CN102072803B

CN102072803B - 一种汽车车架刚度测试约束装置

Info

Publication number: CN102072803B
Application number: CN2010106036776A
Authority: CN
Inventors: 王国林; 郭九大; 侯永涛; 包正山; 于志媛
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: CN102072803A

Abstract

本发明提供了一种汽车车架刚度测试约束装置及其对应约束方法，采用所述约束方法进行的车架刚度测试时，其弯曲刚度和扭转刚度的测试时均将车架形成简支梁结构，释放了相应约束位置处的三个旋转自由度和必要的平动自由度；本发明所述约束装置，通过球铰结构释放车架上相应约束位置处的三个旋转自由度；通过滑块结构释放相应约束位置处的平动自由度。因采用最小约束原理提出的车架约束弯曲和扭转测试约束方法，逼近车架的实际使用状况。同时，由于测试是在单独的白车架上进行，因此本发明所述约束装置结构及安装方法简单，完全可满足测试精度和可靠性要求。

Description

一种汽车车架刚度测试约束装置

技术领域

本发明专利涉及一种汽车车架（身）刚度测试用约束装置，属于汽车产品测试技术领域。

背景技术

车架（身）作为汽车的承载基体支撑着发动机、离合器、变速器、转向器等相关部件，承受着弯曲、扭转等多种载荷的作用。车架刚度不足会引起振动和噪声，也会使汽车的乘坐舒适性、操作稳定性下降，但车架的扭转刚度又不宜过大，否则会使车架和悬架系统的载荷增大导致轮胎的接地性变差。因此，对车架（身）的刚度进行测试、校核就显得尤为重要。虽然，国内外对车架的刚度计算在理论上做出不少尝试，特别是有限元方法的应用为车架刚度的计算提供了有效手段，但由于车架（身）本身结构的复杂性，这些方法都有一定的局限性，通常只能做定性的比较计算，车架（身）的刚度最终还需通过实验测试来确定。

车架（身）刚度的测试是确定其刚度的重要手段之一，主要包括弯曲刚度及扭转刚度的测试。我国的刘惟信及日本的小田柿浩三在其各自所著的《汽车设计》中给出了车架刚度的简化计算公式及试验测试的基本要求。这些要求包括：测试车架（身）的弯曲刚度时，是在前后轴处设置刚性支撑并模拟实际负荷情况加载；测定车架（身）的扭转刚度时，应注意车架在试验台架上的紧固情况，以避免试验装置对其刚度产生的影响。然而，这些文献中均未给出测试的具体约束方法及约束装置的具体结构。

实际上，目前国内各个汽车厂商在对车架（身）刚度进行测试时，所使用的约束方法各不相同。如亚星-奔驰公司对其YBL6100C43aH新车型、广东福迪汽车有限公司对其NHQ6470EG2Y型汽车和长安汽车集团对其“长安之星”微型客车，其车架（身）刚度测试所采用的约束方法明显不同。约束方法不同，其对应的约束装置的复杂程度也不相同，越复杂的约束装置，其通用性越差，造价也较高。

目前，从所查找到的专利文献中，还未涉及对汽车车架（身）刚度测试时所采用的约束方法及方法所对应装置。

发明内容

本发明提供一种用于测试汽车车架（身）刚度的约束装置，能够适用于不同车型，且该约束装置因在测试时对车架的约束方法简单、易行，因此约束装置结构简单、通用性好。

本发明的技术方案为：在进行汽车车架（身）刚度的测试时，约束主要考虑地面通过车轮、前后悬架给车架传来的力和不同工况下所带来的特定限制，根据最小约束原理，充分考虑车架的实际使用状况来实现其刚度测试约束，设汽车车架纵梁方向为X方向、横梁方向为Y方向、垂直于地面方向为Z方向。

弯曲工况模拟在满载状态下，四轮着地时汽车在良好路面匀速直线行驶的状态。根据最小约束原理，弯曲刚度测试时，约束汽车后或前桥在车架（身）右或左纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；约束后或前桥在车架（身）左或右纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；约束前或后桥在车架（身）左、右纵梁上竖直投影点在Z方向平动自由度，使车架（身）在X和Y方向形成简支梁结构，实现车架（身）的最小约束。

扭转工况模拟汽车在低速通过崎岖不平路面，产生的左、右两车轮一个悬空而另一个被抬高时汽车的受力状态。其中包括车架前部扭转和后部扭转两种情况。当车架（身）发生前部扭转时，汽车两后轮在同一高度位置，此时约束后桥在车架（身）右或左纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；约束后桥在车架左或右纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；由于扭转时，两前轮一高一低，在车架前部横梁上一点其Z坐标位置不发生改变，此时可约束前桥轴线与汽车中心对称平面交点的Z方向上平动自由度。

车架（身）发生后部扭转时，其约束与前部扭转相似，可约束前桥在车架（身）左或右纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；约束前桥在车架右或左纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；约束后桥轴线与汽车中心对称平面交点的Z方向上平动自由度。

本发明所述汽车车架（身）刚度测试用约束装置，其特征在于：在采用上述约束方法进行的车架（身）刚度测试时，其弯曲刚度和扭转刚度测试约束装置均将车架（身）形成简支梁结构，释放了相应约束位置处的三个旋转自由度；所述约束方法对应的装置包括约束Z组件、约束XZ组件和约束XYZ组件。

约束XYZ组件只包括旋转约束释放部分，由关节轴承、轴、轴支撑架等组成，构成球铰结构，释放了相应约束位置处三个旋转自由度。

约束XZ组件包括旋转约束释放和平动约束释放两部分；旋转约束释放部分与约束Z组件相同，由关节轴承、轴、轴支撑架等组成，构成球铰结构，释放了相应约束位置处的三个旋转自由度；平动约束释放部分包括滑块支撑板、滑块夹板、滑块组件，滑块组件设置于一个滑块支撑板和一个滑块夹板之间，滑块组件上端通过螺钉与滑块支撑板相连，滑块组件下端通过螺钉与滑块夹板相连，释放了相应约束位置处与滑块滑动方向平行的一个平动自由度。

约束Z组件包括旋转约束释放和平动约束释放两个部分；旋转约束释放部分与约束Z组件相同，由关节轴承、轴、轴支撑架等组成，构成球铰结构，释放了相应约束位置处的三个旋转自由度；平动约束释放部分包括两个滑块支撑板、一个滑块夹板和两个滑块组件。两个滑块组件交叉垂直设置于一个滑块夹板上下两端，通过螺钉与滑块夹板相连，两个滑块支撑板分别设置于两个滑块组件的上下两端，通过螺钉与滑块组件相连，可释放相应约束位置处与两个滑块滑动方向平行的两个平动自由度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 车架（身）弯曲刚度测试的约束位置及原理示意图。

图2 车架（身）前部扭转刚度测试的约束位置及原理示意图。

图3 车架（身）后部扭转刚度测试的约束位置及原理示意图。

图4 约束Z组件结构组成主视图。

图5 约束Z组件结构组成左视图。

图6 约束XZ组件结构组成图。

图7 约束XYZ组件结构组成图。

图8 滑块支撑板结构示意图。

图9 滑块夹板结构示意图。

图中：1-约束Z组件； 2-约束XZ组件；3-约束XYZ组件；4-顶部支撑板；5-关节轴承；6-关节轴承垫圈；7-螺母；8-轴；9-轴支撑架；10-滑块支撑板；11-螺栓；12-滑块夹板；13-滑块组件；14-滑块支撑板螺钉；15-滑块夹板螺钉。

具体实施方式

车架（身）弯曲工况刚度测试的约束位置及原理，如图1所示。使用一个约束XYZ组件3，约束汽车后桥在车架（身）右纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度。约束XYZ组件3的上方为夹具组件，使用双点画线表示，用于夹紧车架纵梁；底部为支撑组件，同样使用双点画线表示，支撑在地基上。图1—图4中相应各处情况与此类似，不再说明；使用一个约束XZ组件2，约束后桥在车架（身）左纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；使用两个约束Z组件1，约束前桥在车架左、右纵梁上竖直投影点在Z方向平动自由度。由此，将车架（身）形成简支梁结构。

车架（身）前部扭转刚度测试的约束位置及原理，如图2所示。使用一个约束XYZ组件3，约束后桥在车架右纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；使用一个约束XZ组件2，约束后桥在车架左纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；使用一个约束Z组件1，约束车架前部横梁上一点在Z方向上平动自由度。由此，将车架（身）形成简支梁结构。

车架（身）后部扭转刚度测试的约束位置及原理，如图3所示。使用一个约束XYZ组件3，约束前桥在车架左纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；使用一个约束XZ组件2，约束前桥在车架右纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；使用一个约束Z组件1，约束车架后部横梁上一点在Z方向上平动自由度。由此，将车架（身）形成简支梁结构。

如图4所示为约束Z组件1的结构组成主视图，图5是其左视图。约束Z组件1包括旋转约束释放部分和平动约束释放部分。在约束Z组件1中，关节轴承5底部的孔与轴8配合相连，使用关节轴承垫圈6和螺母7将其固定在轴支撑架9上，这样由关节轴承5、轴8、轴支撑架9、关节轴承垫圈6和螺母7等即组成了约束Z组件1的旋转约束释放部分，构成球铰结构，释放了相应约束位置处在X、Y、Z三个方向的旋转自由度。关节轴承5顶部与支撑板4固连，顶部支撑板4通过螺栓与夹具组件相连。

为释放约束位置处在X和Y两个方向的平动自由度，如图4所示，两个滑块组件13交叉垂直设置于一个滑块夹板12上下两端。如图5所示，两个滑块组件13的通过滑块夹板螺钉15与滑块夹板12相连。两个滑块支撑板10分别设置于两个滑块组件13上下两端，如图4所示，通过滑块支撑板螺钉14与滑块组件13相连。这样，由滑块支撑板10、滑块夹板12、滑块组件13等即构成了约束Z组件1的平动约束释放部分，释放了相应约束位置处与两个滑块滑动方向平行的两个平动自由度。上端的滑块支撑板10通过螺栓11与轴支撑架9相连。

图6所示为约束XZ组件2结构组成图，其旋转约束释放部分与约束Z组件1相同；其平动约束释放部分，由滑块支撑板10、滑块夹板12和滑块组件13等构成，滑块组件13设置于滑块支撑板10与滑块夹板12之间，滑块组件13上端通过滑块支撑板螺钉14与滑块支撑板10相连，滑块组件13下端与约束Z组件1相同，通过滑块夹板螺钉15与滑块夹板12相连，释放了相应约束位置处与滑块滑动方向平行的一个平动自由度。上端的滑块支撑板10通过螺栓11与轴支撑架9连接。

图7所示为约束XYZ组件3结构组成图，只包括与约束Z组件1相同的旋转约束释放部分。

图8为滑块支撑板10结构示意图，图9为滑块夹板12结构示意图。滑块支撑板10、滑块夹板12和轴支撑架9上设置有呈正方形分布的孔，孔距和孔径尺寸相同，其分别在所述约束Z组件1、约束XZ组件2和约束XYZ组件3中作为底部结构与支撑组件相连时，不需要改变支撑组件的结构。

Claims

1.一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于：包括约束Z组件（1），约束XZ组件（2）和约束XYZ组件（3）；所述约束Z组件（1）包括旋转约束释放和平动约束释放两个部分；所述旋转约束释放部分包括关节轴承（5）、轴（8）、轴支撑架（9）、关节轴承垫圈（6）和螺母（7），所述关节轴承（5）底部的孔与轴（8）配合相连，通过关节轴承垫圈（6）和螺母（7）将关节轴承（5）固定在轴支撑架（9）上，构成球铰结构，释放相应约束位置处的三个旋转自由度；所述平动约束释放部分包括滑块支撑板（10）、滑块夹板（12）、滑块组件（13）、滑块支撑板螺钉（14）、滑块夹板螺钉（15）；两个滑块组件（13）交叉垂直设置于所述滑块夹板（12）上下两端，通过滑块夹板螺钉（15）与滑块夹板（12）相连，两个滑块支撑板（10）分别设置于两个滑块组件（13）的上下两端，通过滑块支撑板螺钉（14）与滑块组件（13）相连，释放了相应约束位置处与两个滑块滑动方向平行的两个平动自由度；所述上端的滑块支撑板（10）通过螺栓（11）与轴支撑架（9）连接；所述约束XZ组件（2）包括旋转约束释放和平动约束释放两个部分；所述旋转约束释放部分包括关节轴承（5）、轴（8）、轴支撑架（9）、关节轴承垫圈（6）和螺母（7），所述关节轴承（5）底部的孔与轴（8）配合相连，通过关节轴承垫圈（6）和螺母（7）将关节轴承（5）固定在轴支撑架（9）上，构成球铰结构，释放相应约束位置处的三个旋转自由度；所述平动约束释放部分包括滑块支撑板（10）、滑块夹板（12）、滑块组件（13）、滑块支撑板螺钉（14）、滑块夹板螺钉（15）；所述滑块组件（13）设置于滑块支撑板（10）与滑块夹板（12）之间，滑块组件（13）上端通过滑块支撑板螺钉（14）与滑块支撑板（10）相连，滑块组件（13）下端通过滑块夹板螺钉（15）与滑块夹板（12）相连，释放了相应约束位置处与滑块滑动方向平行的一个平动自由度；所述滑块支撑板（10）通过螺栓（11）与轴支撑架（9）连接；所述约束XYZ组件（3）包括旋转约束释放部分；所述旋转约束释放部分包括关节轴承（5）、轴（8）、轴支撑架（9）、关节轴承垫圈（6）和螺母（7），所述关节轴承（5）底部的孔与轴（8）配合相连，通过关节轴承垫圈（6）和螺母（7）将关节轴承（5）固定在轴支撑架（9）上，构成球铰结构，释放相应约束位置处的三个旋转自由度。

2.根据权利要求1所述一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于：所述滑块支撑板（10）、滑块夹板（12）和轴支撑架（9）上设置有呈正方形分布的孔，孔距和孔径尺寸相同，其分别在所述约束Z组件（1）、约束XZ组件（2）和约束XYZ组件（3）中作为底部结构与支撑组件相连时，不需要改变支撑组件的结构。