汽车线束过孔橡胶护套插拔力分析

张义林，王华丽，李厚琨，贺占蜀

（1.河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030；2.郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450001）

整车线束安装有节拍快、劳动量大的特点，橡胶护套安装插入力的大小决定了线束装配的难易程度，插入力小的橡胶护套能够很大程度上减小装配工人的劳动强度。因此很多主机厂都对橡胶护套的插入力做了相应的规定，要求橡胶护套有较小的插入力和较大的拔出力。对于新设计的橡胶护套的插入力与拔出力大小，只能作出实际的样件通过试验来测出，这样就增加了产品开发的成本，更甚至于耽误产品开发周期。而使用有限元分析的方法，就可以预知设计结构的插入力与拔出力的大小，能够很大程度地降低产品开发成本、缩短产品开发周期。

1 过孔橡胶护套插入拔出力分析

1.1 数据采集

橡胶护套一般使用三元乙丙橡胶材料，其属于超弹性体，不同硬度的橡胶其材料相关性能也有很大的差异。对橡胶护套进行有限元分析，需要先对橡胶的基础属性数据进行收集。

1）材料应力-应变数据采集，如图1所示为单轴、双轴以及平面应力-应变数据。

2）三元乙丙橡胶与漆板的摩擦系数测量，如图2使用多功能材料表面性能试验仪测量三元乙丙橡胶与漆板之间的摩擦系数。

1.2 建立材料数据库

把试验测得的材料应力-应变数据输入ABAQUS软件，选择合理的数据，拟合模型为OGDEN模型，建立三元乙丙橡胶材料属性的数据模型，见表1。

图1 50度三元乙丙橡胶应力-应变数据采集

图2 三元乙丙橡胶与漆板的摩擦系数测量

表1 OGDEN拟合模型

1.3 产品建模

对产品进行几何建模，简化不必要的结构，节省运行时间，图3上部的圆环为简化的车身钣金孔，下方为橡胶护套。将其导入到ABAQUS软件中，使用三元乙丙材料属性及试验所得摩擦系数对产品进行分析。

1.4 使用ABAQUS运算分析

1）材料属性：把建立的三元乙丙橡胶材料属性赋予橡胶护套。

2）网格划分：该分析为典型的接触分析，由于橡胶属于超弹性材料，橡胶护套网格采用八结点线性六面体单元， 杂交， 常压力单元C3D8H。

3）分析步：采用3个分析步，第1个分析步为插入动作，第2个分析步使橡胶护套回归装配完成时状态，第3个分析步为拔出动作。

4）接触的设置：本文研究的橡胶护套拔力过程非常复杂，属于大变形问题，因此需将几何非线性开关打开，同时选择有限滑移。

5）边界条件和载荷：边界条件和载荷需模拟真实插拔过程，其边界条件应为橡胶护套的喇叭口处与线束配合缠绑胶带处完全固定，钣金相对于橡胶护套沿Y轴方向运动。

图3 几何建模

2 有限元分析结果

1）如图4所示，在0.984749 s处插入力最大为125.726 N，插入力最大处应力云图如图5所示，在2.52562 s处拔出力最大为56.909 N，拔出力最大处应力云图如图6所示。

2）对橡胶护套进行插拔试验并与分析结果做对比，见表2，实际插入力为117.24 N拔出力为60.98 N。分析结果与实际差距不大，对产品的设计有指导意义。

图4 插拔力曲线图

图5 插入力最大处应力云图

图6 拔出力最大处应力云图

表2 插拔力有限元结果与试验结果的对比

3 结论

本文利用有限元软件ABAQUS建立汽车线束用过孔橡胶护套插拔力的有限元模型，经过仿真分析其结果与试验结果相对应，为类似产品的设计提供有效的参考价值。