橡胶关节复合加载试验装置及方法与流程

本发明涉及一种橡胶关节复合加载试验装置及方法，属于橡胶关节复合加载试验。

背景技术：

1、橡胶关节由外套、芯轴和橡胶硫化而成，有些橡胶关节中还包含有隔套。橡胶关节是常用的一种减振降噪元件，作为一种能够传递径向、轴向、偏转和扭转等多向载荷的活动“关节”，其主要作用是实现减振、缓冲及弹性连接。为了承受多向载荷的瞬时冲击和疲劳作用，橡胶关节不仅要满足各向刚度特性，还需具有一定的耐疲劳性能，能够承受复杂工作环境中来自径向、轴向、扭转和偏转等多向载荷的疲劳作用和瞬时冲击，起减振降噪作用，广泛应用于轨道交通和工业装备减振系统。橡胶关节为了实现偏扭刚度与径轴刚度的匹配，通常设计成球面夹层结构。相比传统的圆柱型橡胶关节，球型橡胶关节的结构类似于一种内置球面隔板的轴承，在承受径向和轴向载荷的工况下同时承受偏扭角度，因此现有橡胶关节复合加载方案大都采用径向+扭转、径向+偏转、径向+轴向等二二组合或多向的的方式来进行试验，例如cn202110936654.5《对轨道车辆橡胶弹性元件进行组合加载试验的装置及方法》，cn202210022799.9《橡胶弹性元件的四向复合加载疲劳试验装置》，cn202210438192.9《一种弹性支撑关节的大吨位径轴向双向疲劳加载试验装置》，cn201610131919.3《球铰三向加载疲劳试验装置》，cn202310718470.0《一种橡胶关节偏转-扭转刚度集成试验装置》，cn202210438192.9《一种弹性支撑关节的大吨位径轴向双向疲劳加载试验装置》。虽然类似于橡胶关节的弹性元件已经实现了径、轴、扭转、偏转的多向加载试验，但现有的双向或多向加载试验装置存在以下缺点：

2、1.橡胶关节进行疲劳试验时需调整关节的扭转和偏转角度，同时还需要施加一定频率的循环载荷，复合加载的结构复杂，试验过程中加载支点的受力大，橡胶关节加载支点结构不稳定，容易造成加载试验过程中橡胶关节的损伤及破坏，并加速加载设备的磨损。

3、2.加载试验装置中加载设备与受载设备采用铰链连接，虽然铰接可以解决多向加载互相干涉的问题，但会使所施加载荷的方向与产品承载方向形成夹角，例如对产品进行偏转与轴向的复合加载时，由于偏转加载形成了产品的转动，使得轴向加载的方向与产品轴向并不一致，而是呈一定夹角，偏转加载对轴向加载形成干涉，形成偏转和轴向载荷的偶合及叠加，这与产品的运用工况中的实际承载存在区别，无法模拟运用工况下对产品的真实承载情况，得到的仿真试验数据准确性不高，加载试验的可靠性和有效性还有待提高。

4、3.橡胶关节本身的结构特点，决定了其偏转和径向大刚度，而扭转和轴向小刚度的刚度性能，因此在实际的运用工况中橡胶关节的径向和偏转的载荷较大，而扭向和扭转的载荷较小，而在加载试验装置中径向、轴向、偏转和扭转各方向的载荷并不一定按橡胶关节本身的结构性点和刚度特性进行试验，这也会影响至加载试验的可靠性和有效性。

技术实现思路

1、本发明提供的橡胶关节复合加载试验装置，简化试验装置的结构同时保证加载支点的结构稳定性，避免偏转加载对轴向及扭转加载的干涉，避免多向载荷的偶合和叠加，偏转加载、径向加载、轴向加载和扭转加载均相互独立，不产生互相干涉，模拟运用工况下对产品的真实承载情况，提高加载试验数据的准确性，提高多向复合加载试验的有效性和可靠性，满足偏转和径向大载荷以及扭转和轴向小载荷的加载要求。本发明还提供一种橡胶关节复合加载试验方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、橡胶关节复合加载试验装置，包括支撑底座，设置在支撑底座上且沿水平纵向设置的偏转架、横跨架设在支撑底座上方且可沿垂向加载的垂向加载组件，其特征在于：所述的支撑底座上装有分别与垂向加载组件连接的偏转加载组件和径向加载组件，橡胶关节的芯轴连接在偏转架中，偏转加载组件与偏转架连接，将偏转架支撑在支撑底座上，并随垂向加载组件的加载而带动偏转架转动形成对橡胶关节的偏转加载，橡胶关节的外套沿垂向伸出偏转架并与径向加载组件连接，径向加载组件随垂向加载组件的加载而垂直下压形成对橡胶关节的径向加载，偏转架两端分别安装对橡胶关节形成轴向加载的轴向加载组件和对橡胶关节形成扭转加载的扭转加载组件，轴向加载组件和扭转加载组件分别与橡胶关节的芯轴同轴连接。

4、优选的，所述的支撑底座包括水平设置的底板和装在底板上的支撑座，偏转架设置在两个支撑座之间，偏转加载组件可转动的装在支撑座上并与偏转架固接，橡胶关节的芯轴沿水平纵向设置在偏转架中，轴向加载组件和扭转加载组件分别伸入偏转架中与芯轴连接。

5、优选的，所述的径向加载组件包括与垂向加载组件连接的径向加载杆和固定在底板上且与径向加载杆对齐的导向座，导向座位于偏转架的下方，橡胶关节的外套上端伸出偏转架与径向加载杆连接，下端伸出偏转架且导向配合伸入导向座，偏转架上开设供外套端部伸出且长度和宽度均大于外套端部直径的长方形通孔。

6、优选的，所述的支撑座的数量为多个且在底板上并排设置，支撑座包括支撑板和装在支撑板中的支撑轴承，偏转加载组件包括沿水平横向设置的偏转主轴、与偏转主轴同轴对齐的偏转副轴和与垂向加载组件连接的转动力臂组件，偏转主轴的两端分别与两个支撑座中的支撑轴承配装，且一端与转动力臂组件连接，偏转副轴与另一个支撑座中的支撑轴承配装，偏转架两侧分别与偏转主轴和偏转副轴固接，转动力臂组件随垂向加载组件的加载带动偏转主轴转动。

7、优选的，所述的转动力臂组件包括与偏转主轴固定的连接臂和与连接臂铰接且与垂向加载组件固接的传力臂。

8、优选的，所述的轴向加载组件包括装在偏转架一端的轴向加载动力缸、可转动的装在偏转架中且与橡胶关节的芯轴一端同轴连接的轴向加载杆组，轴向加载杆组与轴向加载动力缸同轴连接，所述的扭转加载组件包括装在偏转架另一端的扭转动力件和可转动的装在偏转架中且与橡胶关节的芯轴另一端同轴连接的扭转轴，扭转轴与扭转动力件键的输出端键连接。

9、优选的，所述的轴向加载杆组包括与轴向加载动力缸的伸缩端连接的轴向加载杆一、与橡胶关节的芯轴同轴连接的轴向加载杆二和连接轴向加载杆一和轴向加载杆二的推力轴承，偏转架中安装多个与轴向加载杆一、轴向加载杆二和扭转轴配装的滑动轴承。

10、优选的，所述的偏转架包括沿水平纵向设置的上固定板、平行设置在上固定板下方的下固定板和多个固接上固定板和下固定板的连接板，连接板上均安装滑动轴承。

11、优选的，所述的垂向加载组件包括横跨架设在支撑底座上的龙门支架、两个安装在龙门支架上且沿垂向设置的垂向油缸、连接在垂向油缸伸缩端的垂向加载杆、安装在龙门支架上且与垂向加载杆导向配合的导向横梁，两个垂向加载杆分别与径向加载组件和偏转加载组件连接。

12、橡胶关节复合加载试验方法，采用以上所述的橡胶关节复合加载试验装置进行加载试验，其特征在于：垂向加载组件向径向加载组件和偏转加载组件传递下压载荷，径向加载组件推动橡胶关节的外套下压形成对橡胶关节的径向加载，偏转加载组件带动偏转架转动形成对橡胶关节的偏转加载，轴向加载组件和扭转加载组件随偏转轴同步转动并对橡胶关节形成沿中轴线的轴向加载和扭转加载，实现对橡胶关节的复合加载。

13、发明的有益效果是：

14、本发明的橡胶关节复合加载试验装置，径向加载组件和偏转加载组件分别装在支撑底座上，橡胶关节的芯轴连接在水平纵向设置的偏转架中，外套沿垂向伸出偏转架与径向加载组件连接，轴向加载组件和扭转加载组件分别安装在偏转架上，用偏转架对橡胶关节的定位约束作为橡胶关节径向加载支点，用径向加载组件对橡胶关节的定位约束作为橡胶关节偏转、扭转、轴向加载的支点，偏转架和径向加载组件形成的十字形支点结构与橡胶关节的外套与芯轴的十字形结构相配合，偏转架与径向加载组件即用于传递载荷实现橡胶关节偏转和径向的加载，又互相作为加载支点，简化试验装置的结构同时保证加载支点的结构稳定性，且与橡胶关节运用工况中芯轴和外套均被连接定位的安装结构相同，提高加载试验的可靠性。

15、轴向加载组件和扭转加载组件分别安装在偏转架的两端，并分别与橡胶关节的芯轴同轴连接，偏转架随偏转加载组件的带动而转动时轴向加载组件和扭转加载组件会随偏转架同步转动，保持与橡胶关节的同轴连接，使扭转加载组件和轴向加载组件对橡胶关节的加载始终沿橡胶关节中轴线形成，避免扭转加载组件和轴向加载组件因橡胶关节的偏转而与橡胶关节轴向形成夹角，避免偏转加载对轴向及扭转加载的干涉，避免多向载荷的偶合和叠加，偏转加载、径向加载、轴向加载和扭转加载均相互独立，不产生互相干涉，模拟运用工况下对产品的真实承载情况，提高加载试验数据的准确性，提高加载试验的仿真可靠性。

16、垂直加载组件分别与径向加载组件和偏转加载组件连接，将橡胶关节所需载荷较大的径向和偏转加载设计为垂向加载传力，满足偏转和径向大载荷的加载要求，轴向加载组件和扭转加载组件装在沿水平纵向设置的偏转架上，即满足扭转和轴向小载荷的加载要求，又将扭转加载组件、轴向加载组件和偏转架组合在一起，提高试验装置的结构紧凑性，形成更接近橡胶关节运用工况承载特点的加载结构，提高多向复合加载试验的有效性和可靠性。