CN102735411A - 汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试装置及测试方法，至少包括一个金属台基，在台基上放置两个滑动小车，汽车横置复合材料板弹簧的两端分别放置在两个滑动小车上，且汽车横置复合材料板弹簧的弓背是向上翘起的；在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背的中间部位安装有一两点测试装置，两点测试装置有两个点压在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背中部，形成两个不在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背顶端的两个测试点，在两点测试装置的中间部位设有载荷压头，载荷压头通过载荷控制系统进行控制。该测试方法弥补了现有板式弹簧刚度测量方法的不足，具有装置简单、误差小、结果可靠、重复性好等优点。

Description

汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种汽车零部件的性能测试装置及测试方法，具体讲是一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置及测试方法，主要用于对汽车横置复合材料板弹簧静态刚度进行测试。

背景技术

目前，全球能源紧张、环境污染等问题，迫使人们想尽办法来实现车辆的轻量化以减轻油耗，提高环保。钢板弹簧作为汽车悬架系统的一部分，其在车体自重中所占的比例大概为1/15-1/10，如果使用玻璃纤维增强复合材料，板簧的重量可以减少60%-70%。复合材料具有比强度高、比弹性能大、耐腐蚀、材料性能可设计等优点。这些特性既能满足汽车用板簧对材料的性能要求，又能达到减轻重量的目的，因此在汽车工业中使用复合材料板弹簧具有广阔的应用前景。

目前，汽车复合材料板弹簧的应用有两个方面，一方面是在轻小型车辆上的应用，如跑车、小型商务车等；另一方面是针对重型车辆，比如卡车、罐车等。在跑车、小型商务车等一系列对减振性能要求较高的车型上，通常会采用横置的复合材料板弹簧，此时一片复合材料板弹簧即可满足要求，不仅节省安装空间，同时借助于复合材料良好的力学性能还提高了驾驶的舒适性与操控的稳定性。横置悬架结构中布置的复合材料板弹簧常常会存在两个受力位置，其受力状态类似于四点弯曲梁，这种结构布局使得同样的复合材料板弹簧具有更大的承载能力。但是，由于受力位置偏离了复合材料板弹簧的中部，且复合材料板弹簧的受力点所在的面存在一定的斜度，传统的类似于三点弯的板弹簧刚度测试方法已不适用于横置的复合材料板弹簧的刚度测试。因而，如何准确地测试汽车横置复合材料板弹簧的刚度具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试方法及装置的不足，提供一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置及测试方法，该种测试装置可以准确有效地测试汽车横置复合材料板弹簧的静态刚度。

实现本发明目的技术方案是：一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，至少包括一个金属台基，在台基上放置两个滑动小车，汽车横置复合材料板弹簧的两端分别放置在两个滑动小车上，且汽车横置复合材料板弹簧的弓背是向上翘起的；在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背的中间部位安装有一两点测试装置，两点测试装置有两个点压在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背中部，形成两个不在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背顶端的两个测试点，在两点测试装置的中间部位设有载荷压头，载荷压头通过载荷控制系统进行控制。

进一步地，所述的两点测试装置是在载荷压头下设置一分力臂，分力臂的两端分别设置一个施力装置，通过施力装置对汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背施加测试力，形成两点测试；

进一步地，所述的施力装置包括分力金属块，分力金属块通过紧固件与分力臂连接在一起，在分力金属块下面还设有固定金属块，分力金属块和固定金属块由螺栓连接起来，在分力金属块和固定金属块之间夹持有汽车横置复合材料板弹簧；

进一步地，分力金属块的上表面为水平，下表面倾斜，倾斜的斜率与对应复合材料板弹簧受力点处的切线斜率相一致；

进一步地，在分力金属块和固定金属块与夹持有汽车横置复合材料板弹簧之间还设有橡胶垫块。

根据上述汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置所提出的测试方式是：汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试方法，采用两点测试方法，通过一个两点测试装置在台基上对汽车横置复合材料板弹簧静态刚度进行测试。

进一步地，所述的两点测试方法是将复合材料板弹簧的两端安装在滑动小车上，在复合材料板弹簧长度方向上两个承力位置的内外表面分别安装紧固金属块和分力金属块，两种金属块与复合材料板弹簧之间镶嵌橡胶垫块，以防止摩擦和撞击。通过螺栓固定连接紧固金属块和分力金属块，夹紧橡胶垫块与复合材料板弹簧。在分力金属块上表面安装分力臂，然后在分力臂的中间部位施加载荷，载荷通过计算机控制，可以实时输出载荷-位移曲线。通过数值拟合得到载荷-位移曲线加载部分的斜率，该斜率值即为汽车横置复合材料板弹簧的刚度值。

进一步地，所述的测试方法包括以下步骤：

(1) 将复合材料板弹簧的两端安装在滑动小车上，滑动小车放置在两边的金属基台上，复合材料板弹簧受压发生变形时，两端可以自由伸长；

(2) 在汽车横置复合材料板弹簧长度方向两个受力的相应位置安装紧固金属块和分力金属块，两种金属块与复合材料板弹簧接触面之间分别镶嵌橡胶垫块，分力金属块和紧固金属块之间利用螺栓固定；

(3) 在两个分力金属块的上表面安装分力臂，分力臂与分力金属块之间采用螺栓连接；

(4) 确定分力臂的中间位置，并在其上施加载荷，载荷的最大值设定为复合材料板弹簧满载载荷的1.2-1.8倍； 

(5) 记录复合材料板弹簧受力加载过程中的载荷-位移曲线，计算其加载部分的斜率，即为汽车横置悬架复合材料板弹簧的静态刚度值。

本发明通过一个两点测试装置在台基上对汽车横置复合材料板弹簧静态刚度进行测试，该测试方法弥补了现有板式弹簧刚度测量方法的不足，具有装置简单、误差小、结果可靠、重复性好等优点。

附图说明

图1 汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置示意图；

图2 施实例中某型号汽车复合材料板弹簧测试五次所得的载荷-位移曲线；

图中标示：

1-金属基台             2-滑动小车                3-复合材料板弹簧

4-分力金属块           5-紧固金属块              6-橡胶垫块

7-分力臂               8-下螺栓                  9-上螺栓

10-载荷压头            11-载荷控制系统 。  

具体实施方式

下面结合某型号汽车复合材料板弹簧对一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试方法进行详细的说明。

通过附图1和2可以看出，本发明涉及一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，至少包括一个金属台基，在台基上放置两个滑动小车，汽车横置复合材料板弹簧的两端分别放置在两个滑动小车上，且汽车横置复合材料板弹簧的弓背是向上翘起的；在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背的中间部位安装有一两点测试装置，两点测试装置有两个点压在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背中部，形成两个不在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背顶端的两个测试点，在两点测试装置的中间部位设有载荷压头，载荷压头通过载荷控制系统进行控制。

进一步地，所述的两点测试装置是在载荷压头下设置一分力臂，分力臂的两端分别设置一个施力装置，通过施力装置对汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背施加测试力，形成两点测试；

进一步地，所述的施力装置包括分力金属块，分力金属块通过紧固件与分力臂连接在一起，在分力金属块下面还设有固定金属块，分力金属块和固定金属块由螺栓连接起来，在分力金属块和固定金属块之间夹持有汽车横置复合材料板弹簧；

进一步地，分力金属块的上表面为水平，下表面倾斜，倾斜的斜率与对应复合材料板弹簧受力点处的切线斜率相一致；

进一步地，在分力金属块和固定金属块与夹持有汽车横置复合材料板弹簧之间还设有橡胶垫块。

根据上述汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置所提出的测试方式是：汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试方法，采用两点测试方法，通过一个两点测试装置在台基上对汽车横置复合材料板弹簧静态刚度进行测试。

进一步地，所述的两点测试方法是将复合材料板弹簧的两端安装在滑动小车上，在复合材料板弹簧长度方向上两个承力位置的内外表面分别安装紧固金属块和分力金属块，两种金属块与复合材料板弹簧之间镶嵌橡胶垫块，以防止摩擦和撞击。通过螺栓固定连接紧固金属块和分力金属块，夹紧橡胶垫块与复合材料板弹簧。在分力金属块上表面安装分力臂，然后在分力臂的中间部位施加载荷，载荷通过计算机控制，可以实时输出载荷-位移曲线。通过数值拟合得到载荷-位移曲线加载部分的斜率，该斜率值即为汽车横置复合材料板弹簧的刚度值。

进一步地，所述的测试方法包括以下步骤：

(1) 将复合材料板弹簧的两端安装在滑动小车上，滑动小车放置在两边的金属基台上，复合材料板弹簧受压发生变形时，两端可以自由伸长；

(2) 在汽车横置复合材料板弹簧长度方向两个受力的相应位置安装紧固金属块和分力金属块，两种金属块与复合材料板弹簧接触面之间分别镶嵌橡胶垫块，分力金属块和紧固金属块之间利用螺栓固定；

(3) 在两个分力金属块的上表面安装分力臂，分力臂与分力金属块之间采用螺栓连接；

(4) 确定分力臂的中间位置，并在其上施加载荷，载荷的最大值设定为复合材料板弹簧满载载荷的1.2-1.8倍； 

(5) 记录复合材料板弹簧受力加载过程中的载荷-位移曲线，计算其加载部分的斜率，即为汽车横置悬架复合材料板弹簧的静态刚度值。

实施例一

一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，至少包括一个金属台基1，在台基上放置两个滑动小车2，汽车横置复合材料板弹簧3的两端分别放置在两个滑动小车2上，且汽车横置复合材料板弹簧3的弓背是向上翘起的；在汽车横置复合材料板弹簧3向上翘起的弓背的中间部位安装有一两点测试装置，两点测试装置有两个点压在汽车横置复合材料板弹簧3向上翘起的弓背中部，形成两个不在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背顶端的两个测试点，在两点测试装置的中间部位设有载荷压头10，载荷压头10通过载荷控制系统11进行控制。

利用上述装置进行汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试方法是：汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试，至少包括以下步骤：

(1) 如附图1所示，将复合材料板弹簧3的两端安装在滑动小车2上，滑动小车放置在两边的金属基台1上；

(2) 在汽车横置复合材料板弹簧长度方向两个受力的相应位置安装紧固金属块5和分力金属块4，两种金属块与复合材料板弹簧接触面之间分别镶嵌橡胶垫块6，分力金属块和紧固金属块之间利用下螺栓8固定连接，其螺栓的扭矩为220-280N·m；

(3) 在两个分力金属块的上表面安装分力臂7，分力臂与分力金属块之间采用上螺栓9固定连接；与分力金属块相连接的分力臂的厚度应大于50mm，以便提供足够大的刚度，减小测试误差；

(4) 确定分力臂的中间位置，在该位置上固定载荷压头10，在载荷控制系统11中设定载荷的最大值为复合材料板弹簧满载载荷的1.8倍，该实施例中的复合材料板弹簧满载载荷为10000N，设定载荷最大值为18000N，加载速度为300N/s； 

(5) 实时记录复合材料板弹簧受力加载过程中的载荷-位移曲线，重复测试5次，得到5条载荷-位移曲线，如附图2所示；载荷控制系统可以控制载荷的大小及加载速度，并具有实时输出载荷-位移曲线的功能；加载过程是准静态的，其加载速度应当控制在200N/s-400N/s之间；

(6) 对(5)中的载荷-位移曲线的加载部分进行线性拟合，得到5个斜率值，分别为273.0 N/mm、276.7N/mm、278.0 N/mm、274.1 N/mm、278.1 N/mm，取其平均值为275.96 N/mm，该值即为所测试的汽车横置复合材料板弹簧的静态刚度值。

Claims (10)

1.一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，至少包括一个金属台基，在台基上放置两个滑动小车，汽车横置复合材料板弹簧的两端分别放置在两个滑动小车上，且汽车横置复合材料板弹簧的弓背是向上翘起的；其特征在于，在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背的中间部位安装有一两点测试装置，两点测试装置有两个点压在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背中部，形成两个不在汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背顶端的两个测试点，在两点测试装置的中间部位设有载荷压头，载荷压头通过载荷控制系统进行控制。

2.如权利要求1所述的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，其特征在于，所述的两点测试装置是在载荷压头下设置一分力臂，分力臂的两端分别设置一个施力装置，通过施力装置对汽车横置复合材料板弹簧向上翘起的弓背施加测试力，形成两点测试。

3.如权利要求2所述的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，其特征在于，所述的施力装置包括分力金属块，分力金属块通过紧固件与分力臂连接在一起，在分力金属块下面还设有固定金属块，分力金属块和固定金属块由螺栓连接起来，在分力金属块和固定金属块之间夹持有汽车横置复合材料板弹簧。

4.如权利要求3所述的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，其特征在于，分力金属块的上表面为水平，下表面倾斜，倾斜的斜率与对应复合材料板弹簧受力点处的切线斜率相一致。

5.如权利要求4所述的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试装置，其特征在于，在分力金属块和固定金属块与夹持有汽车横置复合材料板弹簧之间还设有橡胶垫块。

6.如权利要求5所述的一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试方法，其特征在于，分力金属块的上表面为水平，下表面倾斜，倾斜的斜率与对应复合材料板弹簧受力点处的切线斜率相一致。

7.如权利要求6所述的一种汽车横置复合材料板弹簧静态刚度的测试方法，其特征在于，与分力金属块相连接的分力臂的厚度应大于50mm。

8.一种如权利要求1所述汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试装置的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试方法，其特征在于，采用两点测试方法，通过一个两点测试装置在台基上对汽车横置复合材料板弹簧静态刚度进行测试。

9.如权利要求8所述的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试方法，其特征在于，所述的两点测试方法是将复合材料板弹簧的两端安装在滑动小车上，在复合材料板弹簧长度方向上两个承力位置的内外表面分别安装紧固金属块和分力金属块，两种金属块与复合材料板弹簧之间镶嵌橡胶垫块，以防止摩擦和撞击；通过螺栓固定连接紧固金属块和分力金属块，夹紧橡胶垫块与复合材料板弹簧；在分力金属块上表面安装分力臂，然后在分力臂的中间部位施加载荷，载荷通过计算机控制，可以实时输出载荷-位移曲线；通过数值拟合得到载荷-位移曲线加载部分的斜率，该斜率值即为汽车横置复合材料板弹簧的刚度值。

10.如权利要求8所述的汽车横置复合材料板弹簧静态刚度测试方法，其特征在于，所述的测试方法包括以下步骤：

(1) 将复合材料板弹簧的两端安装在滑动小车上，滑动小车放置在两边的金属基台上，复合材料板弹簧受压发生变形时，两端可以自由伸长；

(2) 在汽车横置复合材料板弹簧长度方向两个受力的相应位置安装紧固金属块和分力金属块，两种金属块与复合材料板弹簧接触面之间分别镶嵌橡胶垫块，分力金属块和紧固金属块之间利用螺栓固定；

(3) 在两个分力金属块的上表面安装分力臂，分力臂与分力金属块之间采用螺栓连接；

(4) 确定分力臂的中间位置，并在其上施加载荷，载荷的最大值设定为复合材料板弹簧满载载荷的1.2-1.8倍； 

(5) 记录复合材料板弹簧受力加载过程中的载荷-位移曲线，计算其加载部分的斜率，即为汽车横置悬架复合材料板弹簧的静态刚度值。

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