掛膠履帶板橡膠襯套結構特點之分析

張建武， 潘玉田

(1.中北大學，山西 太原030051;2.中國人民解放軍75494部隊，廣西 北海 536004)

掛膠履帶板橡膠襯套結構特點之分析

張建武1，2， 潘玉田1

(1.中北大學，山西 太原030051;2.中國人民解放軍75494部隊，廣西 北海 536004)

介紹了橡膠襯套的應用及分類，簡述了橡膠襯套應用在掛膠履帶板上的作用和優(yōu)點。研究了掛膠履帶板橡膠襯套的結構和裝配特點，從橡膠襯套的受力情況、裝配過盈量、裝配預扭角的確定以及橡膠材料的性能要求等多個方面進行了分析，提出了橡膠襯套制造的工藝要求。

掛膠履帶板;橡膠襯套;過盈量;履帶銷

掛膠履帶板按掛膠形式可以分為著地面掛膠、滾道面掛膠和銷耳掛膠，有的著地面與滾道面都掛膠，但所有的掛膠履帶板都無一例外地在銷耳中掛膠(有橡膠襯套)［1］。銷耳掛膠履帶板有效改善了嚙合副的嚙合質量，避免了履帶銷與銷耳的剛性撞擊，提高了履帶板的工作壽命和使用效率。

橡膠襯套廣泛應用于汽車懸架、石油化工機械、農用機械等諸多方面，關于橡膠襯套對設備性能的影響及其優(yōu)化、隔振等方面的研究報告很多，但針對坦克、裝甲車等軍用履帶車輛分析襯套的結構、參數以及對車輛性能影響的研究卻不多見。美國M48系列坦克、M113裝甲車、德國豹2坦克、俄羅斯T72坦克等戰(zhàn)車很早就使用了銷耳掛膠履帶板，橡膠襯套制造技術比較成熟。

1 橡膠襯套分類

橡膠襯套雖然廣泛使用，卻沒有統(tǒng)一的分類方法，目前仍按照制造方法和形狀進行分類。按制造方法可分為如下四種［2］:1)橡膠與金屬內外筒粘接，如圖1所示;2)橡膠與內筒粘接，外筒壓入;3)橡膠與內外筒均壓入;4)橡膠與內筒粘接，無外筒，如圖2所示。按形狀則可分為三類［3］:1)壓縮型，多用于載荷量大或允許橡膠空間余量小的場合;2)剪切型，主要用于某一方向上剛度很低的場合或載荷量小、轉速低的設備支承上;3)復合型，通常在上述2種橡膠襯套的剛度比達不到要求時采用，它能夠承受剪切和壓縮載荷。

圖1 內外筒粘接型橡膠襯套

圖2 無外筒型橡膠襯套

2 履帶板橡膠襯套的應用

在履帶板中引入橡膠襯套，與汽車懸架連桿橡膠襯套相似，橡膠襯套的彈性變形代替了履帶銷與銷耳內孔之間的機械磨損，同時減小了沖擊和噪音，延長了履帶板的使用壽命。履帶板橡膠襯套有以下幾個優(yōu)點:1)橡膠彈性模量比金屬小，隔振效果比較好;2)結構簡單，能與金屬牢固結合，可承受多方向載荷;3)硫化橡膠內部摩擦比金屬內部摩擦大，且具有隨頻率增加而增大的傾向，共振時振幅比較小;4)橡膠形狀不受限制，各個方向的剛度可在一定范圍內自由選擇。

履帶板中常用的橡膠襯套主要是由中間橡膠體和履帶銷及銷耳內孔組成。履帶卷繞時，橡膠襯套內、外層之間產生相對轉角，橡膠襯套承受扭矩;車輛轉向時，橡膠襯套承受一定的軸向力。為提高耐久性，需要對橡膠襯套沿徑向方向加適當的預壓縮，即膠套被壓入銷耳孔時有合適的過盈量。

3 履帶板橡膠襯套結構特點與設計

3.1 結構特點

3.1.1 多節(jié)短橡膠襯套

橡膠襯套是以一定的過盈量被壓入銷耳內孔的。為了減小橡膠襯套壓縮后的軸向變形量以提高它的疲勞壽命，一般采用較短的多節(jié)橡膠襯套代替較長的整節(jié)橡膠襯套。如德國豹2迪爾掛膠履帶板上有16個短襯套，美國M48坦克履帶板履帶銷上有14個短襯套［1］。

3.1.2 橡膠襯套間留有適當的間隙

橡膠襯套被壓入銷耳內孔前、后其體積不變，圖3中的實線和虛線分別表示橡膠襯套被壓入銷耳孔前、后的外形尺寸，有式

式中，D2，d2分別表示襯套壓入前的外徑和內徑，d1為銷耳孔徑，l，l'為壓入前后橡膠襯套的長度。

為保證橡膠襯套壓入后與相鄰橡膠襯套之間有足夠的間隙，可由式(1)進行計算。如美國M48坦克橡膠襯套間隙約為2 mm。

圖3 橡膠襯套壓入銷耳孔后的變形圖

3.1.3 應力集中

橡膠襯套疲勞破壞的表現是在拉伸應力集中部分產生龜裂，在粘接部分產生剝離，在壓縮側的折疊彎曲部分產生磨耗。為防止應力集中，便于襯套壓入且不被損壞，應把襯套端部設計為圓角。

3.2 設計

履帶板橡膠襯套采用圓柱體形狀，該圓柱體膠套(橡膠體)與剛性金屬履帶銷經硫化粘接起來，與履帶板銷耳內孔過盈壓配。其設計及計算通常包括橡膠襯套受力分析、裝配過盈量的確定、預扭角的確定及襯套膠料的選擇。

3.2.1 橡膠襯套受力分析

a)襯套扭轉引起的剪應力

分析計算時，把橡膠襯套變形前后的形狀始終確認為圓柱體形且同心層為圓形。襯套外層承受扭矩M，受力簡圖如圖4所示。顯然內層比外層危險。進一步確定扭矩M與扭角 θ的關系為:②

圖4 橡膠襯套扭轉剪應力簡圖

b)履帶牽引力引起的壓應力

3.2.2 襯套裝配過盈量的確定

橡膠襯套被壓入銷耳孔的過盈量一般用相對過盈量δ表示:

相對過盈量δ的大小決定了襯套預壓縮應力的大小。為降低預壓縮應力，提高橡膠襯套使用壽命，在保證襯套工作時不滑轉、不滑移的條件下δ應取下限值。合適的過盈量除了通過計算之外，更重要的是通過試驗來確定。經計算δ約在30%左右。

3.2.3 裝配預扭角的確定

兩塊履帶板裝配后在自由狀態(tài)下按工作時的卷繞方向互成一定的角度，該角即為裝配預扭角θ1，其作用是減小履帶板卷繞時襯套的扭角和剪應力，減少循環(huán)疲勞負荷以延長襯套使用壽命，此外，還可以減少襯套變形時消耗的能量以提高行駛效率。

如圖5所示，主動輪逆時針轉動，1、2、3點分別是履帶銷A在拉直、自由、繞緊時的位置。在自由位置，預扭角為θ1，此時履帶銷B處襯套的扭角為0，履帶拉直時，襯套反向扭角為→θ1，履帶銷B在進入嚙合的過程中，扭角由→θ1→0→(θ－θ1)，雖然由1至3履帶銷 B處襯套向正、反兩個方向的相對扭角不變，但扭角的絕對值卻減小了，，。若裝配預扭角等于襯套工作時轉角的一半，則襯套扭角的絕對值最小。

圖5 履帶在主動輪上的卷繞簡圖

3.2.4 橡膠襯套膠料的選擇

為保證掛膠履帶板橡膠襯套可靠地工作，膠料應滿足力學強度高、彈性好、抗老化性能好及彈性滯后較小等性能要求。因此，宜選用天然橡膠作為主體材料，采用炭黑N330與N550并用的補強體系，以及4010NA與RD并用的防老化體系，使用開姆洛克CH205、CH220橡膠用熱硫化膠粘劑，其中CH205為底膠，CH220為面膠，添加一定量的石蠟和松焦油以滿足橡膠襯套的性能要求。產品性能如表1所示。

表1 掛膠履帶板橡膠襯套性能

4 工藝要求

采用注射成型模具，以保證產品性能的一致性，使橡膠襯套內部組織結構更加均勻致密，硫化(交聯(lián))反應更加充分，橡膠與履帶銷的粘接更牢固［4］。

4.1 工藝流程

4.2 膠料混煉工藝

在密煉機內加料的順序依次為生膠NR(4 min)，防老劑 4010NA與 RD(3 min)，炭黑N330與N550(5 min)，加工助劑石蠟和松焦油(3 min)，然后將膠料移至開煉機上，加入適量硫化劑和促進劑。

4.3 履帶銷處理工藝

履帶銷經噴砂去除表面的氧化層和銹跡之后進行磷化處理，履帶銷表面生成一層均勻致密的磷化膜，以防止金屬表面在生產流轉過程中被氧化銹蝕，提高膠粘劑與履帶銷表面的附著力，再在磷化后的履帶銷表面涂布膠粘劑，以便襯套與履帶銷在硫化成型時粘接更牢固。

在涂布膠粘劑前，要將開姆洛克CH205、CH220分別充分攪拌5～10 min，使之分散均勻。先在銷體表面涂布底膠CH205，再將涂完底膠的履帶銷放在干凈的地方晾干(室溫下大約1 h)，晾干后再涂布面膠CH220，涂布要求與涂布底膠時相同。將經過處理的履帶銷放在干凈、干燥的地方，避免粘上灰塵或雜物。當天處理的履帶銷應隔天使用，存放的銷體應在一周內使用，若一周內未使用應重新進行噴砂，磷化及涂布膠粘劑。

4.4 硫化成型

把膠料放入貯存筒內預熱，將處理過的履帶銷安裝到模具上，合模硫化，硫化工藝條件為150℃ ×6 min，出模后剪除分型面上的飛邊。

5 結語

掛膠履帶板橡膠襯套在設計時要綜合考慮裝配條件、受力情況以及性能和使用壽命等因素，并以此來確定襯套的結構和工藝流程。橡膠襯套須經嚴格的臺架試驗和實車試驗來反復驗證，最終獲得合格產品。

［1］ 王書鎮(zhèn).高速履帶車輛行駛系［M］.北京:北京工業(yè)學院出版社，1988.

［2］ 趙振東，雷雨成.橡膠件在汽車懸架上的應用分析［J］.汽車技術，2006(01):19-22.

［3］ 于振龍，具龍錫.轎車懸架橡膠襯套結構特點分析［J］.汽車技術，2009(08):34-38.

［4］ 趙季勇.熱粘接型三角臂彈性襯套的研制［J］.中國橡膠，2007，23(14):33-35.

Analysis of structural characteristics of rubber bushing in hanging plastic of track board

ZHANG Jian-wu1，2， PAN Yu-tian1
(1.North University of China，Taiyuan 030051，Shanxi，China;2.75494 People＇s Liberation Army Troops，Beihai 536004，Guangxi，China)

The application and classification of the rubber bushing is introduced，and the function and advantages of the rubber bushing used in the hanging plastic of track board are also discussed.Description of the structure and assembly features of the rubber bushing in hanging plastic of track board.Analysis of the rubber bushing from the stressing situation，the assembly of amount of interference，determination of the pre-twist angle and the performance demand of rubber materials are designed.Meanwhile manufacture of the rubber bushing process requirements is proposed.

hanging plastic of track board;rubber bushing;amount of interference;track pin

TQ336.5

B

1671-8232(2011)11-0026-04

張建武(1983-)，男，漢族，甘肅靖遠人，中北大學碩士研究生，從事掛膠履帶板力學性能研究。

［責任編輯:張啟躍］

2011-06-10

綜 述