專利名稱：汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及車輛測試設備，尤其涉及車輛動態強度耐久模擬試驗臺架，特別是一種汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架。
背景技術：
汽車工業的飛速發展對汽車零部件可靠性和研發周期提出了更高的要求。模擬汽車零部件的實際工況、對其進行動態強度耐久試驗是研究其可靠性的有效途徑。然而如果采用整車在實際工況下進行道路試驗，試驗周期將十分漫長，而且消耗大量人力、物力和財力。因此為了縮短試驗周期，必須進行強化臺架試驗。某汽車公司曾委托零部件廠對汽車前橋搖臂進行動態耐久臺架試驗。在試驗過程中發現，搖臂后軸支承處的橡膠金屬軸承發生早期不正常損壞。完成試驗需要損耗幾十個甚至更多橡膠金屬軸承。為此，改變了試驗方式，即將搖臂后軸支承直接固定在一個剛性框架內。但在試驗過程中，卻又發現，搖臂后軸附近出現了不正常的損壞，而且壽命很短。其原因在于將橡膠金屬軸承改為剛性支承，改變了搖臂的約束或邊界條件，因此破壞了搖臂在受力時各點的變形分布和應力分布。因此，試驗臺架必須具有和實際車輛相同的約束條件，試驗臺架約束裝置的剛度(或彈性)特性必須與包括托架和橡膠金屬軸承等零件的總成(以下簡稱為托架橡膠總成)的特性相一致。經測試，托架橡膠總成的剛度特性在軸向是線性的，托架橡膠總成的剛度特性在徑向是非線性的。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，所述的這種汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架要解決現有技術中試驗臺架不能模擬汽車前橋搖臂的實際工況、損耗大量試驗零件的技術問題。
本實用新型的這種汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，由一個汽車前橋搖臂后軸支承的防偏轉夾緊機構構成，所述的防偏轉夾緊機構的一側固定設置有一個線性剛度約束裝置，所述的線性剛度約束裝置由橫向承載彈簧鋼板和兩個二力桿構成，防偏轉夾緊機構通過所述的兩個二力桿與所述的橫向承載彈簧鋼板連接，防偏轉夾緊機構的另一側固定設置有一個非線性剛度約束裝置，所述的非線性剛度約束裝置由一個徑向非線性拉力機構和一個徑向非線性壓力機構構成，所述的徑向非線性拉力機構由第一變截面彈性板件和一副第一三角形曲柄構件構成，所述的一副第一三角形曲柄構件由兩個第一三角形曲柄構件構成，第一變截面彈性板件的一側設置有一個固定支架，第一變截面彈性板件另一側的側面的上端固定設置有一個凸塊，所述的凸塊是下部具有向內凹陷弧度的楔形塊狀物，所述的固定支架中設置有一個第一支座，第一支座通過軸承與所述的第一三角形曲柄構件的第一頂點部位連接，第一三角形曲柄構件的第二頂點部位通過銷軸連接有一個第一滾動軸承，第一滾動軸承停靠在第一變截面彈性板件的凸塊側面上，第一三角形曲柄構件中設置有一個第一滑槽，所述的徑向非線性壓力機構由第二變截面彈性板件和一副第二三角形曲柄構件構成，所述的一副第二三角形曲柄構件由兩個第二三角形曲柄構件構成，第二變截面彈性板件的一側設置有一個固定支架，第二變截面彈性板件另一側的側面的上端固定設置有一個凸塊，所述的凸塊是下部具有向內凹陷弧度的楔形塊狀物，所述的固定支架中設置有一個第二支座，第二支座通過軸承與所述的第二三角形曲柄構件的第一頂點部位連接，第二三角形曲柄構件的第二頂點部位通過銷軸連接有一個第二滾動軸承，第二滾動軸承停靠在第二變截面彈性板件的凸塊側面上，第二三角形曲柄構件中設置有一個第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽內設置有一個中心連接桿件，所述的中心連接桿件穿過第一三角形曲柄構件和第二三角形曲柄構件，第一三角形曲柄構件和第二三角形曲柄構件關于經過中心連接桿件軸心的垂線對稱，第一滑槽和第二滑槽關于經過中心連接桿件軸心的垂線對稱，所述的中心連接桿件的兩端各自連接有徑向二力桿，所述的徑向二力桿與所述的防偏轉夾緊機構連接。
進一步的，所述的防偏轉夾緊機構通過兩個以上的二力桿與一個固定底座連接。
進一步的，所述的第一變截面彈性板件和第二變截面彈性板件均分別由橫向承載彈簧鋼板構成。
進一步的，所述的防偏轉夾緊機構與一個常規加載裝置連接。
本實用新型的工作原理如下將汽車前橋搖臂的后軸支承連接到防偏轉夾緊機構中，然后加載裝置推或拉防偏轉夾緊機構，防偏轉夾緊機構發生位移時，與中心連接桿件相連的兩個二力桿驅動第一三角形曲柄構件或第二三角形曲柄構件旋轉運動，第一三角形曲柄構件或第二三角形曲柄構件的第二頂點處的滾動軸承緊貼第一或第二變截面彈簧板件上端的凸塊垂直運動，因而產生不同的作用力及其力臂，使得變截面彈簧板件產生形變，變截面彈簧板件因形變產生對應的非線性反作用力。正是由于三角形曲柄構件的布置、作用力臂的變化和彈簧板件截面面積的變化，使三角形曲柄構件具有與搖臂徑向剛度特性相一致的非線性剛度特性，并且，由于第一三角形曲柄構件和第二三角形曲柄構件及其中的滑槽對稱設置，當一副三角形曲柄構件產生拉力載荷時，另一副三角形曲柄構件就處于釋放狀態而不會產生壓力載荷，而當一副三角形曲柄構件產生壓力載荷時，另一副三角形曲柄構件就處于釋放狀態而不會產生拉力載荷，上述機構模擬實現了汽車的真實載荷情況，即汽車前橋搖臂在徑向上或者受到拉力載荷，或者受到壓力載荷。此外，當處于壓力載荷時，壓力和二力桿的反作用力的方向難以共線，而且零件尺寸存在公差，因此防偏轉夾緊機構可能發生偏轉，在本實用新型中，防偏轉夾緊機構的底平面上平行安裝了兩根二力桿，兩根二力桿的上端固定在防偏轉夾緊機構的底面上，下端固定在底平面上，防止了防偏轉夾緊機構發生偏轉。
本實用新型與現有技術相對照，其效果是積極和明顯的。本實用新型利用三角形曲柄構件產生變化的力及其力臂以及變截面彈性板件的變剛度，對夾緊機構產生非線性反作用力，從而使得汽車前橋搖臂的后軸支承的約束裝置能夠產生與搖臂徑向剛度特性相一致的約束條件，從而真實再現了汽車前橋搖臂工作狀態，提高了模擬試驗的可信度。本實用新型能同時模擬托架橡膠總成兩個方向的不同特性和剛度，其中徑向為非線性，軸向為線性。
圖1為汽車前橋搖臂的示意圖。
圖2為本實用新型的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架的俯視結構示意圖(非線性壓力機構未標出)。
圖3為本實用新型的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架的主視示意圖(非線性壓力機構未標出)。
圖4為本實用新型的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架的右視示意圖(線性剛度約束機構)。
圖5為本實用新型的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架中的第一三角形曲柄構件和第二三角形曲柄構件的安裝位置關系示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，現有技術中的對汽車前橋搖臂進行的動態耐久臺架試驗中，搖臂后軸支承1處的橡膠金屬軸承2發生早期不正常損壞。完成試驗需要損耗幾十個甚至更多的橡膠金屬軸承2。為此，改變試驗了方式，即將搖臂后軸支承1直接固定在一個剛性框架內。但在試驗過程中，卻又發現搖臂后軸附近出現了不正常的損壞，而且壽命很短。其原因在于將橡膠金屬軸承2改為剛性支承，改變了搖臂的約束或邊界條件，因此破壞了搖臂在受力時各點的變形分布和應力分布。
根據相似理論，裝在車輛上的搖臂的任意兩點(假設稱為A點和B點)，在實際行駛中的應力σAV和σBV，與臺架強化試驗狀態下的應力σAT和σBT應有如下關系式σAVσBV=σATσBT]]>
而滿足上式，試驗臺架必須具有和實際車輛相同的約束條件。因此試驗臺架約束裝置的剛度(或彈性)特性必須與包括托架和橡膠金屬軸承等零件的總成(以下簡稱為托架橡膠總成)的特性相一致。
經測試，托架橡膠總成的剛度特性在軸向(圖1中Z軸方向)是線性的，托架橡膠總成的剛度特性在徑向(圖1中Y軸方向)是非線性的。
本實用新型的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架由一個汽車前橋搖臂后軸支承的防偏轉夾緊機構5構成，如圖2、圖3和圖4所示，所述的防偏轉夾緊機構5的一側固定設置有一個線性剛度約束裝置，所述的線性剛度約束裝置由橫向承載彈簧鋼板14和兩個二力桿13構成，防偏轉夾緊機構5通過所述的兩個二力桿13與所述的橫向承載彈簧鋼板14連接。
防偏轉夾緊機構5的另一側固定設置有一個非線性剛度約束裝置，所述的非線性剛度約束裝置由一個徑向非線性拉力機構和一個徑向非線性壓力機構構成，圖2和圖3中僅表示了徑向非線性拉力機構。所述的徑向非線性拉力機構由第一變截面彈性板件4和一副第一三角形曲柄構件3構成，所述的一副第一三角形曲柄構件3由兩個第一三角形曲柄構件構成，第一變截面彈性板件4的一側設置有一個固定支架，第一變截面彈性板件4另一側的側面的上端固定設置有一個凸塊11，所述的凸塊11是下部具有向內凹陷弧度的楔形塊狀物，所述的固定支架中設置有一個第一支座，第一支座通過軸承10與所述的第一三角形曲柄構件3的第一頂點部位連接，第一三角形曲柄構件3的第二頂點部位通過銷軸連接有一個第一滾動軸承12，第一滾動軸承12與第一變截面彈性板件4的凸塊11側面相接觸，第一三角形曲柄構件3中設置有一個第一滑槽6。
所述的徑向非線性壓力機構由第二變截面彈性板件和一副第二三角形曲柄構件構成，所述的一副第二三角形曲柄構件由兩個第二三角形曲柄構件構成，第二變截面彈性板件的一側設置有一個固定支架，第二變截面彈性板件另一側的側面的上端固定設置有一個凸塊，所述的凸塊是下部具有向內凹陷弧度的楔形塊狀物，所述的固定支架中設置有一個第二支座，第二支座通過軸承與所述的第二三角形曲柄構件的第一頂點部位連接，第二三角形曲柄構件的第二頂點部位通過銷軸連接有一個第二滾動軸承，第二滾動軸承與第二變截面彈性板件的凸塊側面相接觸，第二三角形曲柄構件中設置有一個第二滑槽，第一滑槽6和第二滑槽內設置有一個中心連接桿件7，所述的中心連接桿件7穿過第一三角形曲柄構件3和第二三角形曲柄構件，第一三角形曲柄構件3和第二三角形曲柄構件關于經過中心連接桿件7軸心的垂線對稱，第一滑槽6和第二滑槽關于經過中心連接桿件7軸心的垂線對稱，所述的中心連接桿件7的兩端各自連接有徑向二力桿9，所述的徑向二力桿9與所述的防偏轉夾緊機構5連接。
進一步的，所述的防偏轉夾緊機構5通過兩個以上的二力桿8與一個固定底座連接。
進一步的，所述的第一變截面彈性板件4和第二變截面彈性板件均分別由橫向承載彈簧鋼板構成。
進一步的，所述的防偏轉夾緊機構5與一個常規加載裝置連接。
本實用新型的具體原理如下現有試驗裝置的失敗源于搖臂的約束機構的剛度特性與實際整車中的不符。根據測試結果可以發現，托架橡膠總成沿軸向的剛度特性是線性的，而沿徑向的剛度特性呈非線性，其特性類似于三角函數，由此設想采用三角形曲柄構件的三角函數關系來模擬托架橡膠總成。通過三角形曲柄構件的旋轉使力的作用點產生上下的變動，由此產生不同的作用力及其力臂，同時采用變截面的彈簧鋼板，由此構成整套變剛度的三角構件約束裝置。三角形曲柄機構通過二力桿9與防偏轉夾緊機構5連接，在Y方向需要模擬的剛度是非線性的。
在動態耐久試驗中，搖臂在徑向上既受到拉力載荷也受到壓力載荷，因此在后軸支承徑向約束機構中，有兩個反向安裝的三角形曲柄機構，它們其中一個僅在拉力載荷下起作用而在壓力載荷下不起作用，另一個則相反。在結構上兩者對稱。
在任意一套三角形曲柄機構與彈簧鋼板中，彈簧鋼板的頂部裝有一個凸塊11，凸塊11下部帶有向內凹陷弧度的楔性塊狀物。試驗中，開始加載拉力載荷，防偏轉夾緊機構發生位移時，二力桿9使三角形曲柄機構逆時針旋轉，其上的滾動軸承12將會緊貼凸塊11向上運動，這時彈簧鋼板由于形變產生非線性反作用力。
三角形曲柄機構中預留滑槽。當其中一套三角形曲柄機構作用時，中心的連接桿件便會在另一套三角形曲柄機構的滑槽中滑動，此時另一套三角形曲柄機構不受力的作用。也就是說，在試驗中，加載油缸加載時，一次只能在一個方向上加載力，即加載油缸每次加載時，只有一套三角形曲柄機構和一根彈簧鋼板起作用，另外一套三角形曲柄機構和一根彈簧鋼板不起作用。
當處于壓力載荷時，壓力F和二力桿9的反作用力難以共線(而且零件尺寸存在公差)，因此防偏轉夾緊機構5可能發生偏轉。于是在防偏轉夾緊機構5的底平面上安裝了兩根二力桿8，兩根二力桿8的上端固定在防偏轉夾緊機構5的底面上，下端固定在底平面上，于是防止了防偏轉夾緊機構5偏轉。
本實用新型中的變剛度的約束裝置有以下特征1.通過以下三個方法模擬托架橡膠總成的非線性剛度特性1.1采用三角構件的三角函數關系。
1.2通過三角構件旋轉使力的作用點產生上下的移動，由此產生不同的作用力及其力臂。
1.3采用變截面的彈簧鋼板。
2.防偏轉夾緊機構的四連桿機構桿抵消了額外產生的偏轉力的作用，保證防偏轉夾緊機構的運動為平移運動。
這種設計方案可以完全模擬任何載荷下的應力分布，不論在加載過程中或在載荷的峰值處都能保證零件的應力分布和實車狀態在同樣載荷下的應力分布一致。
權利要求1.一種汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，其特征在于由一個汽車前橋搖臂后軸支承的防偏轉夾緊機構構成，所述的防偏轉夾緊機構的一側固定設置有一個線性剛度約束裝置，所述的線性剛度約束裝置由橫向承載彈簧鋼板和兩個二力桿構成，防偏轉夾緊機構通過所述的兩個二力桿與所述的橫向承載彈簧鋼板連接，防偏轉夾緊機構的另一側固定設置有一個非線性剛度約束裝置，所述的非線性剛度約束裝置由一個徑向非線性拉力機構和一個徑向非線性壓力機構構成，所述的徑向非線性拉力機構由第一變截面彈性板件和一副第一三角形曲柄構件構成，所述的一副第一三角形曲柄構件由兩個第一三角形曲柄構件構成，第一變截面彈性板件的一側設置有一個固定支架，第一變截面彈性板件另一側的側面的上端固定設置有一個凸塊，所述的凸塊是下部具有向內凹陷弧度的楔形塊狀物，所述的固定支架中設置有一個第一支座，第一支座通過軸承與所述的第一三角形曲柄構件的第一頂點部位連接，第一三角形曲柄構件的第二頂點部位通過銷軸連接有一個第一滾動軸承，第一滾動軸承與第一變截面彈性板件的凸塊側面相接觸，第一三角形曲柄構件中設置有一個第一滑槽，所述的徑向非線性壓力機構由第二變截面彈性板件和一副第二三角形曲柄構件構成，所述的一副第二三角形曲柄構件由兩個第二三角形曲柄構件構成，第二變截面彈性板件的一側設置有一個固定支架，第二變截面彈性板件另一側的側面的上端固定設置有一個凸塊，所述的凸塊是下部具有向內凹陷弧度的楔形塊狀物，所述的固定支架中設置有一個第二支座，第二支座通過軸承與所述的第二三角形曲柄構件的第一頂點部位連接，第二三角形曲柄構件的第二頂點部位通過銷軸連接有一個第二滾動軸承，第二滾動軸承與第二變截面彈性板件的凸塊側面上相接觸，第二三角形曲柄構件中設置有一個第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽內設置有一個中心連接桿件，所述的中心連接桿件穿過第一三角形曲柄構件和第二三角形曲柄構件，第一三角形曲柄構件和第二三角形曲柄構件關于經過中心連接桿件軸心的垂線對稱，第一滑槽和第二滑槽關于經過中心連接桿件軸心的垂線對稱，所述的中心連接桿件的兩端各自連接有徑向二力桿，所述的徑向二力桿與所述的防偏轉夾緊機構連接。
2.如權利要求1所述的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，其特征在于所述的防偏轉夾緊機構通過兩個以上的二力桿與一個固定底座連接。
3.如權利要求1所述的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，其特征在于所述的第一變截面彈性板件和第二變截面彈性板件均分別由橫向承載彈簧鋼板構成。
4.如權利要求1所述的汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，其特征在于所述的防偏轉夾緊機構與一個常規加載裝置連接。
專利摘要一種汽車前橋搖臂動態強度耐久模擬試驗臺架，可以同時模擬軸向線性和徑向非線性剛度的約束，防偏轉夾緊機構的一側模擬軸向線性剛度約束，另一側通過兩個二力桿分別連接兩副三角形曲柄－彈簧鋼板機構，防偏轉夾緊機構在加載裝置拉力或壓力作用下，驅動其中一副三角形曲柄機構作順時針旋轉運動或者另一副作逆時針旋轉運動，三角形曲柄構件一個頂點處的滾動軸承沿著變截面彈簧板件上端的凸塊作垂直運動，因而產生不同的作用力及其力臂作用于變截面彈簧板件，使防偏轉夾緊機構產生與搖臂徑向剛度特性相一致的非線性剛度的約束反作用力，汽車前橋搖臂的后軸支承約束在防偏轉夾緊機構中，從而真實再現了汽車前橋搖臂工作狀態，提高了模擬試驗的可信度。
文檔編號G01M99/00GK2901278SQ20062004173
公開日2007年5月16日 申請日期2006年5月12日 優先權日2006年5月12日
發明者徐兆坤, 何稚樺, 趙高暉, 蔣妙范, 張玨成, 華健, 張馳云 申請人:上海工程技術大學
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