CN104949830B - 一种汽车悬架钢板弹簧试验台架 - Google Patents

Abstract

本发明设计一套新型汽车悬架用钢板弹簧试验台架开发，其特征在于能够准确模拟悬架钢板弹簧刚度性能及疲劳寿命试验。本试验台架能够准确提取板簧在实车上的安装硬点并准确模拟实车安装环境，通过前后吊耳支架安装板簧，使板簧加载时的受力和跳动完全符合实车状态，从而准确模拟钢板弹簧的实际受力，提高钢板弹簧台架试验的准确度。本发明新型台架在汽车设计阶段就能快速、准确地提取板簧性能数据及进行疲劳试验，精确模拟板簧在实际工况中的运动轨迹及受力；该试验设备适用于各种类型的板簧，集板簧静态刚度试验和疲劳试验为一体，准确反映设计状态板簧的问题，能够在很大程度上协助车企在设计阶段发现问题，提高产品质量，缩短整车开发周期，降低成本及风险。

Description

一种汽车悬架钢板弹簧试验台架

技术领域

本发明涉及一种汽车悬架钢板弹簧试验台架，尤其是涉及汽车悬架钢板弹簧设计制造过程中的试验台架，属于汽车制造检测技术领域。

背景技术

钢板弹簧是目前在汽车悬架系统中应用最广泛的弹簧之一,除了起弹性元件的作用,还兼起导向系统的作用,而多片簧片间摩擦还起到阻尼系统的作用。由于钢板弹簧结构简单,维修方便,成本相对低廉,所以在汽车领域尤其是货车及微车中得到了广泛应用。

国家对汽车悬架钢板弹簧试验有法规要求，主机厂在国家规定的相关机构进行法规验证之前，会预先进行钢板弹簧疲劳试验，并进行相关检测试验，以保证产品达标上市。

板簧破坏的形式包括弹性失效，疲劳断裂等多种形式，疲劳断裂是其中最主要的一种失效形式。疲劳断裂的突然发生，往往会导致严重的设备事故或人身事故。因此，板簧的抗疲劳性能是保证板簧的高强度和使用寿命的重要指标之一，不论是主机厂还是板簧厂商，都需要用板簧疲劳试验台架对板簧进行疲劳试验。

板簧在实际工作中受力非常复杂，经计算和分析表明，板簧在实车工作中前段和后段受力不同，受力方向也比较复杂，目前，CAE仿真只能通过理想化的模型和加载，来模拟进行板簧应力分析，但CAE分析不能模拟板簧实际工作工况，并且受网格模型等各种因素限制，准确度往往差强人意。而目前的钢板弹簧试验台架，大多数采用两端滚车约束，对称加载的方式进行疲劳试验，显然也不是较为理想化的加载方式，不能很好的模拟实际工作中较为复杂的板簧受力工况。目前大多数台架采用的两端滚车式垂直加载，因滚车与滑轨摩擦力存在的缘故，也会在一定程度上影响实验精度。车辆设计完成后都会通过路试来检测车辆中存在的问题，板簧断裂问题经常出现，设计完成并且经过了台架试验验证的板簧，在整车实际路试中依旧出现问题，也说明了目前试验台架准确度的问题。

因此，开发一种新型的准确的板簧试验台架，解决目前台架存在的不能模拟板簧实际工作状态，试验准确度存在偏差等问题，就凸显的非常关键。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于开发一套能够准确模拟板簧刚度性能及疲劳寿命的试验台架。该台架的作用是在实车设计阶段就能快速、准确地提取板簧性能数据及进行疲劳试验，精确模拟板簧在实际工况中的运动轨迹及受力；该试验设备适用于各种类型的板簧，集板簧静态刚度试验和疲劳试验为一体，准确反映设计状态板簧的问题，能够在很大程度上协助整车车企在设计阶段发现问题，提高产品质量，缩短整车开发周期，降低成本及风险。

解决上述问题采取的技术构思为，通过两个液压缸在不同方向控制并加载，精确模拟钢板弹簧在实车的跳动轨迹。由于每辆车的硬点和板簧跳动轨迹唯一且可以提供，所以可以通过控制系统控制液压缸加载，真实模拟板簧受力。

本发明的试验台架设备由两个液压缸、板簧夹装平台、控制系统等组成。

钢板弹簧前后吊耳位置，按照实车硬点安装，精确模拟实车板簧状态。台架前后吊耳约束装置可以实现XZ向可调。小型的液压缸用于推动主加载液压缸，使其完全按照板簧运动轨迹施力点加载，保证板簧受力符合实际工况。

本发明的试验台架设备包括液压缸固定支柱、主加载液压缸固定支架、主加载液压缸固定螺栓、主加载液压缸限位辅助支架、主加载液压缸、主液压缸限位块及滑轨、试验台架框体承力梁、板簧后吊耳位置可调式支架、第一传感器、加载中心轨迹调整辅助液压缸、辅助液压缸固定支架、板簧前吊耳位置可调式支架、板簧前吊耳安装支架、钢板弹簧、第二传感器、主控台、U型螺栓、钢板弹簧后吊耳板、板簧后吊耳安装支架。其特征在于钢板弹簧前后吊耳位置，按照实车硬点安装，精确模拟实车板簧状态。台架前后吊耳约束装置可以实现上下和左右方向调节。加载中心轨迹调整辅助液压缸用于推动主加载液压缸，使其完全按照板簧运动轨迹施力点加载，保证板簧受力符合实际工况。主液压缸限位块及滑轨起到约束板簧的作用，可使主加载液压缸只能上下加载，但主液压缸限位块及滑轨的存在使得主加载液压缸可左右移动，保持其加载中心与实际情况相吻合。主液压缸垂直加载，辅助液压缸调整加载中心点轨迹左右移动，两端卷耳连接按照实车硬点位置安装，所以此台架方案也能够完全消除现有台架技术两端滚车摩擦力带来的试验偏差。

具体而言，本发明采用的技术方案为：

一种汽车悬架钢板弹簧试验台架，包括主控台以及位于主控台上的立柱和试验台架框体承力梁，其特征在于，主加载液压缸固定支架位于立柱的上部，通过主加载液压缸固定螺栓连接固定有主加载液压缸限位辅助支架，从而实现主加载液压缸与主液压缸限位块及滑轨和试验台架框体承力梁的紧固装配，保证主加载液压缸的固定，不会左右晃动或者产生其他方向偏移；钢板弹簧两端卷耳分别通过钢板弹簧后吊耳板、板簧后吊耳安装支架和板簧前吊耳安装支架、板簧前吊耳位置可调式支架安装在板簧后吊耳位置可调式支架和板簧前吊耳位置可调式支架上，所述板簧后吊耳位置可调式支架和板簧前吊耳位置可调式支架能分别在坐标系Z向和坐标系X向方向上调整，以保证板簧安装能按照实车安装尺寸安装。

本发明的另一个方面，加载中心轨迹调整辅助液压缸通过辅助液压缸固定支架固定在试验台架框体承力梁上，调整主加载液压缸运动轨迹时，通过第一传感器可接收液压缸加载传递的位移、运动频率、压力等信息，以控制主加载液压缸的横向方向运动轨迹。

本发明的另一个方面，主加载液压缸和加载中心轨迹调整辅助液压缸通过主液压缸限位块及滑轨机构相互关联，通过提取实车板簧跳动轨迹曲线，控制系统按照板簧跳动轨迹曲线位移施加载荷，推动主液压缸限位块及滑轨带动主加载液压缸，按照实车板簧跳动轨迹曲线中的位移横向方向移动，第一传感器可接收液压缸加载传递的位移、运动频率、压力信息，从而通过反馈给控制系统保证主加载液压缸加载中心点准确按照板簧跳动曲线轨迹移动。

本发明的另一个方面，钢板弹簧按照实车硬点安装完成后，进行主加载液压缸和钢板弹簧的链接，液压缸活塞杆通过U型螺栓与钢板弹簧进行连接，第二传感器可读取液压缸加载数据位移、作用力、加载频率、加载次数信息，传递到主控台进行数据处理，通过计算机计算输出试验所需要的载荷-变形曲线，以及疲劳试验所需的试验次数等数据。

该试验台架采用双液压缸加载系统，准确提取实车加载点，最大限度还原板簧在实际跳动过程中受力；并且两端卷耳夹装系统可以保证准确按照硬点位置安装板簧，高度仿真实车状态。该试验台架能够准确的模拟板簧实际运动和受力进行疲劳试验。该试验台架具有实验精确度高、费用较低等特点，主要特点包括：

1.可进行静刚度试验和疲劳试验；

2.适用于不同尺寸的板簧夹装和试验；

3.可以根据要求调节不同车辆板簧安装点和轮跳轨迹；

4.采用实车吊耳板，衬套等进行装载，真实反映板簧工况；

5.减少板簧悬架开发成本和周期，提高效率。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的钢板弹簧试验台架结构图；

图2为板簧实际运动轨迹示意图；

图3为板簧实车跳动轨迹示意图，此试验台架按照实际板簧运动轨迹加载。

图4为本发明的钢板弹簧试验台架坐标系标定三维图；

附图标记：

1-立柱；2-主加载液压缸固定支架；3-主加载液压缸固定螺栓；4-主加载液压缸限位辅助支架；5-主加载液压缸；6-主液压缸限位块及滑轨；7-试验台架框体承力梁；8-板簧后吊耳位置可调式支架；9-第一传感器；10-加载中心轨迹调整辅助液压缸；11-辅助液压缸固定支架；12-板簧前吊耳位置可调式支架；13-板簧前吊耳安装支架；14-钢板弹簧；15-第二传感器；16-主控台；17-U型螺栓；18-钢板弹簧后吊耳板；19-板簧后吊耳安装支架

具体实施方式

本发明的钢板弹簧试验台架是对现有传统钢板弹簧试验台架实验数据可能存在问题而进行的创新，是一个新型试验方式的构思，约束机构及零部件设计方案不是本发明重点阐述对象。

如图1所示为本发明的钢板弹簧试验台架结构图，该试验台架能够适用于各种类型的钢板弹簧，台架宽度方向可以安装不同长度的钢板弹簧。如图4所示，钢板弹簧试验台架坐标系标，X方向、Y方向和Z方向分别代表横向、纵向和垂直方向。

如图1所示，本发明的汽车悬架钢板弹簧试验台架包括主控台16，位于主控台16上的立柱1和试验台架框体承力梁7，主加载液压缸固定支架2位于立柱1的上部，通过主加载液压缸固定螺栓3连接固定有主加载液压缸限位辅助支架4，从而实现主加载液压缸5与主液压缸限位块及滑轨6和试验台架框体承力梁7的紧固装配，保证主加载液压缸5的固定，不会左右晃动或者产生其他方向偏移，以保证液压缸只能Z向加载。钢板弹簧14两端卷耳分别通过钢板弹簧后吊耳板18、板簧后吊耳安装支架19和板簧前吊耳安装支架13、板簧前吊耳位置可调式支架12安装在板簧后吊耳位置可调式支架8和板簧前吊耳位置可调式支架11上，板簧后吊耳位置可调式支架8和板簧前吊耳位置可调式支架11能分别在坐标系Z向和坐标系X向方向上调整，以保证板簧安装能按照实车安装尺寸安装。钢板弹簧14前后吊耳位置，按照实车硬点安装，精确模拟实车板簧状态。台架前后吊耳约束装置可以实现上下和左右方向调节。

加载中心轨迹调整辅助液压缸10通过辅助液压缸固定支架11固定在试验台架框体承力梁7上，调整主加载液压缸5运动轨迹时，通过位于主液压缸限位块及滑轨机构6侧部的第一传感器9可接收液压缸加载传递的位移、运动频率、压力等信息，以控制主加载液压缸5的X向运动轨迹。

主加载液压缸5和加载中心轨迹调整辅助液压缸10通过主液压缸限位块及滑轨机构6相互关联，通过提取实车板簧跳动轨迹曲线，控制系统按照板簧跳动轨迹曲线位移施加载荷，推动主液压缸限位块及滑轨6带动主加载液压缸5，按照实车板簧跳动轨迹曲线中的位移X向移动，第一传感器9可接收液压缸加载传递的位移、运动频率、压力等信息，从而通过反馈给控制系统保证主加载液压缸5加载中心点准确按照板簧跳动曲线轨迹移动。

钢板弹簧14按照实车硬点安装完成后，进行主加载液压缸5和钢板弹簧14的链接，液压缸活塞杆通过U型螺栓17与钢板弹簧14进行连接，第二传感器15可读取液压缸加载数据位移、作用力、加载频率、加载次数等信息，传递到主控台16进行数据处理，通过计算机计算输出试验所需要的载荷-变形曲线，以及疲劳试验所需的试验次数等数据。

主液压缸限位块及滑轨6连接主加载液压缸5和加载中心轨迹调整辅助液压缸10，主液压缸限位块及滑轨6内置滚珠，在试验台架框体承力梁7上滑动，最大限度地减小摩擦力和消除产生的噪音。

图2是钢板弹簧在整车上跳动轨迹描述，是钢板弹簧在实车上的跳动轨迹，加载中心轨迹调整辅助液压缸10向X方向加载即是为了消除跳动轨迹曲线导致的加载中心轨迹变化带来的偏差影响，通过准确模拟钢板弹簧的跳动轨迹，最大限度还原板簧的真实受力。

图3是钢板弹簧在此台架上加载的实际跳动情况描述，从上到下分别代表板簧在实车上极限、满载、空载、下极限的跳动状态。

图4是本发明试验台架三维空间图及坐标系标定描述，本文中所有涉及的运动方向都是以此坐标系进行标定。

本发明试验台架能够准确的模拟板簧实际运动和受力进行疲劳试验。该试验台架具有实验精确度高、费用较低等特点，主要特点包括：1.可进行静刚度试验和疲劳试验；2.适用于不同尺寸的板簧夹装和试验；装和试验；3.可以根据要求调节不同车辆板簧安装点和轮跳轨迹；4.采用实车吊耳板，衬套等进行装载，真实反映板簧工况；5.减少板簧悬架开发成本和周期，提高效率。

Claims (2)

1.一种采用双液压缸加载系统的汽车悬架钢板弹簧试验台架，包括主控台以及位于主控台上的立柱和试验台架框体承力梁，其特征在于，主加载液压缸固定支架位于立柱的上部，通过主加载液压缸固定螺栓连接固定有主加载液压缸限位辅助支架，从而实现主加载液压缸与主液压缸限位块及滑轨和试验台架框体承力梁的紧固装配，保证主加载液压缸的固定，不会左右晃动或者产生其他方向偏移；钢板弹簧两端卷耳分别通过钢板弹簧后吊耳板、板簧后吊耳安装支架和板簧前吊耳安装支架安装在板簧后吊耳位置可调式支架和板簧前吊耳位置可调式支架上，所述板簧后吊耳位置可调式支架和板簧前吊耳位置可调式支架能分别在垂直方向和横向方向上调整，以保证板簧安装能按照实车安装尺寸安装；加载中心轨迹调整辅助液压缸通过辅助液压缸固定支架固定在试验台架框体承力梁上，调整主加载液压缸运动轨迹时，通过第一传感器可接收液压缸加载传递的位移、运动频率、压力信息，以控制主加载液压缸的横向方向运动轨迹；主加载液压缸和加载中心轨迹调整辅助液压缸通过主液压缸限位块及滑轨机构相互关联，通过提取实车板簧跳动轨迹曲线，控制系统按照板簧跳动轨迹曲线位移施加载荷，推动主液压缸限位块及滑轨带动主加载液压缸，按照实车板簧跳动轨迹曲线中的位移横向方向移动，第一传感器可接收液压缸加载传递的位移、运动频率、压力信息，从而通过反馈给控制系统保证主加载液压缸加载中心点准确按照板簧跳动曲线轨迹移动。

2.如权利要求1所述的汽车悬架钢板弹簧试验台架，其特征在于，钢板弹簧按照实车硬点安装完成后，进行主加载液压缸和钢板弹簧的链接，液压缸活塞杆通过U型螺栓与钢板弹簧进行连接，第二传感器可读取液压缸加载数据位移、作用力、加载频率、加载次数信息，传递到主控台进行数据处理，通过计算机计算输出试验所需要的载荷-变形曲线，以及疲劳试验所需的试验次数数据。