压螺杆组件52来传递扭转力会使得预压螺杆组件52因扭转力过大而断裂，因此在两块预压板51的顶面和底面均通过扭转横梁54固定连接。由扭转横梁54来传递扭转力，保证扭转角度一致提高了预压螺杆组件52的使用寿命。
为了给扭转轴32提供转动力矩，扭转加载装置3包括扭力臂装置一6，所述扭力臂装置一6包括与扭转轴32垂直固定连接的连接耳一61，扭力杆一62一端与连接耳一61铰接另一端与扭力块一63铰接，当对扭力块一63沿中轴线L1垂向方向施加载荷时，带动扭转轴32旋转。在本实施例中，扭力杆一62、连接耳一61均包含两个，两个扭力杆一62分别连接在扭转轴32的两端，两个连接耳一61则连接在扭力块一63两端，在对扭力块一63沿中轴线L1垂向方向施加载荷时，成对设置的扭力杆一62能均匀地将转动力矩传递到扭转轴32上。
同理的，偏转加载装置4也包括扭力臂装置二7，所述扭力臂装置二7包括与偏转轴42垂直固定连接的连接耳二71，扭力杆二72一端与连接耳二71铰接另一端与扭力块二73铰接，当对扭力块二73沿中轴线L2的垂向方向施加载荷时，能分别带动偏转轴42旋转。两个扭力杆二72分别连接在偏转轴42两端，两个连接耳二71则连接在扭力块二73两端，在对扭力块二73沿中轴线L2垂向方向施加载荷时，成对设置的扭力杆二72能均匀地将转动力矩传递到偏转轴42上。在对扭力块一63和扭力块二73施加垂向载荷时，可通过油缸等作动器对其表面施加载荷。
在使用上述实施例中的试验装置对橡胶轴承2进行复合加载试验时，一般包括如下步骤：
步骤1：将两个橡胶轴承2以顶面对称的方式固定在固定块1上，调节径向预压装置5使径向预压装置沿中轴线L1方向对两个橡胶轴承2底面产生径向压缩位移S1并维持；
步骤2：调节固定块1沿中轴线L1的垂向方向L3的位移，使橡胶轴承2顶面相对底面产生剪切位移S2并维持；
步骤3：控制扭转加载装置3带动两个橡胶轴承2底面以中轴线L1转动，并维持固定时间T内转动的频率fa以及转动角度α不变；
步骤4：在步骤3实施的同时控制偏转加载装置4以中轴线L2为轴带动固定块1转动，并维持固定时间T内转动的频率fb以及转动角度β不变。
一般地，转动角度α为±10°，转动角度β为±5°。
为了更加进一步模拟实际工况中橡胶轴承2的受载情况，可改变步骤3中的转动的频率fa或者转动角度α，或者改变步骤4中转动的频率fb以及转动角度β，在步骤4结束后，检测橡胶轴承2的扭转、偏转、径向以及剪切方向上的刚度并与试验前的刚度比较，判断是否符合设计标准。
显然，以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种橡胶轴承复合加载试验装置，包括固定块（1），其特征在于：两个橡胶轴承（2）呈对称方向固定在固定块（1）上，橡胶轴承（2）顶面与固定块（1）固定连接，扭转加载装置（3）与一个橡胶轴承（2）的底面连接并可绕橡胶轴承（2）的中轴线L1转动为橡胶轴承（2）提供扭转载荷；偏转加载装置（4）与固定块（1）连接并可绕固定块（1）的中轴线L2转动为橡胶轴承（2）提供偏转载荷；径向预压装置（5）分别和两个橡胶轴承（2）的底面固定连接，径向预压装置（5）可沿橡胶轴承（2）的中轴线L1方向对两个橡胶轴承（2）的底面产生径向压缩位移S1；固定块（1）可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承（2）提供剪切载荷。
2.如权利要求1所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：偏转加载装置（4）包括偏转轴（42）和轴承座一（41），固定块（1）固定连接在偏转轴（42）的中部并与其同轴，偏转轴（42）与轴承座一（42）连接，当偏转轴（42）绕中轴线L2转动时，固定块（1）相应转动为橡胶轴承（2）提供偏转载荷。
3.如权利要求2所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：轴承座一（41）的高度可调节，通过调节轴承座一（41）的高度可沿中轴线L1的垂向方向L3产生剪切位移S2为橡胶轴承（2）提供剪切载荷。
4.如权利要求3所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：径向预压装置（5）包括对向设置的两块预压板（51）和预压螺杆组件（52），预压板（51）分别和两个橡胶轴承（2）的底面固定连接，预压螺杆组件（52）贯穿预压板（51），通过调节预压螺杆组件（52）可沿橡胶轴承（2）的中轴线L1方向对两个橡胶轴承（2）的底面产生径向压缩位移S1。
5.如权利要求4所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：扭转加载装置（3）包括扭转轴（32），扭转轴（32）和预压板（51）固定连接，当扭转轴（32）中轴线L1转动时，通过预压板（51）为橡胶轴承（2）提供扭转载荷。
6.如权利要求5所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：两块预压板（51）的顶面和底面均通过扭转横梁（54）固定连接。
7.如权利要求6所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：扭转加载装置（3）包括扭力臂装置一（6），所述扭力臂装置一（6）包括与扭转轴（32）垂直固定连接的连接耳一（61），扭力杆一（62）一端与连接耳一（61）铰接另一端与扭力块一（63）铰接，当对扭力块一（63）沿中轴线L1垂向方向施加载荷时，带动扭转轴（32）旋转。
8.如权利要求7所述的橡胶轴承复合加载试验装置，其特征在于：偏转加载装置（4）包括扭力臂装置二（7），所述扭力臂装置二（7）包括与偏转轴（42）垂直固定连接的连接耳二（71），扭力杆二（71）一端与连接耳二（71）铰接另一端与扭力块二（73）铰接，当对扭力块二（73）沿中轴线L2的垂向方向施加载荷时，能分别带动偏转轴（42）旋转。
9.一种橡胶轴承复合加载试验方法，其特征在于：使用如权利要求1-8任意一项所述的橡胶轴承复合加载试验装置，并具体包含如下步骤：
步骤1：将两个橡胶轴承（2）以顶面对称的方式固定在固定块（1）上，调节径向预压装置（5）使径向预压装置沿中轴线L1方向对两个橡胶轴承（2）底面产生径向压缩位移S1并维持；
步骤2：调节固定块（1）沿中轴线L1的垂向方向L3的位移，使橡胶轴承（2）顶面相对底面产生剪切位移S2并维持；
步骤3：控制扭转加载装置（3）带动两个橡胶轴承（2）底面以中轴线L1转动，并维持固定时间T内转动的频率fa以及转动角度α不变；
步骤4：在步骤3实施的同时控制偏转加载装置（4）以中轴线L2为轴带动固定块（1）转动，并维持固定时间T内转动的频率fb以及转动角度β不变。
10.如权利要求9所述的橡胶轴承复合加载试验方法，其特征在于：改变步骤3中的转动的频率fa或者转动角度α，或者改变步骤4中转动的频率fb以及转动角度β，在步骤4结束后，检测橡胶轴承（2）的扭转、偏转、径向以及剪切方向上的刚度并与试验前的刚度比较，判断是否复合设计标准。
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