变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析

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1、振动与冲击第33卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK变刚度橡胶球铰的刚度特性与疲劳寿命分析丁智平，杨荣华，黄友剑，卜继玲(1．湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲412007；2．株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)摘要：进行变刚度橡胶球铰的承载特性研究，有限元数值分析与实验结果均表明其刚度曲线表现为明显的非线性特性。正常载荷工况刚度值小、平稳，极限载荷刚度曲线出现拐点，刚度值显著增大。改变橡胶球铰的止挡高度，会直接影响刚度曲线的拐点位置。可据载荷工况，通过调整止挡高度改变刚度特性。据橡胶超弹特性，用有限元分析数据计

2、算疲劳载荷工况下球铰危险点的等效应力范围，结合s一Ⅳ曲线对橡胶球铰的疲劳寿命分析预测，并通过台架疲劳实验验证。结果显示橡胶球铰经150万次疲劳试验后未失效，与寿命预测值基本吻合。关键词：橡胶球铰；刚度；等效应力；疲劳寿命中图分类号：TQ332；U467．4+97文献标识码：AAnalysisonthestifnessandfatiguelifeofvariablestifnessrubberbushingDINGZhi-ping，YANGRong—hua，HUANGYou-jian，BUJi1ing(1．SchoolofMechanicalEngineer

3、ing，HunanUniversityofTechnology，Zhuzhou412007，China；2．ZhuZhouTimeNewMaterialTechnologyCo．，Ltd．Zhuzhou412007，China)Abstract：Thebearingbehaviorofavariable—stiffnessrubberbushingwasstudied．Boththefiniteelementanalysisandexperimentalresultsshowthatthestiffnesscurvehasobviousnonlineari

4、ty．Thestiffnessvalueissmallandstationaryundernormalloadconditions，andgrowsupsignificantlywithobviousinflectionpointonthestiffnesscurveunderultimateload．Thepositionoftheinflectionpointonstiffnesscurvecanbedirectlyaffectedbychangingtheheightofstopcatchinrubberbushing．Hencethestiffne

5、ssoftherubberbushingcanbechangedbyadjustingtheheightofstopcatchaccordingtoworkingconditions．Theresultsoffiniteelementanalysiswereusedtocalculatetheequivalentstressrangeofperilpointoftherubberbushingunderfatigueloadingaccordingtothehyperelasticcharacteristicsofrubbermateria1．Thefat

6、iguelifeoftherubberbushingwaspredictedwithS—Ncurveandthenwasverifiedbyfatiguebenchtestresult．Theresultsindicatethattherubberbushingdoesnotfailafter1．5millioncyclesinfatiguetest，andthetestedfatiguelifeisaccordantwiththepredictedone．Keywords：rubberbushing；stiffness；equivalentstress；

7、fatiguelife随着轨道交通的迅猛发展，对车辆安全性、舒适疲劳寿命的研究，主要有基于连续介质力学理论的裂性可靠性要求更高J。橡胶弹性减振元件可承受牵纹萌生寿命分析方法与基于断裂力学理论的裂纹扩展引、悬挂、隔振、缓冲作用，已被广泛用于轨道交通、高寿命分析方法J。前者通过研究橡胶元件局部位置的速车辆减振系统中J。而橡胶球铰具有柔性连接及减应力、应变变化历程预测橡胶元件寿命；后者则通过研缓振动冲击作用，且不产生机械摩擦、无需润滑、噪声究橡胶元件局部位置微小裂纹扩展过程预测橡胶元件低、结构简单、无需维护等优点，成为轨道交通工程中疲劳寿命。两种方法均有不足，较

8、难设计合适的试验广泛应用的弹性减振元件。方法确定橡胶元件局部位置应