CN104655431B - 模拟汽车副车架脱落试验中使用的安装夹具及其模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

模拟汽车副车架脱落试验中使用的安装夹具及其模拟试验方法。在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具包括夹具底座（27）和与此连接的多个板材，其中的第二板材（22）和第四板材（24）的顶部边缘通过焊接连接着第五板材（25）和第六板材（26）。第一板材（21）和第三板材（23）以及第五板材和第六板材的顶部边缘分别随从着将进行强度试验的所述试验样件（3）的轮廓。在进行试验时启动拉伸试验台，对试验样件和安装夹具（2）施加拉伸载荷力，直到安装螺栓（4）从试验样件的脱落豁口（6）中脱落。通过调整的壁厚或脱落豁口的开口尺寸，可以得出壁厚或脱落豁口尺寸对试验样件的拉伸强度的影响。根据上述试验结果能够反馈和修改汽车副车架用的安装机构的形式和强度。

Description

模拟汽车副车架脱落试验中使用的安装夹具及其模拟试验 方法

技术领域

本发明涉及一种在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具，以及涉及一种模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法。

背景技术

汽车的日益普及使得由此引发的交通事故也越来越频繁。相应地，汽车的安全性能设计也变得日益重要。

目前的主流在售车型都是采用前置驱动总成的布置结构。一般情况下，在汽车发生正向碰撞时，汽车的动力总成系统会受到冲击，进而移动并撞向副车架。在碰撞作用力下，副车架的安装支架上的螺栓或螺母会被拉伸，并且使得副车架和车身的安装支架之间的连接部分发生变形。当副车架和安装支架之间的连接部分被撕裂破坏时，副车架就将从车身的安装支架的连接点处脱落。

副车架从车身的安装支架脱落之后，会由于自重而下沉移动。向下移动的副车架会带动与之相连的动力总成系统同时下沉，能够极大地减少动力总成系统对汽车车身和前围板位置的冲击，并且增大在碰撞过程中的前纵梁压溃空间。同时，副车架和动力总成系统的同时下沉，还使得碰撞加速度的峰值能够显著地降低。

因此，出于有效地保护驾驶员和乘客安全的考虑，需要确保副车架在碰撞时能够从其安装支架上脱离下来。

但是，在通常的碰撞情况下，副车架有时并不能因碰撞而脱离车身，或者脱离车身的时间不受控，或者不能够及时地脱离车身。这样，就会导致汽车车身（或前围板）的碰撞加速度很高，不利于保护驾驶员和乘员的安全。

在目前的汽车设计和研发过程中，通常首先使用Catia等三维计算机建模软件来设计包括汽车车身框架在内的各个部件，以满足装配和尺寸等方面的要求。在完成计算机建模之后，还需要通过模拟试验来验证各个部件的强度是否满足设计要求。

就副车架和与之相连的动力总成系统而言，为了有效地保护驾驶员和乘客在碰撞时的安全，在实际生产汽车之前需要进行模拟试验。但是，在现有技术中尚未有一种有效的模拟汽车副车架发生脱落的试验方法。此外，现有技术中也缺乏一些试验设备，以供进行汽车副车架发生脱落的模拟试验所使用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具，以及一种模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法。通过利用该安装夹具和该试验方法，能够有效地模拟汽车在碰撞过程中副车架以及与副车架相连的动力总成系统发生脱落下沉的现象，进而验证使副车架从车身框架上发生脱落所需的相关结构和强度。

在根据本发明的试验方法中，模拟或类似于汽车实际发生正碰撞的过程，试验样件（其对应于汽车副车架安装结构）在达到失效条件时会发生变形和破坏。利用本发明的试验设备和试验方法所得到的试验结果能够被使用在汽车副车架的安装机构的设计和验证过程中，并对副车架的安装机构的结构和强度进行改进。因此，在经过根据本发明的模拟汽车副车架发生脱落的试验方法之后，汽车在实际碰撞之后能够确保汽车的副车架和与之相连的动力总成系统在设定的时间段脱落下沉，降低碰撞的峰值加速度，从而保证了汽车内的驾驶员和乘客的安全。

根据本发明，公开了一种在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具，其包括夹具底座和其各自的底部边缘通过螺栓连接到所述夹具底座上的第一板材、第二板材、第三板材、第四板材；其中，第一板材和第三板材彼此相对设置，且两者的顶部边缘被设计成分别大致随从于将被进行强度试验的试验样件的两侧端的内轮廓；第二板材和第四板材彼此相对设置，第二板材大体上低于第四板材，并且两者的顶部边缘分别通过焊接连接着第五板材和第六板材，其中第五板材和第六板材的顶部边缘分别随从于将被进行强度试验的所述试验样件的顶端和底端轮廓；在第五板材位于安装夹具外侧的一部分和第四板材之间通过焊接连接有第一加强肋；以及在第六板材位于安装夹具外侧的一部分和第二板材之间焊接连接有第二加强肋。

作为一个优选的实施例，所述夹具底座的厚度是上述各个板材厚度的2倍。

作为一个优选的实施例，所述夹具底座的厚度是6mm，并且上述各个板材的厚度是3mm。

作为一个优选的实施例，第五板材位于安装夹具外侧的一部分和第四板材之间的第一加强肋的数量不小于两个。

作为一个优选的实施例，第六板材位于安装夹具外侧的一部分和第二板材之间的第二加强肋的数量不少于两个。

此外，本发明还提出了一种模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，包括如下步骤：

1）制造一具有一定壁厚的试验样件，其对应于汽车车身框架的一部分，所述车身框架的一部分将用于安装汽车副车架和与副车架相连的动力总成系统；

2）将试验样件焊接到安装夹具的第一板材和第三板材的顶部边缘、以及第五板材和第六板材的顶端和底端轮廓上，并形成一体的结构；

3）在试验样件的预定位置处开设具有一定尺寸的脱落豁口，并且利用一安装螺栓贯穿过所述脱落豁口和一拉伸夹具，从而将所述拉伸夹具安装到所述试验样件上；

4）将一定位轴固定连接到安装夹具的夹具底座的底面，同时确保定位轴的轴向延伸方向和拉伸夹具的中心长度延伸方向处于同一直线上；

5）分别利用定位轴和拉伸夹具将试验样件和安装夹具一体地安装到拉伸试验台上；

6）启动拉伸试验台，以对一体的试验样件和安装夹具匀速地施加拉伸载荷力，直到拉伸夹具连同安装螺栓一起从试验样件的脱落豁口中脱落；

7）在施加拉伸载荷力的过程中，利用记录仪记载下拉伸载荷力随着拉伸时间变化的曲线图，进而得出试验样件的拉伸强度；以及

8）调整试验样件的壁厚或脱落豁口的开口尺寸，重复上述拉伸加载操作，进而得到具有不同壁厚的试验样件或具有不同尺寸的脱落豁口的试验样件的拉伸强度。

作为一个优选的实施例，拉伸试验台的加载速度是位于0.8-1.2mm/s范围的一个值，加载位移是位于30-70mm范围的一个值。

作为一个优选的实施例，拉伸试验台的加载速度是1mm/s，加载位移是50mm。

作为一个优选的实施例，夹具底座的厚度是6mm，第一板材、第三板材、第五板材和第六板材的厚度分别是3mm。

作为一个优选的实施例，拉伸夹具包括具有安装孔的两个拉伸支架和与两个拉伸支架固定连接的拉伸块，其中安装螺栓贯穿过所述拉伸块，以将所述拉伸夹具安装到所述试验样件上，同时利用一圆柱销将所述两个拉伸支架安装到拉伸试验台的拉伸臂上。

本发明的其他实施例通过参考附图以及具体实施方式的说明将变得更加清楚。

附图说明

图1示出了根据本发明的安装夹具的一个立体图，其中省去了安装夹具的夹具底座。

图2示出了图1所示的安装夹具的另一个立体图，其中同样地省去了安装夹具的夹具底座。

图3示出了试验样件的立体图。

图4示出了图3中的局部放大图。

图5示出了安装夹具、试验样件、拉伸夹具、定位轴安装在一起之后的立体图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的安装夹具2的两个立体图。如图1和图2所示，安装夹具2由6块金属板材和如图5中所示的夹具底座27制成。其中，6块金属板材中的第一板材21、第二板材22、第三板材23、第四板材24的底部边缘分别通过螺栓连接到夹具底座27的前后左右四个侧部上。这样，第一板材21、第二板材22、第三板材23、第四板材24和夹具底座27一起限定和形成了内部空间。

第一板材21和第三板材23彼此相对设置。第一板材21和第三板材23的顶部边缘被设计成分别大致随从于将进行强度试验的、图3所示的试验样件3的两侧端的内轮廓。

第二板材22和第四板材24彼此相对设置。并且，第二板材22大体上低于第四板材24。第四板材24和第二板材22的顶部边缘分别通过焊接连接着第五板材25和第六板材26，以使得第五板材25和第六板材26分别随从于将进行强度试验的、图3所示的试验样件3的顶端和底端轮廓。

第五板材25的一部分突伸到内部空间的上方。为了增加第五板材25和第四板材24之间的连接强度，在第五板材25位于内部空间外侧的一部分和第四板材24之间通过焊接连接有第一加强肋c和d。显然的，在第五板材25位于内部空间外侧的一部分和第四板材24之间的加强肋的数量不限于两个，而是可以大于两个。

类似的，第六板材26的一部分突伸到内部空间。在第六板材26位于内部空间外侧的一部分和第二板材22之间焊接连接有第二加强肋a和b。显然的，在第六板材26位于内部空间外侧的一部分和第二板材22之间的加强肋的数量也不限于两个，而是可以大于两个。

图5所示的夹具底座27将在模拟拉伸试验中承受拉伸载荷。为此，所述夹具底座27的厚度大于第一、第二、第三、第四、第五、第六板材的厚度。

作为一个优选的实施例，夹具底座27的厚度是各个板材的厚度的2倍。优选的，夹具底座27的厚度是6mm，第一、第二、第三、第四、第五、第六板材的厚度是3mm。

根据本发明能够制造出用于模拟汽车副车架脱落试验中使用的安装夹具2。使用上述安装夹具2，能够完成根据本发明的用于模拟汽车副车架发生脱落的试验方法。安装夹具2将在用于模拟汽车副车架发生脱落的试验方法中安装试验样件3，并起到类似于汽车车身框架的作用。

具体而言，利用图1-2所示的安装夹具2来模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，包括如下步骤：

一、制造一具有一定壁厚的试验样件3，其对应于汽车车身框架的一部分，所述车身框架的一部分用于安装汽车副车架和与副车架相连的动力总成系统；

二、将试验样件3焊接到权利要求1所述的安装夹具2的第一板材21和第三板材23的顶部边缘以及第五板材25和第六板材26的顶端和底端轮廓上，以形成一体的结构；

三、如图3、4所示，在试验样件3的预定位置开设一具有一定尺寸的脱落豁口6，并且利用一安装螺栓4贯穿过所述脱落豁口6和一拉伸夹具5，从而将所述拉伸夹具5安装到所述试验样件3上；

四、将一定位轴7固定连接到安装夹具2的夹具底座27的底面，同时确保定位轴7的轴向延伸方向和拉伸夹具5的中心长度延伸方向处于同一直线1上；

五、分别利用定位轴7和拉伸夹具5将一体的试验样件3和安装夹具2安装到拉伸试验台上；

六、启动拉伸试验台，以对一体的试验样件3和安装夹具2匀速地施加拉伸载荷力，直到拉伸夹具5连同安装螺栓4一起从试验样件3的脱落豁口6中脱落。其中，优选的，拉伸试验台的加载速度是位于0.8-1.2mm/s范围的一个值，加载位移是位于30-70mm范围的一个值；

七、在施加拉伸载荷力的过程中，利用记录仪记载下拉伸载荷力随着拉伸时间变化的曲线图，进而得出试验样件3的拉伸强度；

八、调整试验样件3的壁厚或脱落豁口6的开口尺寸，重复上述拉伸加载操作，进而得到具有不同壁厚的试验样件3或具有不同尺寸的脱落豁口6的试验样件3的拉伸强度。

根据本发明的试验方法，拉伸试验台的加载速度优选地是1mm/s。同时，拉伸试验台的加载位移优选地是50mm。

此外，优选的，拉伸夹具5包括具有安装孔的两个拉伸支架51和与两个拉伸支架51固定连接的拉伸块52，其中安装螺栓4贯穿过拉伸夹具5的拉伸块52，以将所述拉伸夹具5安装到所述试验样件3上，并且利用一圆柱销将拉伸夹具5的两个拉伸支架51安装到拉伸试验台的拉伸臂上。

如上所述，通过上述模拟汽车副车架发生脱落的试验方法，能够设计并验证拉伸夹具5和安装螺栓4一起从试验样件3的脱落豁口6中脱落的时间与试验样件3的壁厚或脱落豁口6的开口尺寸之间的关系，从而确保试验样件3具有恰当的强度。

由此上述试验结果，可以确定出汽车副车架从车身框架上发生脱落的拉伸力与脱落时间之间的关系。相应地，通过根据本发明的试验方法，能够验证汽车副车架用的安装机构的强度是否合适，并且验证是否在发生碰撞时副车架和与之相连的动力总成系统能否在适当的时间内从汽车车身框架上脱落。同时，根据本发明所得到是试验结果，还可以来反馈和修改汽车副车架用的安装机构的形式和强度。

显然的，前述在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具以及模拟汽车副车架发生脱落的试验方法，也可以类似地使用在对汽车的其他部件的强度测试的过程中。因此，本说明书所公开的内容仅仅是示例性的，并不构成对本发明保护范围的限定。本发明的保护范围以权利要求书所限定的内容为准。

Claims (10)

1.一种在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具（2），其包括夹具底座（27）和其各自的底部边缘通过螺栓连接到所述夹具底座（27）上的第一板材（21）、第二板材（22）、第三板材（23）、第四板材（24）；

其中，第一板材（21）和第三板材（23）彼此相对设置，且两者的顶部边缘被设计成分别大致随从于将被进行强度试验的试验样件（3）的两侧端的内轮廓；

第二板材（22）和第四板材（24）彼此相对设置，第二板材（22）大体上低于第四板材（24），并且两者的顶部边缘分别通过焊接连接着第五板材（25）和第六板材（26），其中第五板材（25）和第六板材（26）的顶部边缘分别随从于将被进行强度试验的所述试验样件（3）的顶端和底端轮廓；

在第五板材（25）位于安装夹具外侧的一部分和第四板材（24）之间通过焊接连接有第一加强肋（c，d）；以及

在第六板材（26）位于安装夹具外侧的一部分和第二板材（22）之间焊接连接有第二加强肋（a，b）。

2.如权利要求1所述的在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具（2），其中所述夹具底座（27）的厚度是上述各个板材厚度的2倍。

3.如权利要求1或2所述的在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具（2），其中所述夹具底座（27）的厚度是6mm，并且上述各个板材的厚度是3mm。

4.如权利要求1或2所述的在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具（2），其中第五板材（25）位于安装夹具外侧的一部分和第四板材（24）之间的第一加强肋（c，d）的数量不小于两个。

5.如权利要求1或2所述的在模拟汽车副车架脱落的试验中使用的安装夹具（2），其中第六板材（26）位于安装夹具外侧的一部分和第二板材（22）之间的第二加强肋（a，b）的数量不少于两个。

6.一种模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，包括如下步骤：

1）制造一具有一定壁厚的试验样件（3），其对应于汽车车身框架的一部分，所述车身框架的一部分将用于安装汽车副车架和与副车架相连的动力总成系统；

2）将试验样件（3）焊接到权利要求1所述的安装夹具（2）的第一板材（21）和第三板材（23）的顶部边缘、以及第五板材（25）和第六板材（26）的顶端和底端轮廓上，并形成一体的结构；

3）在试验样件（3）的预定位置处开设具有一定尺寸的脱落豁口（6），并且利用一安装螺栓（4）贯穿过所述脱落豁口（6）和一拉伸夹具（5），从而将所述拉伸夹具（5）安装到所述试验样件（3）上；

4）将一定位轴（7）固定连接到安装夹具（2）的夹具底座（27）的底面，同时确保定位轴（7）的轴向延伸方向和拉伸夹具（5）的中心长度延伸方向处于同一直线（1）上；

5）分别利用定位轴（7）和拉伸夹具（5）将试验样件（3）和安装夹具（2）一体地安装到拉伸试验台上；

6）启动拉伸试验台，以对一体的试验样件（3）和安装夹具（2）匀速地施加拉伸载荷力，直到拉伸夹具（5）连同安装螺栓（4）一起从试验样件（3）的脱落豁口（6）中脱落；

7）在施加拉伸载荷力的过程中，利用记录仪记载下拉伸载荷力随着拉伸时间变化的曲线图，进而得出试验样件（3）的拉伸强度；以及

8）调整试验样件（3）的壁厚或脱落豁口（6）的开口尺寸，重复上述拉伸加载操作，进而得到具有不同壁厚的试验样件（3）或具有不同尺寸的脱落豁口（6）的试验样件（3）的拉伸强度。

7.如权利要求6所述的模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，其中拉伸试验台的加载速度是位于0.8-1.2mm/s范围的一个值，加载位移是位于30-70mm范围的一个值。

8.如权利要求6或7所述的模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，其中拉伸试验台的加载速度是1mm/s，加载位移是50mm。

9.如权利要求6或7所述的模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，其中夹具底座（27）的厚度是6mm，第一板材（21）、第三板材（23）、第五板材（25）和第六板材（26）的厚度分别是3mm。

10.如权利要求6或7所述的模拟汽车副车架从车身框架上发生脱落的试验方法，其中拉伸夹具（5）包括具有安装孔的两个拉伸支架（51）和与两个拉伸支架（51）固定连接的拉伸块（52），其中安装螺栓（4）贯穿过所述拉伸块（52），以将所述拉伸夹具（5）安装到所述试验样件（3）上，同时利用一圆柱销将所述两个拉伸支架（51）安装到拉伸试验台的拉伸臂上。