靜剛度的案例
汽車懸架橡膠襯套靜剛度設(shè)計方法
摘要:基于剛度疊加法的原理、非線性有限元分析及優(yōu)化理論，提出了懸架襯套3 個方向靜剛度的設(shè)計方法。以某乘用車懸架橡膠襯套的三向靜剛度設(shè)計為例論述了該方法的有效性。該方法對懸架襯套三向靜剛度的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞
:橡膠襯套;三向靜剛度;剛度疊加;有限元分析;優(yōu)化設(shè)計
汽車懸架橡膠襯套為懸架系統(tǒng)中重要的彈性元件，三向靜剛度是襯套的重要性能參數(shù)，該參數(shù)對汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性具有較大影響［1］。
在計算懸架襯套的三向靜剛度時，目前大都采用試湊的方法，或者利用工程中的一些簡單計算公式進行計算［2 － 4］。根據(jù)某乘用車懸架系統(tǒng)橡膠襯套的三向靜剛度設(shè)計要求，基于剛度疊加法、非線性有限元分析和優(yōu)化理論，文中提出了懸架襯套3 個方向靜剛度的設(shè)計計算方法。首先對襯套進行參數(shù)化，利用ABAQUS 軟件計算襯套的三向靜剛度與一系列襯套參數(shù)的關(guān)系; 然后進行數(shù)據(jù)擬合，得到襯套的三向靜剛度與襯套參數(shù)的關(guān)系; 最后通過優(yōu)化計算，得出滿足襯套三向靜剛度要求的襯套參數(shù)。給出了一個計算分析實例，說明了文中論述方法的有效性，該方法可以提高懸架襯套三向靜剛度的設(shè)計效率。
1 襯套的參數(shù)化和參數(shù)的確定
圖1 為要求設(shè)計的橡膠襯套安裝圖。橡膠體的內(nèi)外表面分別與鑄鋁內(nèi)管、尼龍外管硫化。其中高度H、內(nèi)徑d 和外徑D 是橡膠體的主要尺寸。襯套三向靜剛度的要求見表1。
由于該懸架襯套2 個徑向剛度( Kx，Ky ) 的要求值不一樣，為此把襯套在xy 平面內(nèi)的橡膠體設(shè)計成如圖2 所示的十字架形狀。襯套的橡膠體用2 個寬度參數(shù)b1，b2 進行離散化。
展開 認識網(wǎng)格4 | 選擇合適的網(wǎng)格密度(梁_靜剛度)
那么對于使用梁單元搭建的模型，多大的網(wǎng)格密度才能捕捉到結(jié)構(gòu)的靜剛度呢？本文主要遵循由簡到繁的思路，通過案例對比的方式，和大家一起探討下其中的問題。
需要重點強調(diào)的是：本文案例使用的求解器為HyperWorks的結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化求解器OptiStruct，單元類型為cbeam，對應(yīng)的分析問題為靜剛度問題，對于不同求解器中的梁單元，可能由于單元性質(zhì)的不同得到不一樣的結(jié)論，比如筆者試過使用ANSYS的beam188計算得到的部分結(jié)論與本文并不一致。
靜剛度
一般結(jié)構(gòu)分析的目的是為了得到結(jié)構(gòu)的剛度和強度信息，每種根據(jù)對應(yīng)的工況類型又有靜力和動力之分，其中靜剛度是最為基本也是最為重要的分析內(nèi)容，所以文章選擇以此為切入點展開探討。
如圖所示懸臂梁，梁長10mm，截面0.2*0.2mm，分別計算結(jié)構(gòu)在集中力0.01N，彎矩0.1Nmm，均布力0.001N/mm作用下的端部撓度，下面是統(tǒng)計結(jié)果：
可能有些小伙伴會對上面的計算結(jié)果有所疑惑，因此這里將劃分1份網(wǎng)格和劃分16份網(wǎng)格的變形結(jié)果放在一起進行對比：
通表格對比數(shù)據(jù)和變形圖示可以得到兩個重要結(jié)論：
①1根梁單元已經(jīng)可以比較好的表達自身在集中力，集中力矩，均布力作用下的彎曲剛度。通過上述變形圖可以看出，劃分1份網(wǎng)格和劃分16份網(wǎng)格，梁端部的變形是一致的。
②1根梁單元不足以表達復(fù)雜的變形量。通過上述變形圖可以看出，雖然端部結(jié)果基本一致，但是1份網(wǎng)格只能表達基本的線性變形，其余部分的變形量與真實變形相差較大。
展開 基于samcef的一種機床整機剛度的優(yōu)化設(shè)計方法
發(fā)明公開了一種機床整機靜剛度的優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：應(yīng)用pro/E軟件建立機床整機簡化模型；將機床簡化模型導(dǎo)入samcef軟件中，建立整機有限元模型；對整機大件結(jié)構(gòu)剛度特性進行參數(shù)化，確定設(shè)計參數(shù)和設(shè)計空間；應(yīng)用中心復(fù)合試驗設(shè)計方法選取有限元分析的試驗樣本點；對試驗樣本點進行有限元分析，得到樣本點的整機靜剛度響應(yīng)值；簡歷大件結(jié)構(gòu)剛度特性參數(shù)與機床整機靜剛度的響應(yīng)面模型；分析各大件結(jié)構(gòu)剛度對機床整機靜剛度的靈敏度，確定靜剛度薄弱環(huán)節(jié)，進行優(yōu)化設(shè)計。該發(fā)明通過有效地確定機床整體各結(jié)構(gòu)對機床整機靜剛度的靈敏度及發(fā)現(xiàn)制約機床靜剛度提高的薄弱環(huán)節(jié)，為機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供重要的依據(jù)以及指導(dǎo)設(shè)計人員對機床薄弱大件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。
具體步驟詳細見附件。
一種機床整機靜剛度的優(yōu)化設(shè)計方法.pdf
展開 某純電動車開空調(diào)車內(nèi)振動噪聲分析與優(yōu)化
由于動力總成剛體模態(tài)與懸置靜剛度相關(guān)性大，且調(diào)整靜剛度改動較小，但懸置靜剛度與隔振性能也強相關(guān)，所以首先考慮驗證將動力總成剛體模態(tài)與方向盤模態(tài)及聲腔模態(tài)解耦方向進行。該車動力總成懸置采用3點式支撐結(jié)構(gòu)，左右懸置相同，3個懸置設(shè)計狀態(tài)靜剛度也相同。為了判斷各懸置靜剛度對pitch剛體模態(tài)影響趨勢，先后更換不同靜剛度的左、右懸置和全套懸置樣件，并進行動力總成剛體模態(tài)測試，其懸置靜剛度參數(shù)及pitch剛體模態(tài)變化見表1所示。
表1 動力總成Ry剛體模態(tài)隨懸置靜剛度變化表
通過對表1進行分析，可以看出方案1僅改變左右懸置靜剛度，此時pitch剛體模態(tài)基本無變化，主觀評價其改善效果也不明顯。方案2在方案1基礎(chǔ)上僅改變后懸置靜剛度，pitch剛體模態(tài)則提高了8Hz，其車內(nèi)振動噪聲測試結(jié)果見圖5、圖6中方案2所示。相比于原狀態(tài)，車內(nèi)振動噪聲峰值轉(zhuǎn)速從3000r/min提高到了3400r/min附近，方向盤振動有一定的改善，但駕駛員右耳噪聲變得更差，主觀評價不可接受。故通過提高懸置靜剛度來提高pitch剛體模態(tài)方向不可行，轉(zhuǎn)而往降低靜剛度方向進行驗證。經(jīng)綜合評估懸置靜剛度對整車耐久及隔振性能的影響，左右懸置及后懸置靜剛度最低可降至250N/mm和300N/mm，此方案測試結(jié)果見表1方案3所示，其pitch剛體模態(tài)僅降至43Hz，經(jīng)主觀評價該方案改善效果也不明顯，故將下一步優(yōu)化方向放在加強傳遞路徑隔振上。由于原狀態(tài)壓縮機是通過鑄鋁支架與驅(qū)動電機進行硬連接，為了降低壓縮機與動力總成剛體模態(tài)共振的振動激勵，決定對壓縮機支架采取增加襯套隔振措施。具體優(yōu)化方案為將壓縮機支架由原狀態(tài)4點剛性連接變更為3點橡膠襯套連接，壓縮機支架優(yōu)化方案如圖12所示。
展開 
NVH_動剛度的定義
對于線性系統(tǒng)，剛度表示為作用在系統(tǒng)上的載荷力F與其受力變形量D之間的比值。正如系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)（振型，頻率與阻尼），剛度也是系統(tǒng)的固有特性，它不受外界載荷和響應(yīng)的影響。在系統(tǒng)中施加靜力載荷并測量位移響應(yīng)，兩者之比就可以得到系統(tǒng)的靜剛度，表達式如下：
K=F/D
其中，k為靜剛度，單位N/mm；
D為位移響應(yīng)，單位mm；
F為載荷，單位N。
當在系統(tǒng)中施加動態(tài)載荷（載荷隨頻率變化而變化）并測量位移響應(yīng)，兩者之比就可以得到系統(tǒng)的動剛度，動剛度表達式推導(dǎo)如下。
對于一個單自由度彈性阻尼系統(tǒng)，其動力學方程為：
將位移響應(yīng)x與激勵力f設(shè)為：
將上式代入振動方程可得動剛度的表達式為：
從動剛度的表達式可以看出，動剛度是與激勵頻率有關(guān)的函數(shù)，剛度值隨著頻率ω的變化而改變，而不再是一個固定值，其中包含著實部和虛部，其幅值為：
當激勵頻率ω=0時，動剛度與靜剛度相等，說明靜剛度是動剛度的一種特殊情況。
從動剛度的幅值表達式可以看出，動剛度的值除了與系統(tǒng)靜剛度k和激勵頻率ω有關(guān)外，還與系統(tǒng)的質(zhì)量m和阻尼c有關(guān)。當系統(tǒng)在某一頻率段內(nèi)出現(xiàn)動剛度不足需要對系統(tǒng)進行優(yōu)化的時候，可以從提高系統(tǒng)靜剛度，調(diào)整質(zhì)量，增加阻尼，改變激勵頻率等方向?qū)ο到y(tǒng)進行針對性優(yōu)化，達到提高系統(tǒng)動剛度的目的。
展開 底盤橡膠部件低溫特性的試驗研究
因此本文中在研究底盤橡膠部件在不同溫度下動剛度和相位角的變化特性時將試驗溫度點設(shè)為：-40，-35，-30，-25，-20，-15，-10，-5，0，20，40，60和80℃。
每次試驗前，為消除Mullin效應(yīng)，先用測量范圍1.1倍的力進行3次靜態(tài)試驗，然后進入正式測試階段。
為消除傳感器噪聲的影響，提高數(shù)據(jù)的可靠性和真實性[6]，本文中利用Matlab語言對采集信號進行預(yù)處理。
2 靜態(tài)特性試驗研究
底盤橡膠部件的主要特性有頻率依賴性?振幅依賴性和溫度依賴性[7-10]。橡膠部件的常規(guī)特性試驗有兩種，即靜態(tài)特性試驗和動態(tài)特性試驗。
靜態(tài)特性指的是在靜態(tài)載荷作用下橡膠部件的特性，例如汽車在停放狀態(tài)下橡膠部件的剛度特性。通過靜剛度的調(diào)整可控制整車和各總成的定位參數(shù)。
本文中以0.1mm/s的加載速度采用三角波的方式進行試驗，得到后縱臂軸套X方向靜剛度曲線，如圖3所示，相應(yīng)數(shù)據(jù)見表1。
圖4為X方向靜剛度隨著溫度的變化曲線。由圖可見，靜剛度基本上隨著溫度的下降而增大，-40℃時的靜剛度約為80℃時靜剛度的1.3倍。以常溫時的靜剛度為基準，在-40℃時，靜剛度提高了24.4%(表1)，而在0℃以上溫度段內(nèi)變化不大。這說明與高溫段內(nèi)的變化相比，在低溫段內(nèi)橡膠部件的靜態(tài)特性變化較明顯。
3 動態(tài)特性試驗研究
3.1 振幅為0.1mm時的動態(tài)試驗
圖5和圖6分別為在不同溫度下后縱臂軸套的動剛度和相位角隨頻率而變化的曲線。-40和80℃兩種溫度下的相應(yīng)數(shù)據(jù)見表2和表3。可以看出，隨著溫度的下降，軸套的動剛度和相位角都不斷增大。
展開 基于ABAQUS的橡膠懸置膠合件剛度仿真計算
其設(shè)計圖紙上標注的三向剛度如表1所示，膠料硬度是邵氏50±5度。
圖1 膠合件結(jié)構(gòu)
表1設(shè)計要求
1、 網(wǎng)格劃分
采用HYPERMESH對圖一懸置進行網(wǎng)格劃分到的有限元模型如圖2所示。
2、材料設(shè)置
把劃分好的網(wǎng)格導(dǎo)入ABAQUS中，設(shè)置其材料參數(shù)，由于不同本構(gòu)模型對橡膠懸置膠合件剛度計算結(jié)果有一定的影響。結(jié)合何小靜，上官文斌發(fā)表的《橡膠隔振器靜態(tài)力－ 位移關(guān)系計算方法》一文的研究結(jié)果表明，Mooney-Rivlin 模型的計算精度最高，其相對誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進行計算。50度膠料的M-R材料常數(shù)C10=0.2969，C01=0.0584。
3、剛度求解
3.1求解X方向剛度
按表 1要求，做如下設(shè)置：在Z方向先預(yù)載8mm，再在X向加載500N。取值0~5.6mm,對X向靜剛度進行求解。
求得的力和位移關(guān)系見表2所示，用表中數(shù)據(jù)進行畫圖差值可得到圖3所示的X向靜剛度為38N/mm,與設(shè)計值非常接近，其變形云圖見圖4所示
表2 X向力和位移關(guān)系表
圖3 X向剛度差值結(jié)果
圖4 X向云變形圖
3.2求解Y方向剛度
按表 1要求，做如下設(shè)置：在Z方向先預(yù)載8mm，再在X向加載1000N。取值2~4mm,對Y向靜剛度進行求解。
求得的力和位移關(guān)系見表3所示，用表中數(shù)據(jù)進行畫圖差值可得如圖5到Y(jié)向靜剛度為98N/mm,與設(shè)計值80N/mm有一定差異，見圖4。其變形云圖見圖6.
展開 基于ABAQUS超彈性材料橡膠襯套的剛度計算 附基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模下載
圖8、應(yīng)變云圖
3、剛度曲線：借助ABAQUS軟件的歷程輸出數(shù)據(jù)，我們可以做出整個加載過程中的位移與作用力的關(guān)系曲線，即得到了該硬度下，此橡膠襯套的靜剛度曲線。
圖9、橡膠襯套的靜剛度仿真曲線
如果將我們的載荷換成如圖10的正弦加載曲線，我們還可以得到該硬度下，固定頻率的動剛度的遲滯曲線，進而得出其動剛度。
圖10、動態(tài)加載曲線、結(jié)果可視化云圖與遲滯曲線
下載地址：基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模
關(guān)于橡膠材料性能清單
6、橡膠硬度和剛度沒有對應(yīng)關(guān)系，硬度是橡膠經(jīng)配合、煉膠、硫化后膠料自身的特性，剛度是橡膠產(chǎn)品的特性，但結(jié)構(gòu)尺寸一定，剛度隨硬度增加而增大。
7、靜剛度4kg/mm應(yīng)該對應(yīng)橡膠邵氏硬度多少度：靜剛度是對產(chǎn)品成品的整體彈性特新來說的，每壓縮1毫米需要4公斤力，和產(chǎn)品截面和高度都相關(guān)聯(lián)，而邵氏硬度是描述橡膠材料本身軟硬程度的一個測量表述值，如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定了，那么可以調(diào)整橡膠硬度來滿足4Kg/mm，反之如果確定了使用什么硬度的材料，那么可以調(diào)整產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸來達到靜剛度規(guī)定值，顯然，把這個試驗調(diào)試交給橡膠生產(chǎn)廠來做更方便，設(shè)計使用方只需要靜剛度結(jié)果進行驗收。一般設(shè)計時用邵氏A60度值時的彈性模量來做設(shè)計計算，出現(xiàn)不大的偏差由生產(chǎn)來調(diào)整。可以向橡膠生產(chǎn)廠索要直徑10毫米高10毫米的試粒樣品來自行測定該硬度橡膠的彈性模量
8、減震橡膠的作用:代替金屬彈簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在靜剛度、動剛度、耐久性能上。
減震橡膠的特點:(與金屬彈簧相比膠) ；
①橡膠是由多種材料相組合而成,同一種形狀通過材料調(diào)整可以擁有不同的性能.；
②橡膠內(nèi)部分子之間的摩擦使它擁有一定的阻尼性能,即運動的滯后性(受力過程中橡膠的變形滯后于橡膠的應(yīng)力).；
③橡膠在壓縮、剪切、拉伸過程中都會產(chǎn)生不同的彈性系數(shù)。
轉(zhuǎn)自CAE技術(shù)聯(lián)盟微信平臺
展開 某汽車動力總成橡膠懸置疲勞計算
圖3 懸置有限元建模
2.3 懸置靜剛度分析
此動力總成懸置系統(tǒng)為四點支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)動機側(cè)懸置、變速箱側(cè)懸置及前后懸置，作為前懸置，主要考慮其主方向X 和Z 向的剛度。本文主要考慮其Z 向的剛度要求。
在ABAQUS 軟件中計算得到失效懸置Z 向剛度曲線如圖4 所示。在懸置線性段，Z 向力-位移曲線測試值、計算值與目標值吻合較好；由于在大位移下橡膠主簧發(fā)生較大變形，網(wǎng)格變形嚴重，計算不易收斂，故一般計算出懸置的拐點即能得出懸置的非線性特性。將懸置測試、計算與目標線性段靜剛度分別為71N/mm，65N/mm 與68N/mm，可知計算值和目標值的誤差控制在10%以內(nèi)。
圖4 失效懸置力-位移曲線
2.4 懸置應(yīng)變分析
在失效懸置Z 方向加載疲勞工況載荷力（拉壓載荷），找出主簧最大應(yīng)變集中處的應(yīng)變，如圖5 所示。
圖5 失效懸置應(yīng)變分析結(jié)果
從上圖可以看出，在疲勞工況載荷下，懸置Z 向上拉的最大應(yīng)變是0.436，懸置Z 向下壓的最大應(yīng)變是0.621；采用ABAQUS計算出的應(yīng)變集中位置與圖1 中實際零件疲勞破壞位置一致，在一定程度上說明采用ABAQUS 計算懸置在疲勞工況下的應(yīng)變來反映其疲勞特性是可行的。
3 懸置新結(jié)構(gòu)設(shè)計更改
3.1 懸置新老結(jié)構(gòu)更改對比
針對老結(jié)構(gòu)懸置的失效，在失效懸置基礎(chǔ)上對其結(jié)構(gòu)進行更改，重新設(shè)計了另外一種新結(jié)構(gòu)懸置，新老結(jié)構(gòu)差異對比如圖6 所示。
圖6 新老懸置結(jié)構(gòu)對比
3.2 新結(jié)構(gòu)懸置靜剛度分析
對新結(jié)構(gòu)懸置按照前述有限元邊界與材料本構(gòu)計算其靜剛度，其結(jié)果如圖7 所示，因橡膠主簧結(jié)構(gòu)未做調(diào)整，新結(jié)構(gòu)懸置線性階段剛度值沒有太大變化，通過更改+Z 向限位塊，+Z 向剛度曲線拐點靠后了，比老結(jié)構(gòu)更靠近目標值。
展開 從零開始學振動（2）
Q8 動態(tài)剛度和靜態(tài)剛度的區(qū)別是什么？動態(tài)剛度是怎樣產(chǎn)生的？與什么因素有關(guān)？為什么在動力學計算過程中代入得是靜剛度而不是動剛度？
靜載荷下抵抗變形的能力成為靜剛度，動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需要的動態(tài)力。
靜剛度一般用結(jié)構(gòu)的在靜載荷作用下的變形多少來衡量，動剛度則是用結(jié)構(gòu)振動的頻率來衡量；如果動作用力變化很慢，即動作用力的頻率遠小于結(jié)構(gòu)的固有頻率時，可以認為動剛度和靜剛度基本相同。否則，動作用力的頻率遠大于結(jié)構(gòu)的固有頻率時，結(jié)構(gòu)變形比較小，動剛度則比較大。但動作用力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相近時，有可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象，此時動剛度最小，變形最大。機械上好像將動剛度叫做位移阻抗。動剛度產(chǎn)生的原因是非線性位移向的引入。
圖1
動剛度值與運動中的初始應(yīng)力有關(guān)，即與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，在開始計算是應(yīng)該是無法直接得到的，另很多情況時剛度變大是好的趨勢，而且影響不大，通常簡化成線性問題以便于計算。
Q9 何謂本構(gòu)關(guān)系？
本構(gòu)關(guān)系是彈性力學里材料的位移與作用力的關(guān)系，確切的講是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，有線性和非線性之分。
本構(gòu)關(guān)系(constitutive relations)
反映物質(zhì)宏觀性質(zhì)的數(shù)學模型。又稱本構(gòu)方程(constitutive equation)。歸納宏觀實驗結(jié)果，建立有關(guān)物質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系是連續(xù)介質(zhì)力學和流變學的重要研究課題。最熟知的本構(gòu)關(guān)系有胡克定律(Hooke's law)、牛頓粘性定律（見粘度）、理想氣體狀態(tài)方程、熱傳導(dǎo)方程等。
建立本構(gòu)關(guān)系時，為保證理論的正確性，須遵循一定的公理 ，即所謂本構(gòu)公理。
展開 
基于OptiStruct的電機機座尺寸優(yōu)化
電機機座靜強度分析載荷為定子、轉(zhuǎn)子、軸、前后端蓋、風機和接線盒質(zhì)量（為后續(xù)尺寸優(yōu)化做準備）。
電機機座前四階模態(tài)如圖3所示：
圖3 電機機座前4階模態(tài)
由圖3可以看出，電機機座一階模態(tài)為78.1Hz,遠遠的避開了電機電源的激勵頻率50Hz，因此，一階模態(tài)存在很大的優(yōu)化空間。
電機機座的靜剛度及強度結(jié)果如圖4所示：
圖4 電機機座靜剛度及強度
由圖4可以看出，機座的最大位移=0.078mm，最大應(yīng)力為32.6MPa，遠遠低于材料屈服強度，因此，電機機座靜剛度及強度存在很大的優(yōu)化空間。
本次優(yōu)化為尺寸優(yōu)化，主要考慮電機機座各個部分料厚的最優(yōu)分配，采用Altair HyperWorks中的OptiStruct進行優(yōu)化分析。
因此，網(wǎng)格模型采用中面四邊形，單元尺寸大小為5.0mm。
電機機座尺寸優(yōu)化中面網(wǎng)格模型如圖5所示：
圖5 電機機座尺寸優(yōu)化中面網(wǎng)格模型
本次尺寸優(yōu)化的部件如圖6所示：
圖6 電機機座尺寸優(yōu)化部件
各個優(yōu)化部件的尺寸及上下限值如表1所示，單位為mm。
材料屈服強度為235MPa，取安全系數(shù)為1.5，則最大應(yīng)力上限值Max stress=157MPa。整體最大位移Max displacement=1.0mm。第一階頻率>54Hz。
展開 主軸靜剛度計算實例（原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請注明出處）
材料：40Cr
分析類型：靜力學
技術(shù)難點：剛度軸承模擬
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
模擬過程：
通過彈簧建立剛度軸承
ABAQUS橡膠襯套靜態(tài)特性計算測試相關(guān)性分析
襯套線性靜剛度是由主簧結(jié)構(gòu)和橡膠類型決定的，因此在建模過程中僅對襯套主簧進行網(wǎng)格劃分。考慮到襯套內(nèi)外管均為金屬結(jié)構(gòu)，如鋁合金、20#鋼等，剛度遠高于橡膠主簧，因此在建模過程中均剛性處理。內(nèi)管與橡膠主簧硫化結(jié)合處，用剛性單元將襯套彈性中心與之關(guān)聯(lián)，作為激勵加載端。外管與橡膠主簧硫化結(jié)合處，建立6自由度的約束。四種襯套結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格模型如圖4 所示。
4 襯套測試與有限元分析結(jié)果對比
根據(jù)零件實測數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)，統(tǒng)計兩者的相對誤差。四種襯套結(jié)構(gòu)的力位移曲線的測試數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)分別見圖5、圖6、圖7 和圖8。
根據(jù)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，同一零件的各樣本的測試數(shù)據(jù)差異很小，所以剛度測試值最終取三個樣本的均值。下表
統(tǒng)計了襯套三向剛度的測試值與計算值。
襯套A 的X、Z 向測試值比計算值低5%左右，Y 向持平，計算擬合效果良好。
襯套B 三向剛度的測試值均比計算值高約13%，主要原因是該襯套采用模壓較高的注橡模制作產(chǎn)品，產(chǎn)品硬度高造成了剛度上升，但三向剛度比的吻合程度非常好。
襯套C 的Y、Z 向測試值比計算值高8%，但三向剛度比仍控制在6%之內(nèi)。
襯套D 也存在測試值明顯高于計算值的情況，但三向剛度比仍控制在6%之內(nèi)。
根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，襯套結(jié)構(gòu)三向剛度比例的計算測試相對誤差可控制在6%之內(nèi)，說明在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，通過有限元計算的方式可以較準確地控制結(jié)構(gòu)靜態(tài)性能，避免樣件試制過程的盲目性。同時，三向剛度的測試值由于零件的硫化時間和模壓等會導(dǎo)致較大的變化，與計算值的相對誤差可控制在15%左右。根據(jù)橡膠硬度與彈性幾近正比的關(guān)系，可控制膠料硬度的偏差在3 度左右。
展開 數(shù)控車床的基本部件
采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結(jié)構(gòu)。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性。
提高機床主機剛度和抗震性的方法通常包含：1-通過增加阻尼；2-調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量3-調(diào)整固有頻率4-提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)靜剛度；其中靜剛度（The static stiffness）是結(jié)構(gòu)在特定的靜態(tài)激擾下抵抗變形的能力。
現(xiàn)代數(shù)控機床廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置，使傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
二、控制部分
控制部分是數(shù)控車床的核心，一般包括專用計算機、液晶顯示器、控制面板以及強電控制系統(tǒng)（包含機床印制板電路、屏幕顯示器、鍵盤、紙帶TAPE、磁帶、驅(qū)動電路等）輸入到控制部分的程序指令記錄在信息載體上的由程序讀入裝置接收，或由控制部分的鍵盤直接手動輸入。
其中這里的“紙帶TAPE”是指一種存儲程序的媒介，把程序用穿孔機記錄在紙帶上，再把紙帶上記錄的程序輸入到數(shù)控機床中； 并且隨著存儲技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)不再使用紙帶來記錄程序了，多數(shù)情況都是用快速閃存或磁盤來記錄程序。 “磁帶”“磁盤”是“紙帶”發(fā)展演化后現(xiàn)代機床大多都會配備的部件。
三、驅(qū)動裝置
現(xiàn)階段數(shù)控機床常用的驅(qū)動裝置主要分為伺服電機驅(qū)動裝置、步進電機驅(qū)動裝置、直流電機驅(qū)動裝置、交流伺服電機驅(qū)動裝置這四種。
1. 伺服電機驅(qū)動裝置。具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、大功率輸出、調(diào)速范圍廣等特點。廣泛應(yīng)用于加工質(zhì)量要求較高、動作較為頻繁的數(shù)控機床中，尤其是數(shù)控銑床、數(shù)控車床等 ；
2. 步進電機驅(qū)動裝置，具有精度高、低速驅(qū)動穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。此種驅(qū)動裝置通過控制電機每次步進的距離和頻率來實現(xiàn)機床軸的位置和控制速度，從而精準控制機床運動狀態(tài)。
展開 