橡膠球鉸的剛度與疲勞壽命分析.pdf

1、橡膠材料包括天然橡膠和合成橡膠,因其具有超彈性、大變形等力學特性,在許多工程領域都得到廣泛應用。本文中研究的橡膠球鉸是由金屬外套、金屬芯軸和橡膠筒組成,廣泛應用在機械、鐵道車輛以及汽車等領域,用于傳遞軸向、徑向、扭轉、偏轉等多向載荷,同時在載荷傳遞過程中起到消減沖擊和振動的作用。由于載荷傳遞的需要,橡膠球鉸必須具有合適的剛度。另一方面,橡膠球鉸通常在交變載荷下使用,球鉸可能因疲勞而失效,因此研究其疲勞性能同樣具有非常重要的意義。為提高疲

2、勞強度和使用壽命,通常在球鉸制作過程中對金屬外套進行擠壓,使橡膠部分處于徑向預壓狀態(tài)。然而擠壓引起的預壓縮量對各向剛度和疲勞壽命的影響卻少有研究。
　　本文以現(xiàn)代軌道交通車輛常用的一種橡膠球鉸為研究對象,研究其橡膠材料的本構行為、球鉸的剛度和疲勞壽命。主要研究內容與結果如下:
　　1.簡要評述了橡膠超彈性本構模型的研究進展。對球鉸用橡膠材料的標準試樣開展單軸拉伸、等雙軸拉伸和平面拉伸力學行為測試,并通過常用的幾種橡膠超彈性本

3、構模型進行分析,討論各模型對球鉸橡膠本構行為描述的適用性。結果表明,四階Ogden模型可以很好地描述各實驗的力學行為。
　　2.對橡膠球鉸進行軸向、徑向、偏轉和扭轉靜剛度測試和有限元分析,兩者結果基本吻合。在有限元分析中考慮了預壓縮量對靜剛度的影響,結果表明,各向剛度均隨預壓縮量的增大而增大。
　　3.對橡膠沙漏試樣進行疲勞測試,結果顯示其疲勞壽命與最大對數(shù)主應變滿足負冪律關系。將材料的疲勞壽命方程應用到橡膠球鉸的疲勞壽命分