擺臂類零件耐久度試驗臺架的製作方法
2023-05-09 09:15:11 1
擺臂類零件耐久度試驗臺架的製作方法
【專利摘要】一種擺臂類零件耐久度試驗臺架，包括作動器、試驗樣件固定架及多分力加載機構，試驗樣件固定於試驗樣件固定架上且與多分力加載機構相連，作動器與多分力加載機構相連，通過多分力加載機構對試驗樣件同時施加多個方向的作用力。本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架利用作動器及多分力加載機構組成多分力加載系統，可以真實再現擺臂類零件在整車試驗中的受載歷程，達到臺架試驗與整車試驗中的失效模式一致的目的。
【專利說明】
擺臂類零件耐久度試驗臺架
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及汽車領域，特別是涉及一種擺臂類零件耐久度試驗臺架。
【背景技術】
[0002]在汽車底盤懸架中，尤其是麥弗遜式懸架和雙橫臂式懸架中，擺臂起著舉足輕重的重用，其疲勞耐久度關涉行車安全。車輛在使用過程中，擺臂球銷的位置受到多方向載荷的作用。
[0003]圖1所示為現有的一種轎車的雙橫臂式懸架的示意圖。在該雙橫臂式懸架10中，下擺臂11右側的兩個襯套12固定於副車架上，且該兩個襯套12同軸設置，使下擺臂11可繞該軸線轉動。減震器13的下叉形臂14與下擺臂11中部襯套15的內圈通過螺栓固聯。下擺臂11中部襯套15的內圈和外圈之間為橡膠，在載荷作用下內圈及減震器13可相對於下擺臂11轉動。擺臂球銷16與轉向節17通過錐形孔連接。
[0004]如圖2所示，當車輪受到地面載荷時，引起轉向節17運動，擺臂球銷16的位置隨之受載。擺臂球銷16在某一時刻所受的載荷可以分解為Fx、Fy, Fz三個分力。擺臂球銷16受到的Fx和Fy由下擺臂11右側的兩個襯套12平衡，而Fz則由減震器13來平衡。在進行擺臂的疲勞耐久度試驗時，需要從X、Y、Z三個方向對擺臂球銷16施加載荷，然而，現有的試驗臺架一般僅沿某一方向進行單軸加載疲勞試驗，未能模擬多軸工況，造成臺架試驗的疲勞失效模式與實際工況不一致。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本實用新型提供一種可以模擬擺臂類零件實際受力情況的擺臂類零件耐久度試驗臺架。
[0006]本實用新型提供的擺臂類零件耐久度試驗臺架，包括作動器、試驗樣件固定架及多分力加載機構，試驗樣件用於固定於試驗樣件固定架上且與多分力加載機構相連，作動器與多分力加載機構相連，通過多分力加載機構對試驗樣件同時施加多個方向的作用力。
[0007]根據本實用新型的一個實施例，所述試驗樣件為擺臂，所述作動器包括X向作動器、Y向作動器和Z向作動器，所述X向作動器、Y向作動器和Z向作動器通過所述多分力加載機構對所述擺臂的球銷施加三個方向的作用力。
[0008]根據本實用新型的一個實施例，所述擺臂類零件耐久度試驗臺架還包括龍門架、X向反力架和Y向反力架，所述X向作動器和所述Y向作動器分別與所述X向反力架和所述Y向反力架相連，所述Z向作動器與所述龍門架相連。
[0009]根據本實用新型的一個實施例，所述龍門架包括立柱及位於立柱之間的橫梁，所述Z向作動器通過夾板和螺栓固定至所述橫梁上。
[0010]根據本實用新型的一個實施例，所述立柱上設有多組固定孔，所述立柱的設有固定孔的部分的長度大於所述橫梁的高度，且所述立柱在所述固定孔的下方設有限位塊。
[0011 ] 根據本實用新型的一個實施例，所述多分力加載機構包括內圈、外圈及側板，所述內圈安裝於所述外圈內且可相對所述外圈轉動，所述側板安裝於所述內圈上且可隨所述內圈轉動，所述擺臂的球銷安裝於所述內圈上，所述X向作動器和所述Y向作動器安裝於所述外圈上，所述Z向作動器安裝於所述側板上。
[0012]根據本實用新型的一個實施例，所述多分力加載機構的外圈的上下兩端設有X向作動器安裝孔，所述外圈的兩個相對的側邊設有Y向作動器安裝孔，所述多分力加載機構的側板的左右兩端固定有Z向作動器連接板，所述Z向作動器連接板上設有Z向作動器安裝孔，所述X向作動器安裝孔、Y向作動器安裝孔及Z向作動器安裝孔的軸線均通過球銷中心。
[0013]根據本實用新型的一個實施例，所述三種作動器的加載端均具有兩個相對的加載杆，所述加載杆的自由端均設有杆端軸承，所述三種作動器的加載端均通過穿入所述杆端軸承和所述作動器安裝孔的固定元件固定至所述多分力加載機構上。
[0014]根據本實用新型的一個實施例，所述X向作動器的靠近Z向作動器的加載杆上設有供所述Z向作動器的對應加載杆穿過的通孔。
[0015]根據本實用新型的一個實施例，所述多分力加載機構的內圈包括縱梁及位於縱梁之間的中間橫梁，所述縱梁的外側面為與所述外圈的內側面配合的圓弧，所述擺臂的球銷穿過且被固定於所述中間橫梁上，所述縱梁上設有側板固定孔，所述側板通過穿入所述側板和所述側板固定孔的固定元件固定至所述內圈上。
[0016]本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架利用作動器及多分力加載機構組成多分力加載系統，能夠將擺臂類零件受到的載荷分解為多個分力(或多向位移)。利用多個應變片(或位移傳感器)採集路面的載荷歷程(即載荷譜)，在試驗臺架上進行迭代，得到受力位置的多向載荷歷程。然後在臺架上播放迭代所得的載荷譜，真實再現擺臂類零件在整車試驗中的受載歷程，以達到臺架試驗與整車試驗中的失效模式一致的目的。
[0017]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1所示為現有的一種雙橫臂式懸架的組裝狀態示意圖。
[0019]圖2所示為圖1中的雙橫臂式懸架的部分元件及其球銷的受力情況示意圖。
[0020]圖3所示為本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架及其試驗樣件的組裝示意圖。
[0021]圖4所示為圖3的部分放大示意圖。
[0022]圖5所示為圖3中多分力加載機構的外圈、內圈及擺臂球銷的組裝示意圖。
[0023]圖6所示為多分力加載機構與擺臂球銷組裝後沿Z向的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為更進一步闡述本實用新型為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的擺臂類零件耐久度試驗臺架其【具體實施方式】、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
[0025]如圖3所示，本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架20包括龍門架21、作動器22、反力架23、試驗樣件固定架24、多分力加載機構25及應變片26 (圖4)。
[0026]需要說明的是，針對不同的實驗樣件，本實用新型的試驗臺架20所包括的作動器
22、反力架23、試驗樣件固定架24以及應變片26的種類和數量會有所不同。例如，在測試圖2所示的雙橫臂懸架10時，本實用新型的試驗臺架20包括三個作動器22、兩個反力架
23、兩個試驗樣件固定架24及三種應變片26。該三個作動器22分別為X向作動器221、Y向作動器222和Z向作動器223，該兩個反力架23分別為X向反力架231和Y向反力架232，該兩個試驗樣件固定架24分別為擺臂固定架241和減震器固定架242，該三種應變片26分別為測定擺臂在X、Y、Z三個方向受力的應變片，即用於測定Fx的應變片261、用於測定Fy的應變片262及用於測定Fz的應變片263。
[0027]下面即以本實用新型用於測試圖2所示的雙橫臂懸架10為例對本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架20進行說明。
[0028]請繼續參閱圖3，龍門架21固定於鐵地板上，其整體上呈「H」形。龍門架21包括兩根立柱211及位於該兩根立柱211之間的橫梁212。立柱211包括底座211a、立板211b及側板211c。立柱211的底座211a上開設有長條形孔211d，以調整龍門架21在鐵地板上的安裝位置。立柱211的立板211b上部開設有多組固定孔211e，用於通過螺栓等固定元件將橫梁212固定至立柱211上。立板211b上設有固定孔211e的部分的長度大於橫梁212的高度，從而可以通過將橫梁212置於立柱211的不同高度處，使位於不同高度處的固定孔211e作為安裝橫梁212的安裝孔，而調整橫梁212在立柱211上的高度。在保證強度、剛度的前提下，立柱211的側板211c上開有若干矩形孔211f，以減輕龍門架21的重量。橫梁212由「工」字鋼製成，其兩端設有兩個帶固定孔的固定片212a，以將橫梁212固定至立柱211上。另外，為了防止橫梁212在安裝過程中突然跌落而對人員造成傷害，立柱211的立板211b上還設有限位塊21 lg，該限位塊21 lg位於立板211b上設有固定孔21 le的部分的上下方。
[0029]作動器22在本實施例中可以為但不限於液壓作動器，其中，X向作動器221和Y向作動器222分別通過X向反力架231和Y向反力架232固定至鐵地板上。Z向作動器223則通過夾板213和螺柱214固定至龍門架21的橫梁212上。與立柱211的底座211a相類似，X向反力架231和Y向反力架232的底座上也設有長條形孔，用於調整X向反力架231和Y向反力架232在鐵地板上的安裝位置。為了調整X向作動器221和Y向作動器222相對於鐵地板的高度，X向反力架231和Y向反力架232上分別設有可供X向作動器221和Y向作動器222的固定元件滑動的T形滑槽231a。為了使作動器22可以隨下擺臂11的運動而靈活運動並給下擺臂11施加作用力，各作動器22的尾部均安裝有球鉸，且各作動器22的加載端均設有「U」形叉，並在U形叉的開口端設有杆端軸承。具體而言，各作動器22的加載端均包括兩根相互平行的加載杆224以及與該兩根加載杆224垂直相連的連接杆225。杆端軸承即設於各加載杆224的自由端。另外，為了防止作動器22與多分力加載機構25相連時發生作動器22的加載端之間的相互碰撞和幹涉，在X向作動器221的靠近Z向作動器223的加載杆224上還開設有一個可供Z向作動器223的對應加載杆224穿過的通孔226。
[0030]擺臂固定架241和減震器固定架242均由鋼板焊接而成，且均通過螺栓固定至鐵地板上。擺臂固定架241和減震器固定架242上還分別設有擺臂安裝孔和減震器安裝孔。下擺臂11的襯套端和減震器13的頂部分別通過擺臂安裝孔和減震器安裝孔固定至擺臂固定架241和減震器固定架242上。多分力加載機構25與擺臂球銷16和作動器22相連。
[0031]如圖4至圖6所示，多分力加載機構25包括一個外圈251、一個內圈252、兩塊側板253及兩塊Z向作動器連接板254。其中，外圈251的內側面為圓形，而其外側具有四個平面251a-251d，這四個平面分別為位於外圈251頂部和底部的兩個水平面251a和251b及位於上部水平面251a右側的側斜面251c和位於下部251b水平面左側的側斜面251d，上述兩個側斜面251c和251d相互平行，且上述四個平面251a-251d上均設有螺紋孔，這四個螺紋孔分別作為X向作動器安裝孔和Y向作動器安裝孔，以通過穿入對應安裝孔的螺栓等固定元件將X向作動器221和Y向作動器222的加載端固定至多分力加載機構25上。需要說明的是，這些螺紋孔的軸線均通過球銷中心。
[0032]內圈252整體上呈「H」形，而其外側面則包括兩段相對的圓弧，這兩段圓弧位於外圈251內側面所在的圓上，使內圈252剛好可以安裝至外圈251內部。內圈252包括兩根相對的縱梁252a及位於該兩根縱梁252a之間的中間橫梁252b。這兩根縱梁252a的外側面即為所述的兩個圓弧。中間橫梁252b上設有錐形孔255，擺臂球銷16穿過錐形孔255且被螺母256固定至中間橫梁252b上。另外，兩根縱梁252a上各設有貫穿前後側面的3個側板固定孔252c，用於安裝側板253。
[0033]兩塊側板253均為圓形，其各設有貫穿前後側面的6個通孔。兩塊側板253通過穿入側板固定孔252c和上述通孔的螺栓等固定元件與內圈252固聯。側板253外周面的最左端和最右端形成有兩個平面，這兩個平面上各設有一個螺紋孔，用於固定Z向作動器連接板254。Z向作動器連接板254呈矩形，其兩端各設有一個通孔，通過穿入Z向作動器連接板254和所述通孔的螺栓等固定元件將Z向作動器223固定至兩塊側板253之間。Z向作動器223的中部設有螺紋孔，用於作為Z向作動器安裝孔，以通過穿入Z向作動器223加載端的杆端軸承及Z向作動器安裝孔的螺栓等固定元件將Z向作動器223的加載端固定至多分力加載機構25上。值得注意的是，Z向作動器安裝孔的軸線也通過球銷中心，並且，球銷中心與多分力加載機構25的中心重合。
[0034]在本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架20中，X向反力架231、Y向反力架232、龍門架21、擺臂固定架241及減震器固定架242通過螺栓等固定元件固定至鐵地板上。X向作動器221和Y向作動器222的尾部分別通過螺栓等固定元件固定至X向反力架231和Y向反力架232上，Z向作動器223的尾部通過夾板213和螺柱214固定至龍門架21的橫梁212上。下擺臂11的襯套端和減震器13的上端分別通過螺栓固定至擺臂固定架241和減震器固定架242上。擺臂球銷16穿過多分力加載機構25內圈252上的錐形孔255，並通過螺母256固定至多分力加載機構25的內圈252上。擺臂球銷16的頭部安裝於擺臂球碗中，可相對於下擺臂11任意轉動。三個作動器22加載端上的杆端軸承通過螺栓等固定元件與多分力加載機構25連接。值得注意的是，三個方向的杆端軸承的軸線均通過擺臂球銷16的中心，而擺臂球銷16的中心處於整個多分力加載機構25的中心，如此設計可以有效防止多分力加載機構25發生偏轉。
[0035]在多分力加載機構25中，多分力加載機構25的內圈252與外圈251為間隙配合，可相對轉動。側板253通過螺栓等固定元件與內圈252固聯，且可隨內圈252轉動。側板253與Z向作動器連接板254通過螺栓等固定元件固聯。Z向作動器連接板254與Z向作動器223加載端的杆端軸承通過螺栓等固定元件固聯。外圈251與X、Y向作動器221、222加載端的杆端軸承通過螺栓等固定元件連接。
[0036]用於測定Fx和Fy的應變片261、262粘貼於擺臂球銷16附近(即下擺臂11的寬度最小也即最大應變處)，用於測定Fy的應變片263粘貼於減震器13的叉形臂14的下端。為了避免應變片的粘貼誤差，建議先將貼好應變片的下擺臂11和減振器13安裝於整車上，在試驗路面以制動、加速、過坑等各種工況行駛，採集應變信號，獲得臺架試驗時的目標應變譜，並在路面應變譜採集後，將下擺臂11及減震器13拆下並直接裝於試驗臺架20上進行試驗。
[0037]在上述動作之後，即可將採集到的應變譜作為三向作動器22迭代加載的目標信號進行迭代，得到三個作動器22的驅動載荷譜，然後將驅動載荷譜重複播放，直至規定的循環數。迭代完成得到的驅動載荷譜，可以用於該車型所有的下擺臂耐久度試驗，而不再需要應變片。
[0038]在本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架20中，龍門架21、作動器22(包括X向作動器221、Υ向作動器222和Z向作動器223)、多分力加載機構25 (包括外圈251和內圈內圈252)、下擺臂11及減震器13共同構成一空間運動機構，該工件運動機構的自由度=所有活動構件自由度-所有運動副引入的約束數，即:Ρ = 6η-5Ρ5-4Ρ4-3Ρ3-2Ρ2-Ρ1-Κ =6*11-5*6-4*4-3*5-2*0-0-4 = I (式中:η 為活動構件數；Ρ1、Ρ2、Ρ3、Ρ4、Ρ5 分別為 1-5 級運動副的個數；k為局部自由度)，也就是說，該工件運動機構僅需在一個原動件的帶動下其運動就可以確定。例如，當Z向作動器223向上運動時，減振器13被壓縮，X向、Y向作動器221、222隨之擺動，其油缸活塞杆也相應地伸長或縮短，以適應Z向作動器223的運動。三個作動器221、222、223內的液壓油的壓力在整個過程中不斷調整，形成各個時刻點的載荷歷程。
[0039]基於上述原理，在利用本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架20進行試驗時，若Z向作動器223上下運動，則減振器13被壓縮，X向、Y向作動器221、222隨之上下擺動，此過程中多分力加載機構25的內外圈251將發生相對轉動，避免X向作動器221和Z向作動器223運動的相互阻礙和幹涉，達到解耦的目的，這也就是多分力加載機構25設計成內外圈組合的原因。而其餘作動器22的伸縮加載過程，杆端軸承及擺臂球銷16會自行轉動解耦。
[0040]綜上所述，本實用新型擺臂類零件耐久度試驗臺架20利用三個作動器22及多分力加載機構25組成三分力加載系統，能夠將擺臂球銷16受到的載荷分解為三分力(或三向位移)。利用三個應變片261-263(或位移傳感器)採集路面的載荷歷程，在試驗臺架20上進行迭代，得到球銷位置的三向載荷歷程。然後在試驗臺架20上播放迭代所得的載荷譜，真實再現擺臂在整車試驗中的受載歷程，以達到臺架試驗與整車試驗中擺臂的失效模式一致的目的。本實用新型中迭代所得的載荷譜可重複使用，試驗無需整車及試車員，降低試驗費用，且本實用新型的試驗臺架20可以持續運行，縮短驗證周期。
[0041]需要說明的是，本實用新型的擺臂類零件耐久度試驗臺架對於麥弗遜式懸架下擺臂同樣適用。不同之處在於，擺臂上未安裝減振器，Z向作動器可使用位移控制，僅模擬擺臂擺動，而無載荷要求。Z向應變片由Z向位移傳感器代替即可。
[0042]還需要說明的是，本實用新型中的三分力加載系統，不僅僅適用於球銷，也可適用於其他類似情況，例如:襯套三向加載，將多分力加載機構的內圈結構稍作改變，與襯套內圈固聯，襯套中心與加載機構中心(球銷中心)重合。
[0043] 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:其包括作動器、試驗樣件固定架及多分力加載機構，試驗樣件用於固定於試驗樣件固定架上且與多分力加載機構相連，作動器與多分力加載機構相連，通過多分力加載機構對試驗樣件同時施加多個方向的作用力。
2.如權利要求1所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述試驗樣件為擺臂，所述作動器包括X向作動器、Y向作動器和Z向作動器，所述X向作動器、Y向作動器和Z向作動器通過所述多分力加載機構對所述擺臂的球銷施加三個方向的作用力。
3.如權利要求2所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述擺臂類零件耐久度試驗臺架還包括龍門架、X向反力架和Y向反力架，所述X向作動器和所述Y向作動器分別與所述X向反力架和所述Y向反力架相連，所述Z向作動器與所述龍門架相連。
4.如權利要求3所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述龍門架包括立柱及位於立柱之間的橫梁，所述Z向作動器通過夾板和螺栓固定至所述橫梁上。
5.如權利要求4所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述立柱上設有多組固定孔，所述立柱的設有固定孔的部分的長度大於所述橫梁的高度，且所述立柱在所述固定孔的下方設有限位塊。
6.如權利要求2所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述多分力加載機構包括內圈、外圈及側板，所述內圈安裝於所述外圈內且可相對所述外圈轉動，所述側板安裝於所述內圈上且可隨所述內圈轉動，所述擺臂的球銷安裝於所述內圈上，所述X向作動器和所述Y向作動器安裝於所述外圈上，所述Z向作動器安裝於所述側板上。
7.如權利要求6所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述多分力加載機構的外圈的上下兩端設有X向作動器安裝孔，所述外圈的兩個相對的側邊設有Y向作動器安裝孔，所述多分力加載機構的側板的左右兩端固定有Z向作動器連接板，所述Z向作動器連接板上設有Z向作動器安裝孔，所述X向作動器安裝孔、Y向作動器安裝孔及Z向作動器安裝孔的軸線均通過球銷中心。
8.如權利要求7所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述三種作動器的加載端均具有兩個相對的加載杆，所述加載杆的自由端均設有杆端軸承，所述三種作動器的加載端均通過穿入所述杆端軸承和所述作動器安裝孔的固定元件固定至所述多分力加載機構上。
9.如權利要求8所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述X向作動器的靠近Z向作動器的加載杆上設有供所述Z向作動器的對應加載杆穿過的通孔。
10.如權利要求6所述的擺臂類零件耐久度試驗臺架，其特徵在於:所述多分力加載機構的內圈包括縱梁及位於縱梁之間的中間橫梁，所述縱梁的外側面為與所述外圈的內側面配合的圓弧，所述擺臂的球銷穿過且被固定於所述中間橫梁上，所述縱梁上設有側板固定孔，所述側板通過穿入所述側板和所述側板固定孔的固定元件固定至所述內圈上。
【文檔編號】G01M17/04GK204202864SQ201420674881
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】李濤, 陳春燕, 高峰, 羅文 , 梁天開, 梁煥彬 申請人:廣州汽車集團股份有限公司