CN106323612A - 一种板簧上下受力台架试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种板簧上下受力台架试验方法，包括刚度特性试验、动刚度特性试验及上下方向疲劳试验。本发明的试验方法充分模拟了板簧总成在车辆上的上下受力和运动，使板簧总成的性能充分满足整车运动的需要。本发明的刚度特性试验、动刚度特性试验及上下受力疲劳试验的试验方法科学、精准，并且通过板簧上下受力台架结构，消除板簧总成倾斜后产生的扭矩对台架的影响，保证试验过程的安全性。

Description

一种板簧上下受力台架试验方法

技术领域

本发明属于板簧检测技术领域，特别是指一种板簧上下受力台架试验方法。

背景技术

钢板弹簧(简称板簧)在汽车上可以纵置或者横置。横置钢板弹簧因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，具有导向功能，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。

纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。钢板弹簧中部在车轴(桥)上的固定中心(此处螺栓叫中心螺栓)至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等，则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧。由于整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或者通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时，或者为了减小钢板弹簧在车辆在制动时产生的纵扭，有时采用不对称式钢板弹簧。同时，钢板弹簧还有多片簧和少片簧之分，单片钢板弹簧截面还有等截面和变截面之分，多片簧的每片截面基本上是等截面，而少片簧的每片截面大多是变截面。

模拟车辆的运动和运动过程中的板簧的受力状况对板簧进行台架试验是汽车产品开发过程中行之有效而科学的方法。车辆在运动过程中主要收到上下力的作用，板簧的上下受力台架试验是板簧的基本而重要的台架试验，以前板簧基本上只做上下受力台架，并且台架试验比较简单，性能试验和可靠性试验项目很少，试验方法也与整车要求不匹配，不能充分把握板簧的特性和寿命。在短暂的整车试验时又很难充分地了解所设计的板簧的性能，即使发现问题也来不及更改设计。

汽车悬架中的钢板弹簧是直接涉及到汽车承载能力、舒适性、安全性和操 纵稳定性的重要零部件，随着开发车辆的种类越来越多，钢板弹簧的形式也越来越多样而复杂，汽车产品研发的精准度的要求越来越高，对汽车零部件的台架试验的要求也越来越高。因此，必须进行大量的台架试验和整车试验才能设计满足车辆性能和可靠性要求的钢板弹簧，同时，对钢板弹簧的台架试验设备和试验方法要求也越来越高。

如图1所示为现行钢板弹簧的上下受力台架试验装置，是通过销轴将钢板弹簧两端的卷耳固定在小车，然后把压具放到钢板弹簧上，在压具上施加试验力，进行钢板弹簧刚度的检测和耐久性试验。现台架试验装置在试验过程中安全性差；可实施的试验项目少，只能进行刚度检测和简单的疲劳试验，且试验误差也较大；液压缸对钢板弹簧上的压具施加试验力的同时自身受到反作用力的作用，由于对设备的反作用力不稳定，对设备寿命影响大；疲劳试验时小车承载能力有限，很容易损坏；试验方法简单，与板簧实际受力和运动相差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种板簧上下受力台架试验方法，以解决板簧上下受力台架试验的安全可靠性及试验精度不高的问题，增大板簧上下受力特性试验和可靠性试验，提高板簧特性和寿命，模拟板簧实际受力和运动进行台架试验。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种板簧上下受力台架试验方法，包括刚度特性试验；所述刚度特性试验的步骤包括：

在供试板簧总成上施加与所述供试板簧总成对应车辆可能产生的最大压力，确认所述供试板簧的承受能力；若所述供试板簧能够承受该最大压力；

在所述供试板簧总成上安装力和挠度测量机构；并通过受力垫板对所述供试板簧总成持续施加静态试验力；

平稳增加所述静态试验力；当所述静态试验力达到第一指定力F1时，测量所述供试板簧总成的挠度X1及跨度；

所述第一指定力为所述供试板簧总成安装在车辆上时受到频率最高的力；

继续增加所述静态试验力，使所述静态试验力达到第二指定力F2；所述F2大于所述F1；测量所述第二指定力所对应的挠度X2；

计算所述供试板簧刚度K＝(F2-F1)/(X2-X1)；其中F1和F2的单位为N；所述X1和X2的单位为mm；

再继续增加所述静态试验力，当所述供试板簧总成被压平时，测量所述供试板簧总成的压平跨度，同时记录此时的静态试验力。

所述F2为所述F1的1.2-1.5倍。

一种板簧上下受力台架试验方法，包括动刚度特性试验；所述动刚度特性试验步骤包括：

在所述供试板簧总成上施加指定试验力；记录在设定挠度振幅δa时的所述指定试验力的变化，获得指定试验力与设定挠度关系曲线；

在所述指定试验力与设定挠度关系曲线中，连接所述供试板簧总成在设定挠度值的坐标点与设定挠度加上设定挠度振幅值δa的坐标点的直线，计算该直线的斜率为设定挠度时的动刚度值；

分别选取所述设定挠度振幅δa为不同值，得到与所述设定挠度振幅δa相对应的动刚度值；连接各动刚度值得到供试板簧总成动刚度特性试验曲线。

所述设定挠度振幅δa值的范围为0.1-20mm之间。

在进行所述动刚度特性试验前还包括予加振试验；所述予加振试验是在同一频率下对所述供试板簧总成施加产生相同指定挠度的试验力。

所述予加振试验的次数为1-5万次；所述频率在10Hz以下。

一种板簧上下受力台架试验方法，包括上下方向疲劳试验，所述上下方向疲劳试验步骤包括：

将所述供试板簧总成设置于所述板簧上下受力台架上；在所述供试板簧总成的中心处施加重复作用力或重复挠度的机构；使得所述供试板簧总成的弧高在最大挠度与十分之一最大挠度之间变化；频率在0.1-3Hz之间；

记录所述供试板簧总成达到疲劳寿命时的试验次数。

当所述试验次数超过1.0×10⁶时，且所述供试板簧总成没有达到疲劳寿命时，结束所述上下方向疲劳试验。

上述任一项所述板簧上下受力台架，包括第一支座、第一滑板、第一卷耳支架、第二支座、第二卷耳支架、第二滑板、受力垫板、垫板、下垫板、U型螺栓及钢球；

所述第一支座与所述第一滑板滑动连接；所述第一卷耳支架固定于所述第一滑板上；所述供试板簧总成的一端与所述第一卷耳支架连接；

所述第二支座与所述第二滑板滑动连接；所述第二卷耳支架固定于所述第二滑板上；所述供试板簧总成的另一端与所述第二卷耳支架连接；

所述受力垫板设置于所述供试板簧总成的上表面；所述垫板及所述下垫板均设置于所述供试板簧，并通过所述U型螺栓将所述受力垫板、所述供试板簧总成、所述垫板及所述下垫板固定连接；所述钢球设置于所述受力垫板上。

本发明的有益效果是：

本发明的试验方法充分模拟了板簧总成在车辆上的上下受力和运动，使板簧总成的性能充分满足整车运动的需要。

本发明的刚度特性试验、动刚度特性试验及上下受力疲劳试验的试验方法科学、精准，并且通过板簧上下受力台架结构，消除板簧总成倾斜后产生的扭矩对台架的影响，保证试验过程的安全性。

附图说明

图1为现行钢板弹簧的上下受力台架试验装置结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为图2的Z向俯视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为图4的I处放大图；

图7为图4的II处放大图；

图8为予加振试验曲线图；

图9为板簧总成的指定试验力-挠度特性曲线图；

图10为动刚度与挠度幅度关系图。

附图标记说明

01小车，02钢板弹簧，03压具，1第一支座，2第一滑板，3第一卷耳支架，4供试板簧总成，5受力垫板，6垫板，7下垫板，8U型螺栓，9钢球，11第二支座，12第二滑板，13第二卷耳支架，101下 平板，102支撑板，103多功能板，104凸字形凹槽，105凸字形凹槽的底面，106长方形凹槽，107地面安装孔，108滚轴，31卷耳支架底座，32卷耳支撑板，51受力垫板本体，52凸出部，53凹球面，

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

本发明的板簧上下受力台架试验方法中的板簧上下受力台架如图2至图7所示，包括第一支座1、第一滑板2、第一卷耳支架3、第二支座11、第二卷耳支架13、第二滑板12、供试板簧总成4、受力垫板5、垫板6、下垫板7、U型螺栓8及钢球9。

所述第一支座1与所述第一滑板2滑动连接；所述第一卷耳支架3固定于所述第一滑板2上；所述供试板簧总成4的一端与所述第一卷耳支架3连接。

所述第二支座11与所述第二滑板12滑动连接；所述第二卷耳支架13固定于所述第二滑板12上；所述供试板簧总成4的另一端与所述第二卷耳支架13连接。

所述受力垫板5设置于所述供试板簧总成4的上表面；所述垫板6及所述下垫板7均设置于所述供试板簧总成4下表面，并通过所述U型螺栓8将所述受力垫板5、所述供试板簧总成4、所述垫板6及所述下垫板7固定连接；所述钢球9设置于所述受力垫板5上。

所述第一支座1与所述第二支座11的形状及结构均相同；所述第一滑板2与所述第二滑板12的形状及结构均相同；所述第一卷耳支架3与所述第二卷耳支架13的形状及结构均相同。在本申请中，除了供试板簧总成外，台架试验装置的前且结构相同。

所述第一支座1包括下平板101、两个垂直支撑板102、多功能板103及滚轴108；两个所述垂直支撑板102设置于所述下平板101与所述多功能板103之间；两个所述垂直支撑板102相互平行且同时垂直于所述下平板101及所述多功能板103；起到支撑和提高设备高度的作用。

在下平板101上设置有多个地面安装孔107，本申请的台架试验装置一般安装在带安装槽的金属地平上，用螺栓通过地面安装孔将第一支座固定到金属地平上；同样第二支座也通过螺栓固定到金属地平上。

在所述多功能板103上表面设置有贯通的凸字形凹槽104；在本申请中，是沿着多功能板长度方向贯通；在所述凸字形凹槽的底面105设置有沿所述凸字形凹槽长度方向贯通的长方形凹槽106；所述长方形凹槽106与所述凸字形凹槽104连通；所述多个滚轴108设置于所述长方形凹槽106内；滚轴的中心线位于凸字形凹槽底面的下方。

所述滚轴的直径大于所述长方形凹槽的深度，滚轴的最高处高于凸字形凹槽底面约2mm.。

所述第一滑板2包括第一滑板本体；所述第一滑板本体的横截面为凸字形，所述第一滑板本体活动式插入所述凸字形凹槽内，所述第一滑板本体的下表面与所述滚轴上滑动，第一滑板本体的下表面与滚轴之间有约1mm的间隙；在所述第一滑板本体上设置有多个滑板安装孔，如需要使用时，将要使用的滑板安装孔攻丝后变成螺纹孔，这样不仅能减轻第一滑板本体的重量，而且还可用于不同型号的供试板簧总成进行台架试验。

所述第一卷耳支架3包括卷耳支架底座31及两个卷耳支撑板32；两个所述卷耳支架相互平行且垂直固定于所述卷耳支架底座上。

在所述卷耳底座上设置有卷耳支架安装孔，；所述卷耳支架安装孔与所述滑板安装孔对应；螺栓通过卷耳支架安装孔后拧入到滑板安装孔中，将第一卷耳支架与第一滑板固定连接。

在每个所述卷耳支撑板上设置有一个卷耳安装孔。

所述的供试板簧总成只是示例，代表着各式各样不同形式的纵置板簧总成，两端带有卷耳，卷耳内装有衬套，供试板簧总成可以是一片，也可以由两片、三片或多片叠加在一起，然后用中心螺栓固定在一起，片与片之间装有减摩垫，减少板间摩擦，降低板簧动态刚度，为了防止片与片之间，板簧上装有卡箍，这些都是板簧总成的一般特征。

所述受力垫板5包括受力垫板本体51及在所述受力垫板本体51上表面向上延伸的凸出部52。

在所述受力垫板本体51上设置有四个U型螺栓过孔，用于穿过两个U型螺栓的四个头部；在所述凸出部52的上端设置有凹球面53；所述钢球设置于所述凹球面内；液压气缸的气缸杆压于钢球上，为受力垫板提供试验压力。

在所述受力垫板本体的下表面设置有中心螺栓避让孔，中心螺栓避让孔用于避免与供试板簧总成上的中心螺栓干涉。

在本申请中，垫板为长方形等厚钢板，为了避免与供试板簧总成上的中心螺栓和螺母干涉，垫板的中心处设置有圆孔。

所述下垫板包括下垫板本体，在本申请中，下垫板本体为长方形；在所述下垫板本体的下表面两端各设置有一个凸起，用于防止U型螺栓脱位；在所述下垫板本体的中心处设置有一个圆孔。

将受力垫板的中心螺栓避让孔对准供试板簧总成上的中心螺栓，并将受力垫板压在供试板簧总成的上面，同样分别将垫板、下垫板上压在供试板簧总成的下面，然后用两个U形螺栓从下往上穿过受力垫板上的U型螺栓过孔，用螺母拧紧，将受力垫板、垫板、下垫板、供试板簧总成固定在一起。

用螺栓穿过地面安装孔将第一支座和第二支座固定在金属地平上，将滑板插入支座上的凸字形凹槽内，滑板的下表面与滚轴相切接触，用螺栓穿过支架安装孔将卷耳支架固定到滑板上，再用螺栓穿过卷耳安装孔、卷耳中心孔将供试板簧总成一端固定，同样安装另一端，最后将钢球放到受力垫5上的下凹球面中，完成本发明的安装，对钢球施加试验力可以进行板簧上下受力台架试验，其中包括，板簧的钢度特性、动刚度特性、上下方向疲劳等试验。

在进行板簧特性试验前，需要在设定试验环境下进行试验，在本申请中，试验环境的温度20±15℃，湿度65±20％。

本发明提供一种板簧上下受力台架试验方法，包括刚度特性试验；所述刚度特性试验的步骤包括：

在供试板簧总成上施加与所述供试板簧总成对应车辆可能产生的最大压力，确认所述供试板簧的承受能力；若所述供试板簧能够承受该最大压力；则进行以下的试验，若不能承受该最大力，则该供试板簧总成属于不合格产品，不需要进行试验。

在所述供试板簧总成上安装力和挠度测量机构；并通过受力垫板对所述供 试板簧总成持续施加静态试验力；静态试验力需要连续而平稳的施加。

在进行平稳增加所述静态试验力；当所述静态试验力达到第一指定力F1时，测量所述供试板簧总成的挠度X1及跨度；在本申请中，试验力的精度控制在±50N以内，挠度的精度为1mm单位。

所述第一指定力为所述供试板簧总成安装在车辆上时受到频率最高的力；

继续增加所述静态试验力，使所述静态试验力达到第二指定力F2；所述F2大于所述F1；在本申请中，所述F2为所述F1的1.2-1.5倍；测量所述第二指定力所对应的挠度X2；

计算所述供试板簧刚度K＝(F2-F1)/(X2-X1)；其中F1和F2的单位为N；所述X1和X2的单位为mm；

再继续增加所述静态试验力，当所述供试板簧总成被压平时，测量所述供试板簧总成的压平跨度，同时记录此时的静态试验力。

持续观测供试板簧总成是否反弓，当板簧反弓为零时测量板簧的压平跨度。

本发明提供一种板簧上下受力台架试验方法，包括动刚度特性试验；是在供试板簧总成上施加产生设定挠度值的指定试验力，通过测量指定试验力-挠度特性来评价供试板簧总成的动刚度特性。

所述动刚度特性试验步骤包括：

继续使用上面的力和挠度测量机构，试验时要稳定地保持供试板簧总成的使用状况及同一功能的功能，通过控制挠度位移，对供试板簧总成施加规定的重复相同的产生设定挠度的指定试验力。

在进行所述动刚度特性试验前还包括予加振试验；所述予加振试验是在同一频率下对所述供试板簧总成施加产生相同指定挠度的试验力。

所述予加振试验的次数为1-5万次；所述频率在10Hz以下。

予加振试验是为了符合板簧总成在装配到车辆后，从板簧总成的装配初期到板簧总成的工作常态是慢慢变化的，因此，在进行动刚度试验前有予加振试验，使得动刚度特性试验的供试验板簧在工作常态情况下。

如图9所示，初期状态的供试板簧总成的力一挠度特性为从原点O到点B的直线①所示；在予加振试验后，达到常态状态的供试板簧总成的指定试验力-挠度特性为从点F到点D的曲线②和点F到点D的曲线③构成的滞后特性曲 线所示；该滞后特性与挠度振幅δa有关，试验时将δa分成数段，从大到小记录滞后特性。

在所述供试板簧总成上施加指定试验力；记录在设定挠度振幅δa时的所述指定试验力的变化，获得指定试验力与设定挠度关系曲线。

在所述指定试验力与设定挠度关系曲线中，连接所述供试板簧总成在设定挠度值的坐标点与设定挠度加上设定挠度振幅值δa的坐标点的直线④，计算该直线的斜率为设定挠度时的动刚度值。

分别选取所述设定挠度振幅δa为不同值，得到与所述设定挠度振幅δa相对应的动刚度值；连接各动刚度值得到供试板簧总成动刚度特性试验曲线，如图10所示。

所述设定挠度振幅δa值的范围为0.1-20mm之间。各挠度振幅δa各值的对数最好等间隔选取；如δa的值分别为0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm等。

通过图10能够得到，随着挠度振幅的增大，动刚度ke接近供试板簧总成的刚度，即直线M的斜度。

本发明提供一种板簧上下受力台架试验方法，包括上下方向疲劳试验，对供试板簧总成重复施加规定的试验力，找出供试板簧总成实际疲劳寿命对板簧的设计的耐久性进行验证，是板簧总成设计中的重要试验。

所述上下方向疲劳试验步骤包括：

将所述供试板簧总成设置于所述板簧上下受力台架上；在所述供试板簧总成的中心处施加重复作用力或重复挠度的机构；在本申请中，是通过控制液压缸的上下位移而改变供试板簧总成的弧高来进行试验；使得所述供试板簧总成的弧高在最大挠度与十分之一最大挠度之间变化；频率在0.1-3Hz之间。

记录所述供试板簧总成达到疲劳寿命时的试验次数。

试验过程中，试验挠度条件不能改变，不能中途停止，直至供试板簧总成的疲劳寿命为止。如不得不中途短时停止，要记录停止时间和原因。

在进行试验中，如没有特别情况，同一批生产的板簧总成抽取三件作为供试板簧总成，并按照同一试验条件进行试验。

疲劳寿命是当供试板簧总成无论发生开裂、断裂还是发生明显的板簧刚度 变化时的疲劳试验次数。

当所述试验次数超过1.0×10⁶时，且所述供试板簧总成没有达到疲劳寿命时，结束所述上下方向疲劳试验，并记录停止试验时的供试板簧总成的状况。

另外，更换开裂和断裂的板簧再继续进行试验时，又发生明显的发热、异响等异常情况，记录发生的情况，以报告形式回报。

以上所述仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：包括刚度特性试验；所述刚度特性试验的步骤包括：

在供试板簧总成上施加与所述供试板簧总成对应车辆可能产生的最大压力，确认所述供试板簧的承受能力；若所述供试板簧能够承受该最大压力；

在所述供试板簧总成上安装力和挠度测量机构；并通过受力垫板对所述供试板簧总成持续施加静态试验力；

平稳增加所述静态试验力；当所述静态试验力达到第一指定力F1时，测量所述供试板簧总成的挠度X1及跨度；

所述第一指定力为所述供试板簧总成安装在车辆上时受到频率最高的力；

继续增加所述静态试验力，使所述静态试验力达到第二指定力F2；所述F2大于所述F1；测量所述第二指定力所对应的挠度X2；

计算所述供试板簧刚度K＝(F2-F1)/(X2-X1)；其中F1和F2的单位为N；所述X1和X2的单位为mm；

再继续增加所述静态试验力，当所述供试板簧总成被压平时，测量所述供试板簧总成的压平跨度，同时记录此时的静态试验力。

2.根据权利要求1所述的板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：所述F2为所述F1的1.2-1.5倍。

3.一种板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：包括动刚度特性试验；所述动刚度特性试验步骤包括：

在供试板簧总成上施加指定试验力；记录在设定挠度振幅δa时的所述指定试验力的变化，获得指定试验力与设定挠度关系曲线；

在所述指定试验力与设定挠度关系曲线中，连接所述供试板簧总成在设定挠度值的坐标点与设定挠度加上设定挠度振幅值δa的坐标点的直线，计算该直线的斜率为设定挠度时的动刚度值；

分别选取所述设定挠度振幅δa为不同值，得到与所述设定挠度振幅δa相对应的动刚度值；连接各动刚度值得到供试板簧总成动刚度特性试验曲线。

4.根据权利要求3所述的板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：所述设定挠度振幅δa值的范围为0.1-20mm之间。

5.根据权利要求3所述的板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：在进行所述动刚度特性试验前还包括予加振试验；所述予加振试验是在同一频率下对所述供试板簧总成施加产生相同指定挠度的试验力。

6.根据权利要求5所述的板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：所述予加振试验的次数为1-5万次；所述频率在10Hz以下。

7.一种板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：包括上下方向疲劳试验，所述上下方向疲劳试验步骤包括：

将供试板簧总成设置于所述板簧上下受力台架上；在所述供试板簧总成的中心处施加重复作用力或重复挠度的机构；使得所述供试板簧总成的弧高在最大挠度与十分之一最大挠度之间变化；频率在0.1-3Hz之间；

记录所述供试板簧总成达到疲劳寿命时的试验次数。

8.根据权利要求7所述的板簧上下受力台架试验方法，其特征在于：当所述试验次数超过1.0×10⁶时，且所述供试板簧总成没有达到疲劳寿命时，结束所述上下方向疲劳试验。

9.根据权利要求1至8中任一项所述板簧上下受力台架，其特征在于：包括第一支座、第一滑板、第一卷耳支架、第二支座、第二卷耳支架、第二滑板、受力垫板、垫板、下垫板、U型螺栓及钢球；

所述第一支座与所述第一滑板滑动连接；所述第一卷耳支架固定于所述第一滑板上；所述供试板簧总成的一端与所述第一卷耳支架连接；

所述第二支座与所述第二滑板滑动连接；所述第二卷耳支架固定于所述第二滑板上；所述供试板簧总成的另一端与所述第二卷耳支架连接；

所述受力垫板设置于所述供试板簧总成的上表面；所述垫板及所述下垫板均设置于所述供试板簧，并通过所述U型螺栓将所述受力垫板、所述供试板簧总成、所述垫板及所述下垫板固定连接；所述钢球设置于所述受力垫板上。