CN107202682B - 六自由度加载试验台架 - Google Patents

Abstract

一种六自由度加载试验台架，包括加载环、固定支架及作动器，所述作动器包括X、Y、Z向作动器和X、Y、Z向扭转作动器，试验样件固定于所述加载环内，且以可转动的方式架设于所述固定支架上，所述Y向扭转作动器通过Y向扭转加载杆与所述试验样件相连，所述X向作动器通过X向加载杆与所述加载环相连，所述Y、Z向作动器通过所述X向加载杆与所述加载环相连，所述X、Z向扭转作动器通过X、Z向扭转加载杆与所述加载环相连。本发明可利用一个试验台架对试验样件进行多轴疲劳试验。

Description

六自由度加载试验台架

技术领域

本发明涉及汽车测试装置领域，特别是涉及一种汽车悬架摆臂衬套的六自由度加载试验台架。

背景技术

悬架摆臂的连接处一般都装有衬套，起减振作用。如图1和图2所示，摆臂的衬套10通常包括内杆11、外管12、以及填充于内杆11和外管12之间的橡胶13。衬套10通过其外管12与摆臂上的孔之间的过盈配合固定至悬架摆臂上。

在车辆的行驶过程中，由于路面不平引起的冲击、加速制动等操作，衬套在各个方向上均受到载荷，其所受载荷包括X、Y、Z三个方向的载荷Fx、Fy、Fz以及X、Y、Z三个方向的扭矩Mx、My、Mz。由于衬套长期受到复合载荷的作用，势必会产生疲劳失效，主要表现形式为橡胶开裂。

为了模拟衬套在整车中的受力状态，现阶段采用的一种用于衬套疲劳试验的试验台通过衬套外管与夹具的过盈配合，将衬套固定于试验台面上，然后将衬套内杆与作动器连接，使作动器的加载方向平行于衬套轴线，利用作动器对衬套进行拉压循环加载。

由于此种试验台仅能对衬套进行单一方向加载，不能模拟复合工况进行试验。另外，利用此种试验台对衬套进行多方向试验时需要各个方向轮流进行试验，试验周期较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种六自由度加载试验台架，该试验台架可以模拟复合工况，对衬套类零件进行多轴疲劳试验。

本发明提供的六自由度加载试验台架，包括加载环、固定支架及作动器，所述作动器包括X、Y、Z向作动器和X、Y、Z向扭转作动器，试验样件固定于所述加载环内，且以可转动的方式架设于所述固定支架上，所述Y向扭转作动器与所述试验样件相连，所述X、Y、Z向作动器和所述X、Z向扭转作动器与所述加载环相连。

根据本发明的一个实施例，所述试验样件包括内杆、外管、以及填充于内杆和外管之间的橡胶，所述试验样件的外管固定于所述加载环内，所述试验样件的内杆两端分别与一Y向扭转加载杆和一Y向扭转平衡杆相连，所述固定支架包括分别与所述Y向扭转加载杆及所述Y向扭转平衡杆相连的两个轴承支架，所述Y向扭转作动器与所述Y向扭转加载杆相连。

根据本发明的一个实施例，所述Y向扭转加载杆及所述Y向扭转平衡杆的一部分为圆柱体，另一部分为半圆柱体，所述Y向扭转加载杆及所述Y向扭转平衡杆的圆柱体部分分别固定至对应轴承支架的轴承内，半圆柱体部分分别通过固定元件与试验样件的内杆两端固连。

根据本发明的一个实施例，所述X、Z向扭转作动器和所述X向作动器分别通过X、Z向扭转加载杆和X向加载杆与所述加载环相连，所述Y向作动器和所述Z向作动器通过所述X向加载杆与所述加载环相连。

根据本发明的一个实施例，所述加载环的外表面均布有四个安装面，所述安装面上各设有一安装通孔，所述X、Z向扭转加载杆与所述X向加载杆通过穿入所述安装通孔的固定元件与所述加载环相连。

根据本发明的一个实施例，所述X向扭转加载杆的加载端为U形叉，中部为三销轴万向节，所述U形叉的端部为杆端轴承，所述X向扭转加载杆通过穿入所述加载端杆端轴承内的固定元件与所述加载环的两个相对的安装面相连。

根据本发明的一个实施例，所述Z向扭转加载杆的加载端为U形叉，中部为三销轴万向节，所述U形叉的叉臂为环形，且所述叉臂的中部设有固定通孔，所述固定通孔内设有与所述固定通孔间隙配合的套筒，所述Z向扭转加载杆通过与所述套筒压紧配合的固定元件与所述加载环的两个相对的安装面相连。

根据本发明的一个实施例，所述X向加载杆的加载端为U形叉，所述U形叉的端部为杆端轴承，所述X向加载杆通过穿入所述杆端轴承内的固定元件与所述加载环的两个相对的安装面相连。

根据本发明的一个实施例，所述X向加载杆的靠近加载环一端的杆体上开设有两个第一通孔，以及垂直于所述第一通孔且与所述第一通孔相互连通的第二通孔，所述第一通孔相互垂直且沿所述杆体的长度方向相互错开，用于供所述Y向作动器和所述Z向作动器的加载端穿过，所述Y向作动器和所述Z向作动器的加载端设有杆端轴承，所述X向加载杆通过穿入所述第二通孔和所述Y、Z向作动器杆端轴承的固定元件与所述Y向作动器和所述Z向作动器相连。

根据本发明的一个实施例，所述X向加载杆与所述X向作动器之间设有直线轴承，所述直线轴承的轴承杆一端通过杆端轴承与所述X向加载杆的尾端相连，所述直线轴承的轴承杆另一端通过球铰所述X向作动器相连。

根据本发明的一个实施例，所述X、Y向扭转作动器直接固定于一试验台面上，所述Z向扭转作动器通过一安装架固定于所述试验台面上，所述X、Y向作动器的尾端分别与X、Y向反力架相连，所述Z向作动器的尾端固定于一龙门架上。

本发明的六自由度加载试验台架上可同时设置X、Y、Z向作动器和X、Y、Z向扭转作动器，从而可以利用一个试验台架对试验样件进行多轴疲劳试验；进一步地，本发明通过将作动器与若干杆系组合到一起形成一个可以多轴向协调加载的系统，而在对衬套类零件进行多轴疲劳试验时，解耦较为彻底，各向载荷之间相互影响较小，结构简单，容易实现，并且，在进行多方向试验时不需轮流进行试验，缩短了试验周期。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有的一种衬套的立体示意图。

图2所示为图1中衬套的剖视示意图。

图3所示为本发明的六自由度加载试验台架及摆臂衬套的组装示意图。

图4所示为图3中轴承支架、摆臂衬套、Y向扭转加载杆、Y向扭转平衡杆及加载环的组装示意图。

图5所示为图4中的元件与X向加载杆和X向扭转加载杆的组装示意图。

图6所示为图5中的元件与Z向扭转加载杆的组装示意图。

图7所示为图6中的元件与Y、Z向作动器的组装示意图。

图8所示为图7中的元件与X、Y、Z向扭转作动器和X、Y向反力架的组装示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的六自由度加载试验台架其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

首先需要说明的是，本发明的六自由度加载试验台架可用于进行衬套类零件的疲劳试验及强度试验，在本实施例中，试验样件为摆臂的衬套10，衬套10的结构如图1和图2所示，包括内杆11、外管12、以及填充于内杆11和外管12之间的橡胶13。

如图3及图4所示，本发明的六自由度加载试验台架包括试验台面21、固定支架22、加载环23、作动器(包括X、Y、Z向作动器24、25、26和X、Y、Z向扭转作动器27、28、29)、反力架(包括X向反力架30和Y向反力架31)以及龙门架32。

其中，衬套10固定于加载环23内，且以可转动的方式架设于固定支架22上。X、Y向扭转作动器27、28固定于试验台面21上，Z向扭转作动器29通过一安装架33固定于试验台面21上。试验台面21在本实施例中为铁地板。X、Y向作动器24、25的尾端分别与X、Y向反力架30、31相连，通过X、Y向反力架30、31固定于试验台面21上。Z向作动器26的尾端固定于龙门架32上，通过龙门架32固定于试验台面21上。Y向扭转作动器28与衬套10相连，X、Y、Z向作动器24、25、26和X、Z向扭转作动器27、29与加载环23相连，从而可对衬套10施加X、Y、Z向载荷和X、Y、Z向扭矩。

具体地，固定支架22包括两个轴承支架22a，该两个轴承支架22a由侧面看呈倒“T”型，轴承支架22a的顶部设有用于安装圆锥滚子轴承的圆孔。

衬套10的外管12通过过盈配合的方式固定于加载环23内，衬套10的内杆11两端分别与一Y向扭转加载杆34和一Y向扭转平衡杆35相连。Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35的一部分为圆柱体，另一部分为半圆柱体。Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35的圆柱体部分分别插入对应轴承支架22a的轴承内，与轴承支架22a的轴承过盈配合；Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35的半圆柱体部分则通过固定元件分别与衬套10的内杆11两端相连。本实施例中的固定元件可以为螺栓、螺柱等。另外，Y向扭转加载杆34的圆柱体部分伸出对应的轴承支架22a，与设于轴承支架22a外侧的Y向扭转作动器28相连。

加载环23大体呈圆环状，加载环23的外表面均布有四个安装面23a，安装面23a上各设有一安装通孔23b。在本实施例中，安装通孔23b为螺纹孔。请一并参阅图5及图6，加载环23的上、下两个安装面23a通过穿入对应安装通孔23b的固定元件与一X向扭转加载杆36和一X向加载杆37相连。加载环23的左、右两个安装面23a通过穿入对应安装通孔23b的固定元件与一Z向扭转加载杆38相连。

X向扭转加载杆36的加载端为U形叉36a，中部为三销轴万向节36b。U形叉36a的端部为杆端轴承。三销轴万向节36b的三销轴中心与其固定端的轴线重合，可绕其固定端中心向任意角度摆动，且可沿其固定端轴线滑动，使X向扭转加载杆36的加载端可绕其轴线向任意角度摆动，且可相对其尾端滑动。X向扭转加载杆36的加载端通过穿入其杆端轴承内的固定元件与加载环23的上、下安装面23a相连。X向扭转加载杆36的尾端与X向扭转作动器27相连。X向扭转作动器27通过固定元件直接固定于试验台面21上。

Z向扭转加载杆38的加载端为U形叉38a，中部为三销轴万向节38b。U形叉38a的叉臂为环形，且叉臂的中部设有固定通孔，固定通孔内设有与固定通孔间隙配合的套筒。套筒的长度稍大于叉臂的厚度。Z向扭转加载杆38的加载端通过与套筒压紧配合的固定元件与加载环23的左、右安装面23a相连。Z向扭转加载杆38的尾端与Z向扭转作动器29相连。Z向扭转作动器29通过安装架33固定于试验台面21上。

X向加载杆37的加载端为U形叉37a，尾端设有一螺纹孔。U形叉37a的端部为杆端轴承，X向加载杆37通过穿入其加载端杆端轴承内的固定元件与加载环23的上、下安装面23a相连。另外，如图8所示，X向加载杆37尾端的螺纹孔用于安装一杆端轴承，而连接X向加载杆37的尾端与一直线轴承39。直线轴承39包括轴承座39a和轴承杆39b。直线轴承39的轴承杆39b的前端通过杆端轴承与X向加载杆37的尾端相连，尾端通过杆端轴承与X向作动器24的加载端相连。X向作动器24的加载端为杆端轴承，尾端为球铰。X向作动器24的尾端通过T型滑槽与X向反力架30相连，便于调节X向作动器24在X向反力架30上的高度。

请一并参阅图6和图7，X向加载杆37的靠近加载环23一端的杆体上开设有两个第一通孔37b，以及垂直于第一通孔37b且与第一通孔37b相互连通的两个第二通孔37c。在本实施例中，第一通孔37b为长方形通孔，第二通孔37c为圆形通孔。两个第一通孔37b相互垂直且沿杆体的长度方向相互错开，用于供Y向作动器25和Z向作动器26的加载端穿过。Y向作动器25和Z向作动器26的加载端设有杆端轴承，尾端设有球铰。Y向作动器25和Z向作动器26通过穿入第二通孔37c和其加载端杆端轴承的固定元件与X向加载杆37相连。第一通孔37b和第二通孔37c的孔位设计应保证Y向作动器25和Z向作动器26加载端的杆端轴承的中心位于X向加载杆37的轴线上，如此可以防止X向加载杆37承受转矩。Y向作动器25的尾端通过T型滑槽与Y向反力架31相连。Z向作动器26的尾端固定于龙门架32上。

请继续参阅图3，龙门架32固定于试验台面21上，其整体上呈“H”形。龙门架32包括两根立柱32a及位于该两根立柱32a之间的横梁32b。在保证强度、刚度的前提下，立柱32a上开有若干矩形孔32c，以减轻龙门架32的重量。横梁32b由“工”字钢制成，其两端设有两个带固定孔的固定片，以将横梁32b固定至立柱32a上。Z向作动器26的尾端通过夹板32d和螺柱32e固定至龙门架32的横梁32b上。另外，为了防止横梁32b在安装过程中突然跌落而对人员造成伤害，立柱32a上在安装横梁32b的位置的下方还设有限位块32f。

在安装本发明的六自由度加载试验台架时，首先将衬套10的外管12压入加载环23内，将Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35安装到轴承支架22a上，然后将衬套10置于Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35之间，将衬套10的内杆11两端通过螺栓与Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35固连在一起，将衬套10与Y向扭转加载杆34和Y向扭转平衡杆35连成一根可绕轴承支架22a转动的杆；接着，将Z向扭转加载杆38的尾端与Z向扭转作动器29固定在一起，将其加载端的U形叉38a调整到位后安装螺柱和螺帽，利用螺帽压紧套筒，使Z向扭转加载杆38的加载端可绕衬套10的轴线转动；接着，将X向加载杆37和X向扭转加载杆36加载端的杆端轴承与加载环23通过螺柱和螺帽连接；将Y、Z向作动器25、26加载端的杆端轴承通过螺栓与X向加载杆37连接；将X向加载杆37尾端的杆端轴承与直线轴承39的轴承杆39b前端连接，将轴承杆39b尾端与X向作动器24的加载端连接；接着，将X、Y向作动器24、25的尾端球铰通过螺栓与X、Y向反力架30、31连接，将Z向作动器26的尾端球铰通过夹板32d和螺柱32e固定至龙门架32横梁32b上，将X、Y向反力架30、31和龙门架32固定至试验台面21上；最后，将X、Y向扭转作动器27、28固定于试验台面21上，将Z向扭转作动器29固定于安装架33，并将安装架33固定至试验台面21上。

在利用本发明的六自由度加载试验台架进行Fy加载试验时，可驱动Y向作动器25运动，推动X向加载杆37的加载端绕直线轴承39前端的杆端轴承中心摆动，带动加载环23沿Y向扭转加载杆34的轴线移动，由于衬套10的内杆11固定于Y向扭转加载杆34上无法移动，衬套10的内杆11与外管12发生相对移动，即实现了Fy向加载。Fz的加载同理，在此不再叙述。

在利用本发明的六自由度加载试验台架进行Fx加载试验时，可利用X向作动器24推动直线轴承39运动，利用直线轴承39推动X向加载杆37运动，继而推动加载环23运动，由于衬套10的内杆11固定于Y向扭转加载杆34上无法移动，衬套10的内杆11与外管12发生相对移动，即实现了Fx加载。在加载过程中，加载环23的运动会引起Z向扭转加载杆38摆动，使X向扭转加载杆36沿其轴线移动；由于X、Z向扭转加载杆36、38上的三销轴万向节可使得摆动端沿任意方向摆动，并且摆动端三销轴中心与固定端轴线重合，且可沿固定端轴线滑动，所以并不影响Fx的加载。

在利用本发明的六自由度加载试验台架进行Mx加载试验时，驱动X向扭转作动器27转动，带动X向扭转加载杆36，继而带动加载环23绕X轴转动，由于衬套10的内杆11固定于Y向扭转加载杆34上无法移动，衬套10的外管12与内杆11发生相对运动，即实现了Mx加载。Mz加载同理，在此不再叙述。

在利用本发明的六自由度加载试验台架进行My加载试验时，驱动Y向扭转作动器28转动，带动Y向扭转加载杆34以及衬套10的内杆11随同转动，衬套10的外管12与X向加载杆37、X向扭转加载杆36形成简支梁，不可绕Y向转动，由此衬套10的外管12及内杆11发生相对运动，即实现了My加载。

在进行X、Y、Z三个方向的平动加载过程中，任意方向的运动都会引起另外两个方向的运动；但是，因为Y、Z向作动器25、26及X向加载杆37较长，影响较小。

综上所述，本发明的六自由度加载试验台架上可同时设置X、Y、Z向作动器和X、Y、Z向扭转作动器，从而可以利用一个试验台架对试验样件进行多轴疲劳试验；进一步地，本发明通过将作动器与若干杆系组合到一起形成一个可以多轴向协调加载的系统，而在对衬套这类具有各向异性的零件进行多轴疲劳试验时，解耦较为彻底，各向载荷之间相互影响较小，结构简单，容易实现，并且，在进行多方向试验时不需轮流进行试验，缩短了试验周期。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种六自由度加载试验台架，其特征在于：其包括加载环、固定支架及作动器，所述作动器包括X、Y、Z向作动器和X、Y、Z向扭转作动器，试验样件固定于所述加载环内，且以可转动的方式架设于所述固定支架上，所述Y向扭转作动器与所述试验样件相连，所述X、Y、Z向作动器和所述X、Z向扭转作动器与所述加载环相连；所述X、Z向扭转作动器和所述X向作动器分别通过X、Z向扭转加载杆和X向加载杆与所述加载环相连，所述Y向作动器和所述Z向作动器通过所述X向加载杆与所述加载环相连；所述X向加载杆的靠近加载环一端的杆体上开设有两个第一通孔，以及垂直于所述第一通孔且与所述第一通孔相互连通的第二通孔，所述第一通孔相互垂直且沿所述杆体的长度方向相互错开，用于供所述Y向作动器和所述Z向作动器的加载端穿过，所述Y向作动器和所述Z向作动器的加载端设有杆端轴承，所述X向加载杆通过穿入所述第二通孔和所述Y、Z向作动器杆端轴承的固定元件与所述Y向作动器和所述Z向作动器相连。

2.如权利要求1所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述试验样件包括内杆、外管、以及填充于内杆和外管之间的橡胶，所述试验样件的外管固定于所述加载环内，所述试验样件的内杆两端分别与一Y向扭转加载杆和一Y向扭转平衡杆相连，所述固定支架包括分别与所述Y向扭转加载杆及所述Y向扭转平衡杆相连的两个轴承支架，所述Y向扭转作动器与所述Y向扭转加载杆相连。

3.如权利要求2所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述Y向扭转加载杆及所述Y向扭转平衡杆的一部分为圆柱体，另一部分为半圆柱体，所述Y向扭转加载杆及所述Y向扭转平衡杆的圆柱体部分分别固定至对应轴承支架的轴承内，半圆柱体部分分别通过固定元件与试验样件的内杆两端固连。

4.如权利要求1所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述加载环的外表面均布有四个安装面，所述安装面上各设有一安装通孔，所述X、Z向扭转加载杆与所述X向加载杆通过穿入所述安装通孔的固定元件与所述加载环相连。

5.如权利要求4所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述X向扭转加载杆的加载端为U形叉，中部为三销轴万向节，所述U形叉的端部为杆端轴承，所述X向扭转加载杆通过穿入所述加载端杆端轴承内的固定元件与所述加载环的两个相对的安装面相连。

6.如权利要求4所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述Z向扭转加载杆的加载端为U形叉，中部为三销轴万向节，所述U形叉的叉臂为环形，且所述叉臂的中部设有固定通孔，所述固定通孔内设有与所述固定通孔间隙配合的套筒，所述Z向扭转加载杆通过与所述套筒压紧配合的固定元件与所述加载环的两个相对的安装面相连。

7.如权利要求4所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述X向加载杆的加载端为U形叉，所述U形叉的端部为杆端轴承，所述X向加载杆通过穿入所述杆端轴承内的固定元件与所述加载环的两个相对的安装面相连。

8.如权利要求1所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述X向加载杆与所述X向作动器之间设有直线轴承，所述直线轴承的轴承杆一端通过杆端轴承与所述X向加载杆的尾端相连，所述直线轴承的轴承杆另一端通过球铰所述X向作动器相连。

9.如权利要求1所述的六自由度加载试验台架，其特征在于：所述X、Y向扭转作动器直接固定于一试验台面上，所述Z向扭转作动器通过一安装架固定于所述试验台面上，所述X、Y向作动器的尾端分别与X、Y向反力架相连，所述Z向作动器的尾端固定于一龙门架上。