板簧橡膠復合襯套性能分析與實驗研究

1、 1板簧分公司 目 錄1 1技術背景2 2存在問題3 3改進方案4 4產品試驗5 5總結與建議 2板簧分公司一 、技術背景概述 橡膠復合襯套結構為外鋼套與內鋼套 、中間是橡膠襯套 ,橡膠套與金屬套用膠粘接并經(jīng)過高溫過盈壓配合。橡膠復合襯套已廣泛用于汽車鋼板彈簧耳孔與車架之間連接處，起到二次減振和降噪作用 ，同時提高汽車操縱穩(wěn)定性。 汽車在行駛中 , 橡膠復合襯套主要承受軸向、徑向、扭轉、偏擺軸向、徑向、扭轉、偏擺組合受力 ，所以常規(guī)懸架彈性襯套設計參數(shù)中都有這四種剛度特性曲線及臺架四種剛度特性曲線及臺架試驗試驗的技術要求（如下圖）。 3 板簧分公司一、技術背景橡膠襯套與金屬襯套相比優(yōu)點u橡膠彈

2、性模量比金屬小，故隔振降噪效果好；u橡膠形狀不受限制，各方向性能可在一定范圍內自由選?。籾容易與金屬件牢固粘結后的復合襯套可承受多方向載荷。結構減化，又減輕整車質量；u硫化橡膠內部磨擦比金屬內部磨擦大，且有隨頻率增大而增大的傾向，故在共振時振幅較?。籾硫化橡膠有較大的可逆向彈性變形，且彈性系數(shù)比金屬小。 4 板簧分公司二、板簧復合襯套存在問題n襯套供應商在產品開發(fā)和檢驗過程中對四個方向剛度性能參數(shù)關注不夠，沒有科學的CAE分析來指導襯套結構設計和制造工藝，多數(shù)僅滿足于結合尺寸、橡膠硬度、及橡膠與金屬件的粘結力等；n多數(shù)襯套供應商和板簧生產廠缺乏剛度性能及臺架壽命試驗設備。四個方向剛度和臺架都能

3、檢測試驗的廠家?guī)缀鯖]有，連社會權威檢測機構檢測設施也不齊全；n在對復合橡膠襯套進行四個方向剛度及臺架壽命試驗中，常有四個方向剛度部分不合格、疲勞壽命不合格。反之，臺架疲勞壽命達標，而四個方向剛度與設計性能曲線差異較大；n復合襯套在整車道路試驗和最終用戶有橡膠開裂、內外管套與橡膠脫離、吊耳銷斷裂、吊耳異響等問題。 5 板簧分公司二、板簧復合襯套存在問題n如某進口車型板簧復合襯套國產化產品抽查檢測，徑向、軸向兩方向剛度與圖紙要求偏離較多（另外兩個方向缺少試驗設備）： 1、徑向剛度：設計要求位移1.5mm時，試驗力為18000N；實測結果為：位移2.54mm時，試驗力才達到9000N，偏離較多。 2

4、、軸向剛度：設計要求位移1.37mm時，試驗力為18000N；實測結果為：位移2.0mm時，試驗力才達9000N，不合格。 3、襯套疲勞試驗隨鋼板彈簧總成臺架試驗進行，壽命大于5萬次，符合設計要求。 6 板簧分公司三、改進方案基本思路n鑒于該進口車型復合襯套與原設計圖紙性能要求的巨大差距，經(jīng)與整車廠及襯套專業(yè)廠三方溝通，采取以下改進措施：1、委托國內一流的為乘用車配套的橡膠襯套專業(yè)廠家進行CAE分析并提出橡膠結構優(yōu)化方案；2、優(yōu)選國產天然橡膠材料M170，通過調整橡膠基體配方改性來提升橡膠各向剛度指標；3、完備襯套扭轉、偏擺兩個方向剛度檢測設備和專用夾具，統(tǒng)一試驗標準和方法 ；4、通過四個方向

5、性能試驗和臺架試驗數(shù)據(jù)結果分析，確定最佳工藝方案指導生產和交付。 7板簧分公司三、改進方案CAE模擬分析類型項目單位CAECAE分析數(shù)據(jù)徑向位移mm00.150.30.5250.609380.735940.78340.85459載荷N01085.042222.864083.344817.185978.216443.837172.01位移mm0.881290.921330.98141.07151.105291.155971.174981.1821載荷N7455.317887.388573.099773.2110264.211041.811348.111463.9位移mm1.184781.1857

6、81.186161.18631.186351.18637載荷N11507.111523.11152911531.111531.911532.2軸向位移mm00.150.30.5250.609380.735940.78340.85459載荷N0183.746368.05670.869894.0281605.72023.433023.07位移mm0.881290.921330.98141.07151.105291.155971.231991.2605載荷N3490.824300.395644.548024.749099.7810949.114275.515700位移mm1.303271.36741

7、1.463631.5載荷N17946.521523.92761130424 8板簧分公司類型項目單位CAECAE分析數(shù)據(jù)扭轉扭矩N.m0.00 0.32 1.27 3.90 10.54 26.59 31.95 轉角deg02 4 7 12 18 20 扭矩N.m轉角deg偏擺扭矩N.m0.00 0.38 0.64 0.76 0.96 1.34 2.08 2.42 轉角deg0.00 0.70 0.87 0.94 1.04 1.19 1.41 1.49 扭矩N.m3.01 3.25 3.66 4.35 5.62 6.20 7.19 8.98 轉角deg1.62 1.66 1.73 1.84 2.

8、00 2.05 2.14 2.28 扭矩N.m9.74 11.01 13.15 14.02 15.41 17.67 18.59 20.02 轉角deg2.33 2.40 2.51 2.56 2.62 2.71 2.75 2.80 扭矩N.m22.30 22.52 22.60 22.73 22.78 22.78 22.79 22.79 轉角deg2.88 2.89 2.89 2.90 2.90 2.90 2.90 2.90 三、改進方案CAE模擬分析 9板簧分公司三、改進方案CAE模擬分析 10板簧分公司三、改進方案CAE模擬分析 計算數(shù)據(jù)表明：按圖紙要求結構制作樣件，當徑向剛度接近圖紙要求時，

9、軸向剛度達到20283N/mm，0-0.5mm范圍內剛度1278N/mm, 偏離圖紙設計曲線；而扭轉剛度及偏擺剛度僅有設計要求1/4和1/8，整體性能不滿足設計要求。CAE分析表明，圖紙設計的橡膠襯套結構與橡膠特性可能不匹配。分析表明，圖紙設計的橡膠襯套結構與橡膠特性可能不匹配。 11板簧分公司四、產品試驗試驗設備 徑向、軸向剛度檢測設備扭轉、偏擺剛度檢測設備 12板簧分公司四、產品試驗試驗標準 1、 雖然橡膠彈性模量是變化的，即力變形曲線為非線型。但是在變形量非常小時（即拉伸或壓縮量小于25%時），力變形曲線仍可假設為線型。故測試橡膠剛度性能可通過線性計算數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進行比照來進行，即比曲

10、線吻合比曲線吻合度度。 2、各方統(tǒng)一試驗方法、夾具，以四個方向剛度性能指標、臺架壽命及隨整車道路試驗情況判別襯套總體技術水平。 13板簧分公司四、產品試驗檢測結果 1、徑向剛度：技術要求序號1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 0-1.5mm0-1.5mm位移范圍內剛度(N/mm)(N/mm)載荷（N） 3000 6000 9000 12000 15000 18000 位移(mm)0.350 0.600 0.800 1.000 1.250 1.500 12000位移允許范圍0.29750.40250.510.690.680.920.851.151.06251.43751.2751.7

11、2510200-13800改進前位移(mm)0.652 1.336 1.869 2.289 2.617 2.890 6228判定NONONONONONO改進后（1）位移(mm)0.391 0.760 1.085 1.403 1.652 1.859 9682判定OKNONONONONO改進后（2 2）位移(mm)0.360.81.1751.4751.711.929375判定OKNONONONONO改進后（3 3）位移(mm)0.180.440.680.911.111.2714173判定NONOOKOKOKNO進口件位移(mm)1.0661.8322.2992.4842.5312.5687009判

12、定NONONONONONO 14板簧分公司四、產品試驗檢測結果 2、軸向剛度：技術要求序號1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 0-1.125mm0-1.125mm位移范圍內剛度(N/mm)(N/mm)載荷（N）3000 6000 9000 12000 18000 位移(mm)0.510 0.750 1.125 1.178 1.375 8000位移允許范圍0.430.580.630.860.96-1.291.001.351.161.586800-9200改進前位移(mm)0.936 1.191 1.350 1.377 1.493 4500判定NONONONONO改進后(1)(1)位移(mm)

13、1.388 1.626 1.780 1.925 2.093 5056判定NONONONONO改進后(2)(2)位移(mm)0.91.21.416382判定NONONONONO改進后(3)(3)位移(mm)1.131.421.641.822.15487判定NONONONONO進口位移(mm)0.821.181.46428判定NONONONONO 15板簧分公司四、產品試驗檢測結果 1、 從試驗數(shù)據(jù)可以看出，按進口襯套原設計結構尺寸生產的復合襯套，徑向、軸向剛度與設計曲線吻合度曲線吻合度很低；相關試驗也表明，扭轉、偏擺剛度檢測曲線與設計要求也有較大差異。（右圖一試樣徑向剛度曲線測試圖）； 2、橡膠材料的型號及同一型號的配方調整對襯套四個方向剛度和臺架壽命影響較大； 3、橡膠硬度在HS6070，襯套剛度特性及疲勞壽命等綜合性能較好。 16板簧分公司五、總結與建議1、通過對不同型號的橡膠復合襯套反復試驗表明：符合產品設計結構尺寸的復合襯套，其剛度及疲勞壽命不一定合格；2、通過對天然橡膠配方改性，適當