．设计开发． 通过多体动力学计算分析来对橡胶衬套进行６ 从表３可知．驾驶室悬置橡胶衬套进行刚度 向刚度的重新匹配。根据相关尺寸要求．将驾驶室 重新匹配后其横向（Ｙ向）受力降幅分别达到７－３％ 悬置模型在ＰＲＯ／Ｅ软件中建立后将其导入ＡＤＡＭＳ 和８．１％．说明调整刚度后的橡胶衬套的横向受力与 中．在ＡＤＡＭＳ模型中建立相关约束．从而得到整个 原有结构比有改善趋势。该趋势将有利于提高驾驶 驾驶室悬置系统的虚拟样机模型 该动力学模型采 室悬置衬套的疲劳使用寿命。 用固定副将翻转轴总成与车架连接．采用ｂｕｓｈ模块 ２．１．２衬套有限元模型建立及分析 模拟驾驶室悬置橡胶衬套 采用有限元设计建模方法来对橡胶衬套进行结 针对模型输入的相关参数如表ｌ所列。 构设计．其基本原理是采用Ｍｏｏｎｅｙ—Ｒｉｖｌｉｎ模型来 表１ 驾驶室悬置虚拟样机模型参数 描述橡胶材料在受力作用下的变化ｆ４１ 根据所要求 ￣Ｎ／ｋｇ １０５０（包含驾驶员２人） 的参数．采用ＦＥＡ分析方法进行产品的刚度匹配设 簧刚度／Ｎ．ｍｍ一前减振器弹 ６５ 后减振器弹簧 刚度／Ｎ．ｍｍ一 ５５ 计。模型基本形式如下： 驾驶室重心 １３３６ 驾驶室转动 Ｉｘｘ ６１２ 位置／ｍｍ ｙ ２８ 惯量／ｋｇ・Ｉｒｆ ＩＹＹ ５１２ Ｕ＝Ｃ ｏ（１１—３）＋ （，２—３）＋ （Ｊ－１） （１） Ｚ ８９０ １ ６８１ 纵向跨度／ｍｍ 减振器 ｒ上 ２０３３ 横向跨度／减振器 ｍｍ ｂ １１９３ 式中， 为应变能密度函数：， 和，１分别为第１和第 图３所示为驾驶室悬置系统动力学模型示意 ２变形张量不变量；Ｉ，为体积比，当材料不可压缩时， 图．以衬套ｂｕｓｈ ｌ和ｂｕｓｈ ２的ｙ向最小受力为设 ｊ＝ｌ；Ｃ 。、Ｃ。 均为材料系数，通过单轴拉伸试验得 计目标．在ＡＤＡＭＳ中采用试错法．对衬套分别输入 到；Ｄ．为材料常数，由材料试验可知，当所有Ｄ．为０ ６向刚度的初始刚度值．并根据汽车运行过程中驾 时。说明材料完全不可压。 驶室极限偏离情况．在ＡＤＡＭＳ样机模型中．对驾驶 同时．橡胶材料的应力一应变关系可由应变能 室重心输入一个Ｚ向和 向、幅值分别为３０ ｍｍ和 密度函数对橡胶材料的主伸长比求导得出．其基本 １５ ｍｍ的激励来考虑橡胶衬套的受力情况 通过进 形式如下： 行多组数据的橡胶衬套受力平均值分析计算与统 计，确定橡胶衬套横向（Ｙ向）受力最小时橡胶衬套 ２（Ａ 等÷等 （几 ，２２）（，３２） 的６自由度方向刚度值 式中，ｉ分别代表材料的３个主方向；Ａ 为材料主方 向的伸长比；ｔ 表示主方向的应力；Ｐ反映为一未知 压力。 根据单轴拉伸试验简化结果可得：Ａ：＝Ａ １／Ａ ， ｔ，＝ ＝０，则联立式（１）和式（２）可以求得： 图３驾驶室悬置系统动力学模型示意 Ｙ＝Ｃ１ｏ＋ＸＣ０１ （３） 新刚度值与原有刚度性能值比较如表２所列． 其中，Ｙ＝ｔ ／２（ａ１一 ）， ＝— １其中 、Ｋ 、 为３个方向的径向刚度， 、Ｒ、 为 ，根据测试不同拉 Ａ１ “１ ３个方向的偏转刚度。 伸比下的应力值ｔ，可以得到橡胶材料参数Ｃ ＝ 表２衬套刚度参数匹配结果对比 刚度 Ｋｘ／ Ｋ ｜ ７／ Ｐｘ／Ｎｍ・ Ｐｙ／Ｎｍ・ ，Ｎｍ・ ０．４７，Ｃ。 ＝０．１３。根据该参数而采用ＡＢＡＱＵＳ软件 ｋＮ・ｍｍｑ ｋＮ・ｍⅡ ｋＮ・ｍｍｑ （。）Ｉ１ （。）Ｉ１ （。）－１ 计算橡胶衬套在各个方向的刚度性能．并根据该 性能值 原有 ３．５ ０．４６ ３．５ ７．５ ７．５ １０．７ 性能确定衬套的最终结构．从而达到优化衬套结 性能值 优化 ５ ０．５ ２．５ ９ １０ ６．５ 构的目的 分析优化前、后橡胶衬套受力数据平均值．得出 为了验证优化设计后的产品是否满足要求．对 衬套横向受力趋势如表３所列。 新结构试制产品进行ｙ向（主要使用方向）刚度检 表３优化前、后橡胶衬套受力结果对比 测并与有限元分析设计时刚度曲线进行对比（图 参数 ｂｕｓｈ １ ｂｕｓｈ ２ 向 ｌ，向 Ｚ向 向 ｙ向 Ｚ向 ４）。由图４可知，在０－２ｍｍ范围内，通过有限元分 原结构受力 ３９０ ５９２ ５２６ ４９６ ５９ １５３ 析设计衬套２ ｍｍ时刚度的结果为４．９ ｋＮ／ｍｍ．试制 新结构受力，Ｎ ３８１ ５４９ ５２１ ４６４ ５４ １６８ 变化幅值 －２Ｉ３ －７．３ —１．０ －６．５ —８．１ ＋９．８ 产品压缩２ｍｌＴｌ时刚度为５．４ｋＮ／ｍｍ，设计误差在１０％ ２０１４年第１期 一１５— ．设计开发・ 范围内，说明设计性能与实际产品性能相符。同理， 采用上述方法对其他方向刚度参数进行有限元设 计。并最终确定橡胶衬套结构设计如图５所示。 ｌ２ １０ 至８ ６ 铺４ ２ Ｏ 位移／ｍｍ 图４ Ｙ向压缩２ ｍｍ时刚度曲线对比 丫 ｙ Ｚ 图５优化后衬套结构不意 ■ ２．２驾驶室悬置的振动测试分析 为了获知橡胶衬套结构改进对整个驾驶室悬置 的影响．对驾驶室悬置进行实际振动测试。该测试 采用ＩＮＶ３０２０数据采集仪、ＤＡＳＰ—Ｖ１０测试软件等 设备进行数据采集分析。 在驾驶室左前和右后端分别布置振动测点．并 测试垂向（Ｚ向）的振动加速度，具体分析对比结果 如表４和表５所列。 表４左前端匀速工况下振动加速度有效值比较结果 匀速工况／ｌ（ｍ・ｈ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ 加速 度 原有 结构 ０．４４ Ｏ．６７ ０．５０ ０．４３ ０．４２ ０．４６ Ｏ．８ｌ ／ｍ．ｓ－２ 结构 优化 ０．２６ ０＿３０ ０．３０ ０．３９ ０．４０ ０．６０ ０．６Ｏ 表５右后端匀速工况下振动加速度有效值比较结果 匀速工况／ｋＩＩ１・ｈ一１ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ 加速 度 原有 结构 ０．４５ Ｏ．８Ｏ Ｏ．６１ ０．６１ ０．６４ ０．８２ １．Ｏ５ ／ｍ・ｓ 优化 结构 Ｏ．２８ Ｏ－４２ ０．６５ ０．４９ ０．６０ ０＿８５ １．００ 由表４和表５可知．除时速８０ ｋｍ／ｈ及５０ ｋｍ／ｈ 时加速度值有一定增幅外．其余时速下驾驶室测 试点位置的加速度值均有不同程度的下降．说明 改进后的衬套结构对驾驶室的减振性能具有积极 的影响。 ２．３衬套疲劳测试分析 由于橡胶衬套横向受力较大容易造成产品损 害．因此对橡胶衬套横向进行相应的疲劳寿命测 试 通过测试相同疲劳试验次数下的横向刚度变 化率来对比优化结构前、后的衬套疲劳寿命，结果 一１６一 如图６所示 （８）原有结构衬套疲劳试验结果 位移／ｍｍ （ｂ）优化后衬套疲劳试验结果 图６疲劳试验及其结果示意 由图６可知．通过对橡胶衬套横向施加４ ｍｍ 位移，频率为２ Ｈｚ，可以得到产品３Ｏ万次试验下， 原有结构衬套轴向４ ｍｍ时刚度由Ｏ．４５ ｋＮ／ｍｍ增加 至０．５５ ｋＮ／ｍｍ，刚度变化率为２２％：优化后衬套轴向 ４ ｍｍ时刚度由０．４８ ｋＮ／ｍｍ增加至０．５６ ｋＮ／ｍｍ．刚度 变化率为１６％。说明优化后橡胶衬套结构较原有结 构更为稳定．使用寿命更高。 ３结束语 ａ．采用联合建模方法．从整个系统角度及采 用有限元设计方法来对橡胶衬套进行设计分析是可 行的。 ｂ．通过对橡胶衬套的设计分析．其横向力分 别降低了７－３％和８．１％，同时通过产品疲劳试验对 比．使衬套轴向压缩４ ｍｍ时刚度变化率由２２％降 低至１６％．提高了产品的使用稳定性及使用寿命． 同时验证了有限元设计方法的合理性。 ｃ．通过对比优化结构前、后的驾驶室悬置振 动测试．优化结构后的橡胶衬套在一定程度上改善 了驾驶室的减振性能，提高了驾驶室的舒适性。 参考 文献 １ 刘方文．某重型卡车驾驶室悬置匹配分析：『学位论文１．长 春：吉林大学，２００４． ２罗金桥．邓楚南．新型全浮式驾驶室空气悬置在重型汽车 上的应用．商用汽车．２００６．９６～９８． ３黄友剑．驾驶室悬置翻转衬套有限元分析报告．株洲时代 新材料科技股份有限公司，２０１０，６（２）． ４刘建勋．张亚新．黄友剑腐铁大变形橡胶止挡非线性刚度特 性曲线计算精度分析计算机辅助工程，２０１ １，２０（１）：１３２￣１３５． （责任编辑晨曦） 修改稿收到１５１期为２０１３年６月２日。 汽车技术