CN106500943A - 汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置及方法，具有由冲击试验驱动装置驱动的冲击头和与冲击头相配合的冲击块，前副车架样件内侧设有固定螺母，长螺栓依次穿过拉脱装置本体、轴套与固定螺母固定；拉脱装置本体设有拉脱销，拉脱销横向穿过拉脱装置本体，拉脱销的两端与拉脱叉铰接；基于前副车架偏置碰工况的CAE仿真分析结果，获得施力角度和施力大小；将前副车架样件固定于试验角座上，试验角座斜面的倾斜角度与试验所需的施力角度相同；调节冲击试验驱动装置输出能量，使得冲击头的初始动能大于使试验样件拉脱所需的最小能量；在冲击头冲击作用下，冲击块带动拉脱叉动作，进而拉脱叉经拉脱销带动长螺栓进行拉脱动作。

Description

汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置及方法。

背景技术

现有技术中，前副车架与车身支架安装点处的螺栓孔设有豁口，前副车架与车身支架连接螺栓在特定受力条件下可以通过豁口脱落，使得在汽车发生前部碰撞时，前副车架可以从车身脱落，带动与其相连的动力总成系统下沉，从而增大了在汽车前部碰撞过程中的前纵梁的压溃空间，提高汽车的安全性。

与本发明最相关的现有技术为，公告号为CN201310589575.7，发明名称为“一种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”专利，该技术方案存在的不足之处在于操作不便，而且不能真实有效地模拟汽车前部碰撞时的工况。在实际碰撞过程，前副车架与车身连接部件受力很复杂，并不是简单地仅仅承受轴向拉伸载荷作用，尤其是前部偏置碰工况中，前副车架前点连接螺栓往往受到较大的剪切载荷作用。目前，能够真实有效地模拟汽车前副车架脱落机理的冲击试验装置尚属空白。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置及方法，操作方便，能够有效模拟汽车前部碰撞工况。

基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：

1、一种汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，具有由冲击试验驱动装置驱动的冲击头和与冲击头相配合的冲击块，其特征在于：前副车架样件外侧设有轴套、拉脱装置本体，前副车架样件内侧设有固定螺母，长螺栓依次穿过拉脱装置本体、轴套与固定螺母固定；拉脱装置本体设有拉脱销，拉脱销横向穿过拉脱装置本体，拉脱销的两端与拉脱叉铰接；在冲击头冲击作用下，冲击块可带动拉脱叉动作，进而拉脱叉经拉脱销带动长螺栓进行拉脱动作。

拉脱装置本体可相对长螺栓移动；拉脱装置本体与长螺栓顶端之间设有限位调节垫片。

拉脱叉为U形，拉脱叉两端设有圆角矩形通孔，拉脱销的两端通过前述的圆角矩形通孔与拉脱叉铰接；拉脱销可相对拉脱装置本体转动，拉脱叉可相对拉脱销转动；长螺栓竖向穿过拉脱装置本体内的拉脱销。

前副车架样件固定于试验角座上，试验角座顶面为斜面，斜面的倾斜角度与试验施力角度相同。

试验角座通过螺栓固定在装配座上；装配座上还通过螺栓固定有导向座；拉脱叉的外端接夹持轴，夹持轴穿过导向座接冲击块，夹持轴横向设置，冲击块竖向设置。

装配座通过螺栓固定在立柱上，装配座立面上设有多个圆角矩形通孔，用于调节装配座的高度。

装配座顶面上设有多个圆角矩形通孔，用于调节试验角座和导向座在装配座上的固定位置。

冲击试验驱动装置结构为，支座上部固定有导轨，导轨内装有冲击小车，冲击小车的外端接冲击头；支座高度可调，冲击小车由冲击小车驱动装置驱动。

2、一种利用上述汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置的试验方法，其特征在于：基于前副车架偏置碰工况的CAE仿真分析结果，提取前副车架安装点的受力特征曲线，获得施力角度和施力大小；

将前副车架样件固定于试验角座上，试验角座顶面为斜面，斜面的倾斜角度与试验所需的施力角度相同；

调节冲击试验驱动装置输出能量，使得冲击头的初始动能大于使试验样件拉脱所需的最小能量；

在冲击头冲击作用下，冲击块带动拉脱叉动作，进而拉脱叉经拉脱销带动长螺栓进行拉脱，使得长螺栓脱离前副车架样件。

本发明具有的有益效果：

本发明前副车架样件外侧设有轴套、拉脱装置本体，前副车架样件内侧设有固定螺母，长螺栓依次穿过拉脱装置本体、轴套与固定螺母固定；拉脱装置本体设有拉脱销，拉脱销横向穿过拉脱装置本体，拉脱销的两端与拉脱叉铰接。本发明通过冲击头作用，使冲击块带动拉脱叉动作，进而拉脱叉经拉脱销带动长螺栓进行拉脱动作，从而完成前副车架脱落模拟，操作方便，能够有效模拟汽车前部碰撞工况，且结构可靠、工艺简单、互换性好、成本低廉。另外，本发明利用轴套代替物理实车上的与前副车架连接的前方车身安装支架。从而避免了因安装支架形状复杂，刚度大，从而造成截取物理实车该位置的局部结构工艺复杂，难度大的问题。

本发明拉脱装置本体可相对长螺栓移动；拉脱装置本体与长螺栓顶端之间设有限位调节垫片；长螺栓竖向穿过拉脱装置本体内的拉脱销。拉脱叉为U形，拉脱叉两端设有圆角矩形通孔，拉脱销的两端通过前述的圆角矩形通孔与拉脱叉铰接；拉脱销可相对拉脱装置本体转动，拉脱叉可相对拉脱销转动。本发明长螺栓在承受上拉力的同时，还承受拉脱销给予的剪切力，进一步真实有效地模拟汽车前部碰撞工况。

本发明前副车架样件固定于试验角座上，试验角座顶面为斜面，斜面的倾斜角度与试验施力角度相同，根据施力角的不同，调整试验角座斜面角度即可，操作更加方便。

本发明装配座通过螺栓固定在立柱上，装配座立面上设有多个圆角矩形通孔，方便调节装配座的高度，即调节前副车架样件距地面的高度，更加方便操作。

本发明装配座顶面上设有多个圆角矩形通孔，用于调节试验角座和导向座在装配座上的固定位置，即可调节前副车架样件在装配座上的位置，更加方便操作。

本发明冲击试验驱动装置结构为，支座上部固定有导轨，导轨内装有冲击小车，冲击小车的外端接冲击头；支座高度可调，冲击小车由冲击小车驱动装置驱动。本发明通过调节支座，即可调节冲击头距地面的高度，与固定于装配座上的冲击块高度相配合，操作更加方便。

本发明基于前副车架偏置碰工况的CAE仿真分析结果，提取前副车架安装点的受力特征曲线，获得施力角度和施力大小；将前副车架样件固定于试验角座上，试验角座斜面的倾斜角度与试验所需的施力角度相同；调节冲击试验驱动装置输出能量，使得冲击头的初始动能大于使试验样件拉脱所需的最小能量，实现对汽车正面碰撞施力角度和施力大小的模拟实验，真正达到模拟汽车前部碰撞工况的效果。

附图说明

图1为本发明冲击试验装置整体结构示意图；

图2为本发明冲击试验装置夹具装置的结构示意图；

图3为本发明拉脱装置部分的结构示意图；

图4为本发明拉脱装置部分另一角度下的结构示意图；

图5为本发明冲击试验装置驱动装置的结构示意图；

图6为前副车架样件的螺栓孔豁口示意图；

图7为螺栓孔豁口的放大图。

具体实施方式

如图1所示，本发明冲击试验装置由夹具装置和驱动装置两部分组成。如图5、图2所示，驱动装置具有冲击头14，夹具装置设有与冲击头14相配合的冲击块11。如图2、图3所示，前副车架样件1外侧设有轴套8、拉脱装置本体9，如图4所示，前副车架样件内侧设有固定螺母5，固定螺母5为凸焊螺母。如图2、图3所示，长螺栓6依次穿过拉脱装置本体9、轴套8、与固定螺母5固定；长螺栓6与固定螺母5连接时，穿过前副车架样件上的螺栓孔20，如图6所示，螺栓孔带有豁口。对长螺栓6施以一定的扭转，以模拟物理实前副车架安装过程中的预紧作用。如图2、图3所示，拉脱装置本体9设有拉脱销19，拉脱销19横向穿过拉脱装置本体9，长螺栓6竖向穿过拉脱装置本体内的拉脱销19。拉脱装置本体9可相对长螺栓6移动，拉脱装置本体9与长螺栓6顶端之间设有限位调节垫片7，用于限制拉脱装置本体9向上移动的最大距离。拉脱销19的两端与拉脱叉10铰接，拉脱叉10为U形，拉脱叉10两端设有圆角矩形通孔，拉脱销19的两端通过前述的圆角矩形通孔与拉脱叉10铰接；拉脱销19可相对拉脱装置本体9转动，拉脱叉10可相对拉脱销19转动。

如图2所示，前副车架样件1固定于试验角座2上，试验角座2顶面为斜面，斜面的倾斜角度与试验施力角度相同。试验角座2由两块平板和两块加强板，共四块钢板焊接而成，优选地，选用材料为Q235。试验角座总成2的下底板开有四只直径为9mm的通孔，通过M8的螺栓与装配座3连接固定，配防松垫片和螺母。装配座3为L型，考虑到结构冲击强度要求，在开口位置焊接两块加强筋。装配座3选材为Q235，厚度为12mm。装配座3上还通过螺栓固定有导向座13；拉脱叉10的外端焊接直径为35mm的夹持轴12，夹持轴12穿过导向座13与冲击块11焊接，夹持轴12横向设置，冲击块11竖向设置。冲击块11由本体和三块加强筋板组成，其中两块大的三角形加强筋板沿冲击块本体的长边对称布置，一块小的加强筋板自安装通孔上边缘，自下而上正向布置。优选地，小加强筋板的延伸长度为80mm。优选地，冲击块选材为Q235，厚度为10mm，总体高度为400mm。装配座3通过螺栓固定在立柱4上，装配座3立面上（即XOZ面上）设有多个圆角矩形通孔18，用于调节装配座3的高度，即调节冲击位置。实施时，圆角矩形通孔18的半径为6mm，长度为30mm，其行间距为125mm，列间距为25mm，从而使得装配座3高度可做0±9mm调节。装配座3顶面上（XOY面上），分别沿X向和Y向设有多个圆角矩形通孔，用于调节试验角座2和导向座13在装配座上的固定位置。

如图5所示，冲击试验的驱动装置结构为，支座17上部固定有导轨16，导轨内装有冲击小车15，冲击小车的外端接冲击头14；支座17高度可调，冲击小车15由冲击小车驱动装置驱动。实施时，采用BIA行人保护躯干设备作为冲击小车驱动装置。通过给BIA行人保护躯干设备选用不同规格的液压缸来改变初始驱动冲量输入；并给驱动小车配重，来改变驱动小车冲击能量。通过调节高度调节支座17，来调整冲击头14冲击的纵向高度位置。在不造成可能的机构运动干涉的前提下，尽可能向下调节冲击头的纵向高度位置，消除可能的冲击块结构变形。

基于前副车架偏置碰工况的CAE仿真分析结果，提取前副车架安装点的受力特征曲线，获得施力角度和施力大小；基于施力角度和施力大小，进行针对性冲击试验。将前副车架样件1固定于试验角座2上，试验角座斜面的倾斜角度与试验所需的施力角度相同。调节BIA行人保护躯干设备输出能量，使得冲击头14和驱动小车15的初始动能大于使试验样件拉脱所需的最小能量，实现对汽车正面碰撞施力角度和施力大小的模拟实验，真正达到模拟汽车前部碰撞工况的效果。调节前副车架样件1螺栓孔20的豁口尺寸即调节豁口半径r的大小，依据r=2, 4, 6, 8, 10；选用不同的材料牌号（改变材料屈服强度），制定试验矩阵。通过一定数量的试验，可以确定出汽车前副车架从车身安装支架上发生脱落的冲击力与豁口尺寸、材料屈服强度的关系。

Claims (9)

1.一种汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，具有由冲击试验驱动装置驱动的冲击头和与冲击头相配合的冲击块，其特征在于：前副车架样件外侧设有轴套、拉脱装置本体，前副车架样件内侧设有固定螺母，长螺栓依次穿过拉脱装置本体、轴套与固定螺母固定；拉脱装置本体设有拉脱销，拉脱销横向穿过拉脱装置本体，拉脱销的两端与拉脱叉铰接；在冲击头冲击作用下，冲击块可带动拉脱叉动作，进而拉脱叉经拉脱销带动长螺栓进行拉脱动作。

2.根据权利要求1所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：拉脱装置本体可相对长螺栓移动；拉脱装置本体与长螺栓顶端之间设有限位调节垫片；长螺栓竖向穿过拉脱装置本体内的拉脱销。

3.根据权利要求2所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：拉脱叉为U形，拉脱叉两端设有圆角矩形通孔，拉脱销的两端通过前述的圆角矩形通孔与拉脱叉铰接；拉脱销可相对拉脱装置本体转动，拉脱叉可相对拉脱销转动。

4.根据权利要求3所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：前副车架样件固定于试验角座上，试验角座顶面为斜面，斜面的倾斜角度与试验施力角度相同。

5.根据权利要求4所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：试验角座通过螺栓固定在装配座上；装配座上还通过螺栓固定有导向座；拉脱叉的外端接夹持轴，夹持轴穿过导向座接冲击块，夹持轴横向设置，冲击块竖向设置。

6.根据权利要求5所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：装配座通过螺栓固定在立柱上，装配座立面上设有多个圆角矩形通孔，用于调节装配座的高度。

7.根据权利要求6所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：装配座顶面上设有多个圆角矩形通孔，用于调节试验角座和导向座在装配座上的固定位置。

8.根据权利要求7所述的汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置，其特征在于：冲击试验驱动装置结构为，支座上部固定有导轨，导轨内装有冲击小车，冲击小车的外端接冲击头；支座高度可调，冲击小车由冲击小车驱动装置驱动。

9.一种利用权利要求1所述汽车前副车架脱落机构的冲击试验装置的试验方法，其特征在于：

基于前副车架偏置碰工况的CAE仿真分析结果，提取前副车架安装点的受力特征曲线，获得施力角度和施力大小；

将前副车架样件固定于试验角座上，试验角座顶面为斜面，斜面的倾斜角度与试验所需的施力角度相同；

调节冲击试验驱动装置输出能量，使得冲击头的初始动能大于使试验样件拉脱所需的最小能量；

在冲击头冲击作用下，冲击块带动拉脱叉动作，进而拉脱叉经拉脱销带动长螺栓进行拉脱，使得长螺栓脱离前副车架样件。