汽車線束過孔橡膠護套插拔力分析

張義林，王華麗，李厚琨，賀占蜀

（1.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030；2.鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450001）

整車線束安裝有節拍快、勞動量大的特點，橡膠護套安裝插入力的大小決定了線束裝配的難易程度，插入力小的橡膠護套能夠很大程度上減小裝配工人的勞動強度。因此很多主機廠都對橡膠護套的插入力做了相應的規定，要求橡膠護套有較小的插入力和較大的拔出力。對于新設計的橡膠護套的插入力與拔出力大小，只能作出實際的樣件通過試驗來測出，這樣就增加了產品開發的成本，更甚至于耽誤產品開發周期。而使用有限元分析的方法，就可以預知設計結構的插入力與拔出力的大小，能夠很大程度地降低產品開發成本、縮短產品開發周期。

1 過孔橡膠護套插入拔出力分析

1.1 數據采集

橡膠護套一般使用三元乙丙橡膠材料，其屬于超彈性體，不同硬度的橡膠其材料相關性能也有很大的差異。對橡膠護套進行有限元分析，需要先對橡膠的基礎屬性數據進行收集。

1）材料應力-應變數據采集，如圖1所示為單軸、雙軸以及平面應力-應變數據。

2）三元乙丙橡膠與漆板的摩擦系數測量，如圖2使用多功能材料表面性能試驗儀測量三元乙丙橡膠與漆板之間的摩擦系數。

1.2 建立材料數據庫

把試驗測得的材料應力-應變數據輸入ABAQUS軟件，選擇合理的數據，擬合模型為OGDEN模型，建立三元乙丙橡膠材料屬性的數據模型，見表1。

圖1 50度三元乙丙橡膠應力-應變數據采集

圖2 三元乙丙橡膠與漆板的摩擦系數測量

表1 OGDEN擬合模型

1.3 產品建模

對產品進行幾何建模，簡化不必要的結構，節省運行時間，圖3上部的圓環為簡化的車身鈑金孔，下方為橡膠護套。將其導入到ABAQUS軟件中，使用三元乙丙材料屬性及試驗所得摩擦系數對產品進行分析。

1.4 使用ABAQUS運算分析

1）材料屬性：把建立的三元乙丙橡膠材料屬性賦予橡膠護套。

2）網格劃分：該分析為典型的接觸分析，由于橡膠屬于超彈性材料，橡膠護套網格采用八結點線性六面體單元， 雜交， 常壓力單元C3D8H。

3）分析步：采用3個分析步，第1個分析步為插入動作，第2個分析步使橡膠護套回歸裝配完成時狀態，第3個分析步為拔出動作。

4）接觸的設置：本文研究的橡膠護套拔力過程非常復雜，屬于大變形問題，因此需將幾何非線性開關打開，同時選擇有限滑移。

5）邊界條件和載荷：邊界條件和載荷需模擬真實插拔過程，其邊界條件應為橡膠護套的喇叭口處與線束配合纏綁膠帶處完全固定，鈑金相對于橡膠護套沿Y軸方向運動。

圖3 幾何建模

2 有限元分析結果

1）如圖4所示，在0.984749 s處插入力最大為125.726 N，插入力最大處應力云圖如圖5所示，在2.52562 s處拔出力最大為56.909 N，拔出力最大處應力云圖如圖6所示。

2）對橡膠護套進行插拔試驗并與分析結果做對比，見表2，實際插入力為117.24 N拔出力為60.98 N。分析結果與實際差距不大，對產品的設計有指導意義。

圖4 插拔力曲線圖

圖5 插入力最大處應力云圖

圖6 拔出力最大處應力云圖

表2 插拔力有限元結果與試驗結果的對比

3 結論

本文利用有限元軟件ABAQUS建立汽車線束用過孔橡膠護套插拔力的有限元模型，經過仿真分析其結果與試驗結果相對應，為類似產品的設計提供有效的參考價值。