組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統的製作方法

2023-10-28 10:54:37 4

專利名稱：組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及到汽車白車身性能檢測設備領域，特指一種組合式汽車白車身動靜態性 能柔性綜合測試系統，可用來檢測汽車白車身的強度、剛度、固有頻率、平順性、轉動慣量、 碰撞安全性、疲勞特性等多種動態和靜態性能。
技術背景汽車的性能表現在很多方面，汽車白車身是整個汽車的支撐骨架，其性能在汽車的性能 中佔有很大的比重，是汽車性能中至關重要的技術指標之一。按汽車的功能特點及安全性、 輕量化、外觀等各類要求綜合考慮，白車身的結構變得非常複雜，是一個薄鋼板經過複雜的 衝壓工藝後再鉚接和焊接而成的組合體，作為汽車的框架主體和乘員的容身場所，對其有強 度、剛度、固有頻率、平順性、轉動慣量、碰撞安全性、疲勞特性等多種性能的要泉而這些 性能的測試方法、測試過程和數據分析評估成為了檢驗性能是否達標的必要步驟。隨著汽車 製造業渡過初期階段之後，技術上的不斷消化吸收，製造能力上的不斷提高，產品銷售的不 斷旺盛，隨之而來汽車的質量上等級的問題將是有長遠目標的企業必須面對的問題，而汽車 的質量體現在諸多的性能指標上，這些指標不應當只是口頭上的猜測，無根據的定性說明， 甚至是照搬從國外引進的樣車的性能指標，而是應當因車制宜，用具體的、權威性的一組組 殷實的實測定量數據來表徵汽車的性能，這才是最有說服力的。汽車的性能主要有動態和靜態性能兩大類型，白車身動靜態特性試驗是汽車企業進行整 車研發的必備環節，同時也是車身設計的核心，是不可替代的。無論是新車上市還是汽車改 型，汽車本身的主要力學特性都必須通過相關試驗進行驗證。但是車身動靜態特性綜合測試 內容廣泛，具有較強的系統性，技術難度大，需要專用的高精度、高靈敏度試驗設備，且試 驗方法和過程複雜、不易掌握。現有技術中，汽車製造市場已日益成熟，對於汽車的設計、 製造等都有很嚴肅的規範，對汽車的性能試驗也有較為厚實的基礎，已開發了較多的實驗項 目，但在系統性、綜合性、實用性、經濟性等方面仍存在一些死角和問題。沒有統一標準如 何進行各項試驗，缺少一種能進行全部三種試驗的集成度很高的實驗裝備(包括試驗軟體)， 對實驗結果的分析評判也缺乏統一的規範。現有技術中有相關研究，但測試項目不全，測試 手段也有較大差別。 發明內容本發明要解決的問題就在於針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單 緊湊、布局合理、操作方便、功能齊全、適用範圍廣、拓展性好的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統。為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為 一種組合式汽車白車身動靜態性能柔 性綜合測試系統，其特徵在於它包括龍門式框架、支撐約束裝置、可調集中力加載裝置、 扭轉擺架加載裝置以及測量器具總成，用來支撐待測汽車白車身的支撐約束裝置固定於龍門 式框架上，測量器具總成通過支架固定於龍門式框架上或直接固定於龍門式框架上，用來對 待測汽車白車身進行應力加載的可調集中力加載裝置和扭轉擺架加載裝置固定於龍門式框架上或裝設於龍門式框架的周側。所述龍門式框架包括橫梁、縱梁、桁架結構方柱、夾持裝置和設有多條T型槽的安裝底 座，所述桁架結構方柱設有四件且呈矩形布置，各桁架結構方柱由四件豎杆和多件橫杆構成， 多件橫杆平行布置於桁架結構方柱的各柱面上，且連接在兩豎杆之間，位於桁架結構方柱兩 對稱柱面上的橫杆對稱布置，各桁架結構方柱的底部還設有底板，各底板通過置於T型槽內 的緊固件固定於安裝底座上，所述橫梁和縱梁各設有兩件，並分別通過夾持裝置與對應的桁 架結構方柱上的橫杆連接。所述支撐約束裝置包括一件全約束支座、 一件雙自由度約束支座和兩件單自由度約束支 座，四件支座呈矩形布置於白車身底部，所述全約束支座對白車身的支點和雙自由度約束支 座對白車身的支點的連線與兩件單自由度約束支座對白車身的兩支點的連線平行，所述單自由度約束支座約束垂直於水平面方向的移動自由度，所述雙自由度約束支座約束垂直於水平 面方向的移動自由度，並約束垂直於雙自由度約束支座對白車身的支點與全約束支座對白車 身的支點的連線方向的移動自由度。所述雙自由度約束支座包括上支座、下支座和滾動體， 所述上支座設有一可與白車身上的安裝基面形成面接觸的頂面，上支座和下支座上均設有一 圓柱槽，兩圓柱槽相對布置，滾動體置於兩圓柱槽之間；所述單自由度約束支座包括球頭支 撐杆和可固定於白車身上的隔套，所述隔套設有與球頭支撐杆的球頭接觸的凹球面，該凹球 面的曲面半徑大於球頭的曲面半徑；所述全約束支座上設有可與白車身上的安裝基面形成面 接觸的頂面，還設有便於與白車身固定連接的全約束安裝孔。所述可調集中力加載裝置包括千斤頂支架、千斤頂、託杆銷、槓桿支點銷、立柱、施力 槓桿、測力傳感器以及放置於汽車白車身上的分力部件，所述千斤頂放置於千斤頂支架上， 立柱上沿著垂直方向開設有兩個以上用來放置託杆銷和槓桿支點銷的銷孔，所述施力槓桿一 端與千斤頂相連，另一端穿過託杆銷和槓桿支點銷之間後與測力傳感器相連，測力傳感器固 定於分力部件的上方。所述分力部件包括分力杆以及通過傳力柱固定於分力杆底部的兩組以 上分力板組件，分力板組件與白車身的待測面相連；所述分力板組件包括分力板和平墊板，平墊板與白車身的待測面相連，分力板的上端面通過傳立柱與分力杆的底部相連，分力板的 下端面上固設有兩個以上球頭圓柱。所述扭轉擺架加載裝置包括支撐機構、擺臂、 一個以上的支撐架部件以及位於擺臂一端 下方的施力機構，所述擺臂的中部與支撐機構相連並以支撐機構為支點轉動，所述擺臂上裝 設有一塊以上可沿著擺臂滑動的抱板，用來與汽車白車身接觸配合的支撐架部件固定於抱板 上。所述抱板的底端設有與擺臂滑動配合的滑槽，抱板通過滑槽套設於擺臂上，抱板上開設 有若干個鎖定孔，擺臂的底面上與抱板對應的位置處設有拉緊墊板，通過穿過抱板、擺臂和 拉緊墊板的拉緊螺釘固定。所述用來裝設測量器具總成的支架採用高低臺支架，包括可移動高臺、可移動低臺和支 承座，所述支承座上立柱，立柱上兩側對稱設有第一導軌和第二導軌，所述可移動高臺包括 高平臺、連接板和高平臺滑動機構，高平臺固定於連接板上，連接板的底端通過高平臺滑動 機構套設於立柱的第一導軌上，所述可移動低臺包括低平臺和低平臺滑動機構，低平臺通過 低平臺滑動機構套設於第二導軌上。所述用來裝設測量器具總成的支架和支撐約束裝置均可固定於多適應性升降平臺，所述 多適應性升降平臺包括底板、安裝平臺、頂升機構和多件支撐螺杆，所述頂升機構下端固定 在底板上，上端與安裝平臺相接，所述多件支撐螺杆布置於頂升機構周邊且下端安裝於底板 上，支撐螺杆上段設有螺紋，所述安裝平臺上設有與支撐螺杆對應的通孔，該通孔套於支撐 螺杆上段，各支撐螺杆上均裝設有位於安裝平臺上下兩端的、用於固定安裝平臺的螺母。與現有技術相比，本發明的優點就在於(1) 本發明的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統具有結構簡單緊湊、布局 合理、操作方便、功能齊全、適用範圍廣、拓展性好等優點；(2) 本發明中龍門式框架，可根據被測白車身的大小，在具有T型的安裝底座上隨意調 整桁架結構方柱之間的間距，具有極大的機動性，適用於各種車型；橫梁和縱梁可通過夾持 裝置與桁架結構方柱上任一高度的橫杆連接，既實現了橫梁和縱梁的高度調節，又不會防礙 桁架結構方柱間距的調整，使得整體的安裝和調整都非常方便；相比於現有技術中的圓鋼管、 方鋼管、工字鋼等立柱，本發明的桁架結構方柱不僅減少了耗材，同時又能保證具有足夠的 剛性，桁架結構方柱上的橫杆呈樓梯狀布置，便於工作人員攀爬，桁架結構方柱既輕巧美觀， 又為安裝各種試驗輔助工具提供了靈活的平臺，在桁架結構方柱上可方便地安裝各種輔助試 驗裝置，拓展性好、可任意擴充；本發明的龍門式框架連接可靠，整個框架具有良好的剛性， 在橫梁和縱梁上可以吊掛各種附件，如加裝起重葫蘆、吊掛式加載裝置、便於車身移動的附軌等，為進一步擴充龍門式框架的功能、增添試驗項目提供了一個很好的基礎。考慮到桁架 結構方柱的長度、寬度尺寸較小，從一個方向攀爬時，桁架結構方柱上橫杆的距離不便於工 作人員的站立和運動，特採用立體樓梯技術，將桁架結構方柱兩相鄰面上的橫杆設計為錯位 布置，使工作人員可從桁架結構方柱兩側交替攀爬上升。通過壓塊、背板和緊固螺栓實現橫 梁、縱梁與桁架結構方柱的連接，桁架結構方柱上不設安裝孔，緊固螺栓穿過專門設計的背 板和壓塊，擰緊該緊固螺栓後由背板和壓塊將橫梁或縱梁夾持在桁架結構方柱的橫杆上，採 用這種安裝方式，不僅可以將橫梁和縱梁安裝在任一高度的橫杆上，而且不必在橫杆上開設 安裝孔，大大提高了桁架結構方柱的強度和剛度。上支撐裝置和下支撐裝置的安裝方式機動 靈活，且牢固可靠，支撐的數量和方向可根據需要設置，如在橫梁與桁架結構方柱之間實施 支撐，或者在縱梁與桁架結構方柱之間實施支撐，或者同時在橫向和縱向兩個方向上實施支 撐；支撐角度也可根據不同的工況進行調整。(3) 本發明中的可調集中力加載裝置，具有結構簡單緊湊，維護、維修、安裝、拆卸、 調整方便，製造成本低廉等優點；本裝置機動靈活，整個裝置可隨意調整(高度、施力槓桿 的伸出長度，分力杆的分力範圍等)，適應不同車型的不同安裝場合；當施力槓桿擺動時的偏 斜會使測力傳感器受力不能保持在軸向方向上，為此設計了球面墊塊組以化解側傾力，使測 力傳感器的受力總在軸向，讀數更加準確；同樣道理，千斤頂與施力槓桿之間也配備了這樣 的球面墊塊組；本發明中施力槓桿的高度可調，本發明在立柱上沿著垂直方向加工多組均布 的銷孔，銷孔內可以插入剛度足夠的銷軸以作為槓桿轉動的支點，因此施力裝置是倒置的槓 杆，特別設計了託杆銷(與槓桿支點銷一樣)以便在組裝裝置時託住施力槓桿；施力槓桿在 高度方向上是分級可調的，這樣設計的優點是不至於設計成無級可調方式而使立柱的剛性降 低(活動的一般會降低剛性)；(4) 本發明中扭轉擺架加載裝置具有結構簡單緊湊、成本低廉、裝配方便、適用範圍廣、 擴展性好等優點，其裝置本身的剛性、機動性以及連接可靠性能滿足各種不同車型的需要。 本發明的裝置可以一架多用，能適應各種車型的結構和尺寸(特別是前輪輪距)，調節範圍較 大，通過滑動抱板可以將支撐架部件調節到合適位置並有效地夾緊固定。本發明的裝置能自 由組合滿足各種類型的需要，配合其它工裝進行組合達到試驗要求的協調性好，並可擴展功 能；(5) 本發明中的適應性升降平臺，安裝平臺的升降調整通過頂升機構的調節實現，不僅 可以滿足高度可調的要求，而且在承載一定重壓的情況下仍能進行升降調整，並且在升降調 整過程中安裝平臺只產生垂直方向的平動，而不是轉動，調整方便靈活；安裝平臺調整到預8設高度後通過支撐螺杆上的螺母固定，使安裝平臺的升降調整和固定支撐相互獨立，很好地 協調了既要實現升降運動又要保持良好支撐剛性的矛盾，支撐平穩可靠；同時，頂升機構不 用長時間承載重壓，頂升機構的傳動機構得到了保護，其使用壽命延長，使本裝置經久耐用。 採用經變異後的剪式頂升機構實現升降運動，可通過從側面旋轉調節螺杆實現安裝平臺垂直 方向的運動，這種方式可以在側面採用手動操作，而最終卻實現高度方向的升降，這樣可最 大限度地避免車身對操作者的影響，便於操作；調節螺杆上設有兩段旋向相反的螺紋，在旋 轉調節螺杆時，調節螺杆軸向受力互相抵消，平衡性好，穩定性好。活動撐杆設有兩組，其 間的連動設計巧妙，結構緊湊，在調整安裝平臺高度時兩組活動撐杆同時提供支撐，剛性大 大提高。安裝平臺上開設有T型槽，可以很方便地將其它各種類型的附件或測試輔件安裝在 該平臺上，實現更多的功能，因此本裝置不僅是汽車白車身的性能測試中不可或缺的工具， 而且適合所有需要調節高度的工作場合，其適用範圍廣泛。底板既可採用壓板固定在測量平 臺上，也可以直接用螺栓固定在測量平臺上，整個裝置具有結構簡單緊湊，維護、維修、安 裝、拆卸、調整方便，製造成本低廉等優點。(6)本發明中高低平臺具有兩個可移動平臺，兩個平臺各保證一段範圍的高度調節，適 應性更廣，比一個平臺在高度上升降可有更大的安裝儀表的位置空間(有兩個臺面，安裝多 個儀表也不會發生幹涉)，特別是可以減少立柱佔用的空間對測量儀表的安裝的影響，立柱本 身也能安裝帶磁性表座的測量儀表；其機動靈活，低平臺和高平臺可以根據需要設計長度， 經配合後組合在立柱上，能夠滿足實際情況中各種高度和組合的需要；且具有較好的擴展性， 每個平臺上均有安裝孔，利用螺栓可在平臺表面固定擴展平板，使安裝測量儀表的水平位置 得到任意擴展，也可利用多個高低臺測表支架來搭建大面積的安裝平臺；利用鎖緊螺釘產生 摩擦力使高平臺(低平臺)在立柱上定位，可以無級任意調節高度，即可以隨意在任何高度 上固定；具有結構簡單，維護、維修、安裝、拆卸、調整方便，製造成本低廉等優點。


圖l是本發明的結構示意圖；圖2是本發明中龍門框架的結構示意圖；圖3是圖2中I處的放大示意圖；圖4是圖2中II處的放大示意圖；圖5是圖2中III處的放大示意圖；圖6是橫梁固定於桁架結構方柱的頂板上的結構示意圖； 圖7是本發明中支撐約束裝置的結構原理示意圖；圖8是本發明中雙自由度約束支座的結構示意圖9是本發明中單自由度約束支座的結構示意圖IO是本發明中全約束支座的結構示意圖11本發明中可調集中力加載裝置的主視結構示意圖12是圖11中A-A處的剖視結構示意圖13是圖11中B-B處的剖視結構示意圖14是本發明中球面墊塊組的結構示意圖15是本發明中扭轉擺架加載裝置第一種方案的主視結構示意圖； 圖16是圖15中C-C處的剖視結構示意圖17是本發明中扭轉擺架加載裝置另一種方案的主視結構示意圖； 圖18是圖17中D-D處的剖視結構示意圖； 圖19是本發明中多適應性升降平臺的主視圖； 圖20是本發明中多適應性升降平臺的側視圖； 圖21是本發明中多適應性升降平臺的仰視圖； 圖22是本發明中高低臺支架的主視結構示意圖； 圖23是本發明中高低臺支架的側視結構示意圖； 圖24是圖22中E-E處的剖視結構示意圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明的一種組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，它包括龍 門式框架l、支撐約束裝置2、可調集中力加載裝置3、扭轉擺架加載裝置4以及測量器具總 成，用來支撐待測汽車白車身5的支撐約束裝置2固定於龍門式框架1上，測量器具總成通 過支架6固定於龍門式框架1上或直接固定於龍門式框架1上，用來對待測汽車白車身5進 行應力加載的可調集中力加載裝置3和扭轉擺架加載裝置4固定於龍門式框架1上或裝設於 龍門式框架l的周側。
如圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，本實施例中的龍門式框架1包括橫梁102、縱梁 103、桁架結構方柱104、夾持裝置105和設有多條T型槽111的安裝底座101，桁架結構方 柱104設有四件且呈矩形布置，各桁架結構方柱104由四件豎杆142、多件橫杆143、設於四 件豎杆142底部的底板141以及設於四件豎杆142頂部的頂板144構成，相比於現有技術中 的圓鋼管、方鋼管、工字鋼等立柱，桁架結構方柱104不僅減少了耗材，同時又能保證整個裝置具有足夠的剛性。各底板141通過置於T型槽111內的緊固件固定於安裝底座101上， 從而可根據被測白車身的大小，在安裝底座101上隨意調整桁架結構方柱104之間的間距， 具有極大的機動性，使其適用於各種車型的性能檢測試驗。豎杆142和橫杆143均採用角鋼 製作，多件橫杆143水平平行布置在桁架結構方柱104的各柱面上，且連接在兩豎杆142之 間，位於桁架結構方柱104兩對稱柱面上的橫杆143對稱布置，位於桁架結構方柱104相鄰 兩柱面上的橫杆143錯位布置，考慮到桁架結構方柱104的長度、寬度尺寸較小，從一個方 向攀爬時，桁架結構方柱104上橫杆143的距離不便於工作人員的站立和攀爬運動，特採用 立體樓梯技術，使工作人員可從桁架結構方柱104兩側交替攀爬上升。橫梁102和縱梁103 各設有兩件，兩橫梁102對稱設置，兩縱梁103也為對稱設置，橫梁102為H型鋼構件，縱 梁103為T型鋼構件，縱梁103的兩端分別通過夾持裝置105與桁架結構方柱104上的橫杆 143連接，橫梁102的兩端也分別通過夾持裝置105與桁架結構方柱104上的橫杆143連接， 另外，橫梁102還可以按圖所示的方案，通過夾持壓塊108固定在桁架結構方柱104的頂板 144上。這種連接方式使橫梁102和縱梁103可在桁架結構方柱104上實現高度調節，並且 不防礙四件桁架結構方柱104之間的間距調整，使得整體的安裝和調整都非常方便。夾持裝 置105包括壓板151、背板152和緊固螺栓153，背板152分別與橫梁102或縱梁103配合， 將一組對稱布置的橫杆143夾持於其間，壓板151 —端壓在橫梁102或縱梁103的翼板上， 另一端壓在背板152上，壓板151的中部設有穿過壓板151和背板152的緊固螺栓153，擰 緊該緊固螺栓153後由背板151和壓塊152將橫梁102或縱梁103固定在桁架結構方柱104 的橫杆143上，採用這種安裝方式，不僅可以將橫梁102和縱梁103安裝在任一高度的橫杆 143上，而且不必在橫杆143上開設安裝孔，大大提高了桁架結構方柱104的強度和剛度。 縱梁103與桁架結構方柱104之間裝設有上支撐裝置106，上支撐裝置106包括抱板161、上 夾持座162和上撐杆163，該抱板161具有一組對稱的槽體，用於容置縱梁103的一對翼板， 該可以抱板161在縱梁103的約束下滑動，抱板161上裝有用於固定的壓緊螺栓164，擰緊 壓緊螺栓164使其緊緊地壓在縱梁103的翼板上，限制抱板161在縱梁103上移動，上夾持 座162與上夾持板165配合將桁架結構方柱104 —側的豎杆142夾持在兩者之間，並通過穿 過上夾持座162和上夾持板165的緊固件將其固定於豎杆142上，上撐杆163 —端與上夾持 座162鉸接，另一端與抱板161鉸接，該上撐杆163由兩根等長角鋼背靠背組合而成，抗彎 能力極強，兩角鋼中間用數個墊圈隔開以便轉動調節，能很好地起到支撐作用。安裝底座IOI 與桁架結構方柱104之間裝設有下支撐裝置106，下支撐裝置7包括支座171、下夾持座172 和下撐杆173，支座171通過置於T型槽111內的緊固件固定於安裝底座101上，下夾持座172與下夾持板174配合將桁架結構方柱104 —側的豎杆142夾持在兩者之間，並通過穿過 下夾持座172和下夾持板174的緊固件將其固定於豎杆142上，下撐弁173 —端與下夾持座 172鉸接，另一端與支座171鉸接，該下撐杆173由兩根等長角鋼背靠背組合而成，抗彎能 力極強，兩角鋼中間用數個墊圈隔開以便轉動調節，能很好地起到支撐作用。上支撐裝置106 和下支撐裝置107的安裝方式機動靈活，且牢固可靠，其數量、方向和角度可根據不同的工 況進行調整，除本實施例中的安裝形式以外，還可以在橫梁102與桁架結構方柱104之間實 施支撐，或者同時在橫向和縱向兩個方向上實施支撐，通過改變抱板161、上夾持座162和 下夾持座172的位置，則可以調節支撐角度。本實施例中的龍門式框架連接可靠、輕巧美觀， 整個框架具有足夠的剛性，並為安裝各種試驗輔助工具提供了靈活的平臺，在桁架結構方柱 104上可方便地安裝各種輔助試驗裝置，還可在橫梁102和縱梁103上吊掛各種附件，如加 裝起重葫蘆、吊掛式加載裝置、便於車身移動的附軌等，拓展性好、可任意擴充，為進一步 擴充龍門式框架的功能、增添試驗項目提供了 一個很好的基礎。
如圖7、圖8、圖9和圖IO所示，本實施例中，支撐約束裝置2包括一件全約束支座201、 一件雙自由度約束支座202和兩件單自由度約束支座203，四件支座呈矩形布置於白車身5 底部，其中全約束支座201和雙自由度約束支座202位於白車身5後端，兩件單自由度約束 支座203均位於白車身5前端，全約束支座201對白車身5的支點和雙自由度約束支座202 對白車身5的支點的連線Ll與兩件單自由度約束支座203對白車身5的兩支點的連線L2平 行。全約束支座201下端與支撐架臺面連接，上端通過三個全約束安裝孔211與白車身5固 定連接，將該支點處的三個移動自由度和三個轉動自由度完全約束，並且全約束支座201的 頂面與白車身5上的安裝基面形成面接觸，局部補強，防止白車身5因局部受力過大產生嚴 重變形。單自由度約束支座203包括球頭支撐杆231和隔套232，隔套232通過緊固件固定 於白車身5上，球頭支撐杆231的球頭支撐於隔套232的凹球面內，對該支點垂直於水平面 方向的移動自由度形成約束。該凹球面的曲面半徑大於球頭的曲面半徑，便於安裝時白車身 5的落位，且穩定性好，比採用球頭直接頂住白車身5的安裝平面有更多優勢。雙自由度約 束支座202包括上支座221、下支座222和滾動體223,上支座221與白車身5固定連接，約 束了該支點垂直於水平面方向的移動自由度，並且上支座221的頂面與白車身5上的安裝基 面形成面接觸，同樣，此處也是為了局部補強，防止白車身5因局部受力過大產生嚴重變形， 以此保證試驗結果的準確性。上支座221和下支座222上均設有一圓柱槽224，兩圓柱槽224 相對布置，並且圓柱槽224的中心軸線沿白車身5橫向設置，滾動體223置於兩圓柱槽224 之間，本實施例中，該滾動體223為一圓球體，兩圓柱槽224與滾動體223的配合約束了該支點沿白車身5縱向的移動自由度(即約束垂直於雙自由度約束支座202對白車身5的支點與 全約束支座201對白車身5的支點的連線Ll方向的移動自由度)。其中滾動體223還可選用 圓柱體，選用圓柱體時，約束了該支點垂直於水平面方向的移動自由度以及繞垂直軸的轉動 自由度，同時還約束了該支點沿白車身5縱向的移動自由度以及繞該縱向軸的轉動自由度。 實際上，相對白車身5的橫向寬度而言，圓柱體的長度很小，在試驗中仍可視為一個點，所 以也可認為其不妨礙白車身4繞縱向軸的轉動，而繞垂直軸的轉動自由度被限制對試驗無影 響，因此，選用圓柱體與選用圓球體是基本相同的，選用圓柱的好處是與上支座221和下 支座222的接觸為線接觸，支撐剛性更好；白車身5吊裝落位時容易入位，繞垂直軸偏轉的 可能性和偏轉範圍小，便於安裝調整。本實施例的四點支撐約束裝置2，巧妙地設計雙自由 度約束支座202，既能保證與全約束支座201之間構成"簡支梁"，又能保證與單自由度約束 支座203之間構成"簡支梁"，且互不妨礙，符合對白車身5實施支撐和約束的力學原理要求， 使白車身5既能自由的橫向彎曲，又能自由的縱向彎曲，減少了在測試過程中的白車身5變 形誤差，測得的數據更精準，測試結果更為嚴謹；整體結構合理，連接可靠，安裝、拆卸、 調整都很方便，便於擴充其它附件構成更複雜的約束裝置，同時該套裝置適合於任何車型的 試驗，適用範圍廣，經過多次試用，能很好地適用各種狀況下的車身測試要求。
如圖11、圖12、圖13和圖14所示本實施例中的可調集中力加載裝置3包括千斤頂支架 301、千斤頂302、託杆銷303、槓桿支點銷304、立柱305、施力槓桿306、測力傳感器308 以及放置於汽車白車身5上的分力部件，千斤頂302放置於千斤頂支架301上，立柱305上 沿著垂直方向開設有兩個以上用來放置託杆銷303和槓桿支點銷304的銷孔3012，施力槓桿 306 —端與千斤頂302相連，另一端穿過託杆銷303和槓桿支點銷304之間後與測力傳感器 308相連，測力傳感器308固定於分力部件的上方。銷孔312內的託杆銷303和槓桿支點銷 304為剛度足夠的銷軸，槓桿支點銷304作為施力槓桿306轉動的支點，託杆銷303用來託 住施力槓桿306，因此本發明施力裝置是倒置的施力槓桿。通過在立柱305不同高度上插設 所需要的託杆銷303和槓桿支點銷304，可以使施力槓桿306在高度方向上實現分級可調。 這樣設計的優點是不至於設計成無級可調方式而使立柱5的剛性降低(活動的一般會降低剛 性)。在本實施例中，分力部件包括分力杆309以及通過傳力柱313固定於分力杆309底部的 兩組以上分力板組件，分力板組件與白車身314的待測面相連。分力板組件包括分力板310 和平墊板311，平墊板311與白車身314的待測面相連，分力板310的上端面通過傳立柱313 與分力杆309的底部相連，分力板310的下端面上固設有兩個以上球頭圓柱315。採用這種 涉及，可以將從施力槓桿306傳遞過來的力一 分為二 (測力傳感器8傳出的力分解為分力杆兩端受力)、二分為四(分力杆309傳來的力傳到分力板310上四個球頭圓柱315上)、四分 為小區域(兩塊200X200大小的平墊板311)受力的分力方式，既沒有違背對白車身5局部 施加集中力的測量原理，又有效避免了薄鋼板過大的局部變形。測力傳感器308與施力槓桿 306之間設有第一球面墊塊組307，千斤頂302與施力槓桿306之間設有第二球面墊塊組316， 施力槓桿306為軌道鋼或工字鋼。第一球面墊塊組307和第二球面墊塊組316的結構相同， 均包括凸弧墊塊371和凹弧墊塊372，當施力槓桿306傾斜時，凸弧墊塊371和凹弧墊塊372 的兩個面仍能很好地接觸，使測力傳感器308 (或千斤頂)的受力方向仍為軸線方向，不至 於側傾。組裝時，首先在白車身5上的指定位置處(即待檢測平面)安裝平墊板311 (規格 可以為200X200X20)，將分力板10蓋於其上。分力板310上帶四個球頭圓柱315的下端面 與平墊板11接觸相連，上端面則放置兩個傳力柱313，將分力杆309對稱置於傳力柱313上， 再在分力杆309上正中間擺放測力傳感器308，套上球面墊塊組307，球面墊塊組307用來防 止施力槓桿306偏斜時測力傳感器308側歪產生傾覆力矩，將施力槓桿306穿過立柱305上 託杆銷303和槓桿支點銷304之間，使其一端壓在上球面墊塊組307上，另一端與千斤頂302 相連，千斤頂302放置於千斤頂支架301上，千斤頂支架301為墊高架，其高度可以調整。 調整千斤頂302，使施力槓桿306上端抵住槓桿支點銷4，則準備就緒。工作原理旋轉千斤 頂302的加力杆，千斤頂302託住施力槓桿306往上頂，以槓桿支點銷304為轉動支點，施 力槓桿306另一端則往下壓，逆時針轉動，依次將力傳遞給球面墊塊組307—測力傳感器308 一分力杆309—傳力柱313—分力板310—平墊板311，最終作用於白車身5的待測面上。動 力臂和阻力臂的長度不必測量，因具有測量力的大小的測力傳感器309放置在尾端，可直接 測出加力端受力的大小，注意白車身5受力還需加上分力杆309、傳力柱313、分力板310、 平墊板311的總重量，這個重量事先可以稱量確定。
圖15、圖16、圖17和圖18所示，當汽車白車身5進行扭轉強度和扭轉剛度測試時，需 要施加扭轉載荷，扭轉擺架加載裝置4即為施加扭轉載荷用。 一種方案中，它包括支撐機構、 擺臂404、 一個以上的支撐架部件419以及位於擺臂404 —端下方的施力機構，擺臂404的 中部與支撐機構相連並以支撐機構為支點轉動，擺臂404上裝設有一塊以上可沿著擺臂404 滑動的抱板402，用來與汽車白車身5接觸配合的支撐架部件419通過螺釘固定於抱板402 上。其中擺臂404的設計採用兩根槽鋼背對背配置，中間離開一個距離便於拉緊螺釘409穿 過，上下均用厚板壓住槽鋼並焊接，兩端亦焊有加固板401，整個結構是框架式的、對稱的 結構，強度、剛度非常可靠、且結構很緊湊，同時便於在其上安裝各種輔助裝置，螺栓孔、 螺釘孔的配置很巧妙，在區間很小的情況下配置了足夠多的螺紋連接件，互不幹擾，也便於螺紋件的安裝和拆卸。施力機構包括由上至下依次相連的測力傳感器415和千斤頂416，測 力傳感器415的頂端通過球面墊塊組418與擺臂404 —端的底面相連，千斤頂416的底部與 地面之間設有墊板417。為防止擺架404擺動時對測力傳感器415和千斤頂416不利，設計 了球面墊塊組418，可保證千斤頂416的施力和受力方向總是垂直方向，而擺臂404的受力 總是與擺臂404垂直。測試時只需要調整千斤頂416使之升高，通過千斤頂416可推動擺臂 404的一端往上運動，白車身5在支撐架部件419的約束下受到傳遞過來的力使其扭轉；反 向轉動千斤頂416的手柄時，則白車身5上的受力得到釋放。本實施例中抱板402的底端設 有與擺臂404滑動配合的滑槽，抱板402通過滑槽套設於擺臂404上，抱板402上開設有若 幹個鎖定孔，擺臂404的底面上與抱板402對應的位置處設有拉緊墊板408，通過穿過抱板 402、擺臂404和拉緊墊板408的拉緊螺釘409固定。同時，抱板402還可以通過穿設於鎖定 孔內的緊固螺釘403與擺臂404固定，完成定位，此時抱板402的位置更加穩定，不能再在 擺臂404上滑動。由此，抱板402可在較大的範圍內滑動，以適應各種車型，在滑動到合適 位置時，可用拉緊螺釘9 (3個)和緊固螺釘3 (4個)雙保險地固定位置(測試時此處受力 大且複雜，要求非常可靠)，便於調整。參見圖所示，本實施例中，支撐機構包括支座407， 擺臂404的底端設置有與支座407配合連接的連接座413，支座407的頂端與連接座413通 過銷軸405相連。支座407和連接座413均為"叉形"，支座407和連接座413上均開設有用 來裝設銷軸405的銷孔。擺臂404可以支座407為支點轉動。另一種方案中，與第一種方案 基本相同，不同之處就在於參加圖所示，本實施例中支撐機構包括吊掛擺支架410和吊掛 擺411，吊掛擺411的上端與吊掛擺支架410鉸接(通過銷軸401相連)，吊掛擺411的下端 通過連接螺栓組件412與擺臂404相連。在施力機構的作用下，吊掛擺11帶著擺臂404以及 固定於擺臂404上支撐架組件419繞吊掛擺支架410轉動，完成對白車身5扭轉載荷的施加 作業。
如圖22、圖23和圖24所示，本實施例中，用來裝設測量器具總成的支架6採用高低臺 支架，它包括可移動高臺601、可移動低臺602和支承座605，支承座605上立柱6064，立 柱604上兩側對稱設有第一導軌608和第二導軌609，可移動高臺601包括高平臺606、連接 板610和高平臺滑動機構607，高平臺606固定於連接板610上，連接板610的底端通過高 平臺滑動機構607套設於立柱604的第一導軌608上，可移動低臺602包括低平臺611和低 平臺滑動機構612，低平臺611通過低平臺滑動機構612套設於第二導軌609上。連接板610 的長度可以根據需要設計，以滿足不同高度的需要。可移動低臺602負責下面一段範圍內的 高度調節，而可移動高臺601負責上面一段範圍內的高度調節，兩者組合起來，高度調節範圍有1米以上，完全適應車身測量的要求。在本實施例中，立柱604呈工字形，直接採用工 字鋼即可，立柱604的兩條對稱邊分別形成第一導軌608和第二導軌609，即工字鋼的兩個 對邊就為導軌。高平臺滑動機構607和低平臺滑動機構612的結構相同，均包括一個以上鎖 緊螺釘603和用來與第一導軌608或第二導軌609配合的滑動框架613，第一導軌608和第 二導軌609均可套設於滑動框架613中，滑動框架613可順著第一導軌608和第二導軌609 移動，而穿過滑動框架613的鎖緊螺釘603用來與導軌配合產生摩擦力完成定位。高平臺606 和低平臺611上開設有一個以上測表儀器用安裝孔614，可以根據需要將若干個測表固定於 安裝孔614中，在需要時還可擴大安裝面積，並且整個支架的側面均可安裝磁性表座。工作 原理可移動高臺601和可移動低臺602的高度調節方法是一樣的，需要調整時，首先鬆開 四個鎖緊螺釘603，將滑動框架613沿著立柱604上的第一導軌608或第二導軌609上、下 移動；移動到合適位置時，擰緊四個鎖緊螺釘603即可利用摩擦力使可移動高臺601和可移 動低臺602在立柱604上不能再移動，高平臺606和低平臺611的高度位置得到固定。用來 安裝測量儀表的高平臺606和低平臺611在上、下方向運動的導向精度不必高，最關鍵的是 要鎖緊可靠，可移動高臺601和可移動低臺602均採用四個鎖緊螺釘603所產生的摩擦力固 定，經計算和實際試用是足夠可靠的。通過本發明的一個支架就可以實現對支架附近多個可 能位置相差懸殊測點進行布表，而且支架在高度和水平方向的可以實現任意調節，調整的靈 活方便。
如圖19、圖20和圖21所示，用來裝設測量器具總成的支架6和支撐約束裝置2均可固 定於多適應性升降平臺7上，它包括底板701、安裝平臺702、頂升機構704和四件支撐螺杆 703。底板701上設有便於將其固定在汽車白車身性能檢測試驗臺上的腰型孔711。頂升機構 704包括下支座741、上支座742、兩組活動撐杆743、調節螺杆744和連接杆745。各組活 動撐杆743對稱布置在中線707兩側，各側均包括有一上撐杆7431和一下撐杆7432，各上 撐杆7431上端與上支座742鉸接，各下撐杆7432下端與下支座741鉸接。連接杆745的兩 端為鉸接銷軸，連接杆745的中部設有與調節螺杆744上的螺紋匹配的螺紋孔，兩組位於同 側的上撐杆7431與下撐杆7432分別通過連接杆745兩端的鉸接銷軸鉸接，調節螺杆744上 設有兩段旋向相反的螺紋，兩段螺紋分別連接於一鉸接件的螺紋孔內，在旋轉調節螺杆744 時，調節螺杆744的軸向受力互相抵消，平衡性好，穩定性好。調節螺杆744的一端設為便 於與扳手等工具連接的方頭，這樣可以在側面進行手動調節操作，最大限度地避免車身對操 作者的影響。四件支撐螺杆703分別布置在該頂升機構704周邊的四個角上，支撐螺杆703 上段設有螺紋，下端與底板701螺紋連接，並且在底板701上開設有便於與扳手配合的扁口 708，安裝平臺702上設有與支撐螺杆703對應的通孔721，該通孔721套於支撐螺杆703 上段，各支撐螺杆703上均裝設有兩個用於固定安裝平臺702的螺母705，兩個螺母705分 別位於安裝平臺702上下兩端。安裝平臺702上表面設有用於安裝附件的T型槽722，可以 很方便地將其它各種類型的附件或測試輔件安裝在該平臺702上，實現更多的功能，使本裝 置成為汽車白車身的性能測試中不可或缺的工具，適合所有需要調節高度的工作場合，其適 用範圍廣泛。工作原理使用時，先用壓板或螺栓將底板701固定在測量平臺上，在需要對 安裝平臺702的位置進行升降調整時，先將支撐螺杆703上的各個螺母705擰松，使螺母705 遠離安裝平臺702的上下表面，此時，安裝平臺702僅依靠頂升機構704支撐，頂升機構704 的活動撐杆743設有兩組，其間的連動設計巧妙，結構緊湊，此時兩組活動撐杆743同時提 供支撐，剛性大大提高。在本裝置的側面利用扳手或其他工具旋轉調節螺杆744，可以同時 帶動兩個連接杆745逐漸遠離或接近中線707，使活動撐杆743帶動上支座742和安裝平臺 702產生垂直方向的升降平動，由於採用了頂升機構704進行高度調節，故在承載一定重壓 的情況下仍能進行升降調整。在安裝平臺702調整到預定高度後，擰緊螺母705，使位於安 裝平臺702上下兩端的螺母705壓緊安裝平臺702的上下表面，對安裝平臺702形成上壓下 頂的夾持，此時，頂升機構704不再承載重壓，頂升機構704的傳動機構得到了保護，其使 用壽命延長，使本裝置經久耐用；同時使安裝平臺2的升降調整和固定支撐相互獨立，很好 地協調了既要實現升降運動又要保持良好支撐剛性的矛盾，支撐平穩可靠。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡 屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本 發明的保護範圍。
權利要求
1、一種組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於它包括龍門式框架(1)、支撐約束裝置(2)、可調集中力加載裝置(3)、扭轉擺架加載裝置(4)以及測量器具總成，用來支撐待測汽車白車身(5)的支撐約束裝置(2)固定於龍門式框架(1)上，測量器具總成通過支架(6)固定於龍門式框架(1)上或直接固定於龍門式框架(1)上，用來對待測汽車白車身(5)進行應力加載的可調集中力加載裝置(3)和扭轉擺架加載裝置(4)固定於龍門式框架(1)上或裝設於龍門式框架(1)的周側。
2、 根據權利要求1所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於 所述龍門式框架(1)包括橫梁(102)、縱梁(103)、桁架結構方柱(104)、夾持裝置(105) 和設有多條T型槽(111)的安裝底座(101)，所述桁架結構方柱(104)設有四件且呈矩形 布置，各桁架結構方柱(104)由四件豎杆(142)和多件橫杆(143)構成，多件橫杆(143) 平行布置於桁架結構方柱(14)的各柱面上，且連接在兩豎杆(142)之間，位於桁架結構方 柱(14)兩對稱柱面上的橫杆(143)對稱布置，各桁架結構方柱(104)的底部還設有底板(141)，各底板(141)通過置於T型槽(111)內的緊固件固定於安裝底座(101)上，所述 橫梁(102)和縱梁(103)各設有兩件，並分別通過夾持裝置(105)與對應的桁架結構方柱 (104)上的橫杆(143)連接。
3、 根據權利要求1所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於 所述支撐約束裝置(2)包括一件全約束支座(201)、 一件雙自由度約束支座(202)和兩件 單自由度約束支座(203),四件支座呈矩形布置於白車身(5)底部，所述全約束支座(201) 對白車身(5)的支點和雙自由度約束支座(202)對白車身(5)的支點的連線與兩件單自由 度約束支座(203)對白車身(5)的兩支點的連線平行，所述單自由度約束支座(203)約束 垂直於水平面方向的移動自由度，所述雙自由度約束支座(202)約束垂直於水平面方向的移 動自由度，並約束垂直於雙自由度約束支座(202)對白車身(5)的支點與全約束支座(201) 對白車身(5)的支點的連線方向的移動自由度。
4、 根據權利要求3所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於 所述雙自由度約束支座(202)包括上支座(221)、下支座(222)和滾動體(223)，所述上 支座(221)設有一可與白車身(5)上的安裝基面形成面接觸的頂面，上支座(221)和下支 座(222)上均設有一圓柱槽(224)，兩圓柱槽(224)相對布置，滾動體(223)置於兩圓柱 槽(224)之間；所述單自由度約束支座(203)包括球頭支撐杆(231)和可固定於白車身(5) 上的隔套(232)，所述隔套(232)設有與球頭支撐杆(231)的球頭接觸的凹球面，該凹球 面的曲面半徑大於球頭的曲面半徑；所述全約束支座(201)上設有可與白車身(5)上的安裝基面形成面接觸的頂面，還設有便於與白車身固定連接的全約束安裝孔(211)。
5、 根據權利要求1所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於: 所述可調集中力加載裝置(3)包括千斤頂支架(301)、千斤頂(302)、託杆銷(303)、槓桿 支點銷(304)、立柱(305)、施力槓桿(306)、測力傳感器(308)以及放置於汽車白車身(5) 上的分力部件，所述千斤頂(302)放置於千斤頂支架(301)上，立柱(305)上沿著垂直方 向開設有兩個以上用來放置託杆銷(303)和槓桿支點銷(304)的銷孔(312)，所述施力槓 杆(306) —端與千斤頂(302)相連，另一端穿過託杆銷(303)和槓桿支點銷(304)之間 後與測力傳感器(308)相連，測力傳感器(308)固定於分力部件的上方。
6、 根據權利要求5所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於: 所述分力部件包括分力杆(309)以及通過傳力柱(313)固定於分力杆(309)底部的兩組以 上分力板組件，分力板組件與白車身(314)的待測面相連；所述分力板組件包括分力板(310) 和平墊板(311)，平墊板(311)與白車身(314)的待測面相連，分力板(310)的上端面通 過傳立柱(313)與分力杆(309)的底部相連，分力板(310)的下端面上固設有兩個以上球 頭圓柱(315)。
7、 根據權利要求1所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於 所述扭轉擺架加載裝置(4)包括支撐機構、擺臂(404)、 一個以上的支撐架部件(419)以 及位於擺臂(404) —端下方的施力機構，所述擺臂(404)的中部與支撐機構相連並以支撐 機構為支點轉動，所述擺臂(404)上裝設有一塊以上可沿著擺臂(404)滑動的抱板(402)， 用來與汽車白車身(5)接觸配合的支撐架部件(419)固定於抱板(402)上。
8、 根據權利要求7所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於 所述抱板(402)的底端設有與擺臂(404)滑動配合的滑槽(4201)，抱板(402)通過滑槽(4201)套設於擺臂(404)上，抱板(402)上開設有若干個鎖定孔(4202)，擺臂(404) 的底面上與抱板(402)對應的位置處設有拉緊墊板(408)，通過穿過抱板(402)、擺臂(404) 和拉緊墊板(408)的拉緊螺釘(409)固定。
9、 根據權利要求1所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在於: 所述用來裝設測量器具總成的支架(6)採用高低臺支架，包括可移動高臺(601)、可移動低 臺(602)和支承座(605)，所述支承座(605)上立柱(604)，立柱(604)上兩側對稱設有 第一導軌(608)和第二導軌(609)，所述可移動高臺(601)包括高平臺(606)、連接板(610) 和高平臺滑動機構(607)，高平臺(606)固定於連接板(610)上，連接板(610)的底端通 過高平臺滑動機構(607)套設於立柱(604)的第一導軌(608)上，所述可移動低臺(602)包括低平臺(611)和低平臺滑動機構(612)，低平臺(611)通過低平臺滑動機構(612)套 設於第二導軌(609)上。
10、根據權利要求1所述的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，其特徵在 於所述用來裝設測量器具總成的支架(6)和支撐約束裝置(2)均可固定於多適應性升降 平臺(7)上，所述多適應性升降平臺(7)包括底板(701)、安裝平臺(702)、頂升機構(704) 和多件支撐螺杆(703)，所述頂升機構(704)下端固定在底板(701)上，上端與安裝平臺 (702)相接，所述多件支撐螺杆(703)布置於頂升機構(704)周邊且下端安裝於底板(701) 上，支撐螺杆(703)上段設有螺紋，所述安裝平臺(702)上設有與支撐螺杆(703)對應的 通孔(721)，該通孔(721)套於支撐螺杆(73)上段，各支撐螺杆(73)上均裝設有位於安 裝平臺(702)上下兩端的、用於固定安裝平臺(702)的螺母(705)。
全文摘要
一種組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統，它包括龍門式框架、支撐約束裝置、可調集中力加載裝置、扭轉擺架加載裝置以及測量器具總成，用來支撐待測汽車白車身的支撐約束裝置固定於龍門式框架上，測量器具總成通過支架固定於龍門式框架上或直接固定於龍門式框架上，用來對待測汽車白車身進行應力加載的可調集中力加載裝置和扭轉擺架加載裝置固定於龍門式框架上或裝設於龍門式框架的周側。本發明是一種結構簡單緊湊、布局合理、操作方便、功能齊全、適用範圍廣、拓展性好的組合式汽車白車身動靜態性能柔性綜合測試系統。
文檔編號G01M17/007GK101408470SQ200810143529
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者吳長德, 謝小平, 飛 雷, 旭 韓 申請人:湖南大學