CN107356426B - 纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置及方法，包括吊耳轴承座、与吊耳轴承座对齐的吊耳固定座，夹持固定在板弹簧中间段的中间夹持座、沿垂直向设置且与垂向加载装置连接的垂向加力架和沿侧向设置且与侧向加载装置连接的侧向加力座，其特征在于沿纵向设置的板弹簧的一端吊耳可摆动的装在吊耳轴承座上，另一端吊耳固定在吊耳固定座上，垂向加力架呈门框形状，沿侧向横跨在中间夹持座上，且通过沿侧向设置的受力轴与中间夹持座可转动连接，受力轴固定在中间夹持座上，侧向加力座位于板弹簧的侧边，与受力轴的一端通过沿侧向设置的球头杆端关节轴承连接。本发明检测板弹簧垂侧向的疲劳寿命，提高板弹簧复合方向加载的疲劳实验的可靠性和真实性。

Description

纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置及方法

技术领域

本发明涉及纵置板弹簧垂纵向疲劳实验装置及方法，用于对纵置板弹簧进行垂向和纵向的疲劳实验。

背景技术

板弹簧一般用两个或两个U型螺栓固定在车桥上，弹簧两端的吊耳孔中压入衬套。右侧吊耳用钢板弹簧销与前支架相连，形成固定支点：左侧吊耳则通过前板簧吊耳销与用铰链挂在吊耳支架上可以自由摆动的吊耳相连接，从而保证了弹簧变形时两吊耳中心线间的距离有改变的可能。

随着汽车平顺性和节能环保要求的提高，对汽车轻量化的要求越来越高，由于复合材料具有重量轻、高强度/重量比、耐腐蚀、抗疲劳性和自震频率高等优点，复合材料板弹簧受到汽车行业的广泛关注，并且已经开始批量运用。目前常用的复合材料板弹簧利用树脂作为基体，单向E玻纤进行增强，设计为变厚度、变截面的单片弹簧。按安装方式可分为横置板弹簧和纵置板弹簧。纵置复合材料板弹簧主要用于皮卡、大型货运车和重型卡车。由于纵置板弹簧除受垂向减振外还起到导向作用，需要承受驱动制动力、侧倾载荷等，受力工况复杂、恶劣，在测试装置和测试方法上还不成熟，且大部分的测试只停留在垂向加载静刚度、垂向疲劳，没有进行垂向+纵向、垂向+侧向复合加载疲劳的测试。

检测到的相关现有专利：

CN 102628782 A，公开了一种电机悬电机悬吊板弹簧仿真疲劳实验装置，由构架14，联接在构架横梁上的垂直加载机构、固定在基座上的水平加载机构、传力单元4 及板弹簧夹持机构20 组成。本发明装置模拟了实际运行状况对电机悬吊板弹簧进行疲劳实验，电机悬吊板弹簧受到垂向交变载荷的同时，在横向有一定的位移。此方案中记载的是电机悬吊板弹簧的疲劳实验装置，由于电机悬吊板弹簧与汽车上使用纵置板弹簧的结构和安装方式均不相同，其在承载过程中的运行变形方式也不相同，并不能等同使用。

CN 104949830 A，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。此方案中的试验台架，只适用于模拟板弹簧垂向受力过程中的跳动运动轨迹，并不适用于板弹簧垂向加纵向或垂向加侧合的复合加载受力。

CN 106556499A, 公开了一种钢板弹簧刚度测试装置，包括：固定架，其包括固定架本体，所述固定架本体上倾斜的固定有一板簧，所述板簧通过中部的骑马螺栓配合设在板簧顶部的固定座固定；推力杆，所述推力杆的底端与所述固定座转动相连；压力传感器，其设在所述推力杆的顶端；激振器，所述激振器通过所述压力传感器与所述推力杆相连。此方案通过激振器按照需要输入一定振幅、频率的载荷加弹簧，测试板弹簧的动钢度，此测试装置也是只给出板弹簧的垂向加载的结构，并没有给出复合加载结构。

CN 205808683 U，型提供了一种用于钢板弹簧三方向加载的试验工装，试验工装主要包括用于固定钢板弹簧的铁地板、龙门框架、各种支架和用于对钢板弹簧施加载荷的三个伺服液压系统。在试验时，三个伺服液压系统对钢板弹簧施加横向、纵向和竖向三个方向的载荷。此方案中给出了对板弹簧进行三向加载的试验工装，但是并没有根据板弹簧在汽车上的实际安装结构进行安装，板弹簧在试验加载过程中与板弹簧实际承载和变形运动情况并不相同。

由此，在现有技术中，还没有根据汽车上纵置板弹簧的实际安装方式、尺寸和受载运动变形的特点，进行设计的复合加载装置，板弹簧复合方向加载的疲劳实验的可靠性和真实性还有待提高。

发明内容

本发明提供的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置及方法，根据汽车上纵置板弹簧的实际安装方式、尺寸和承载变形的特点进行设计，对板弹簧在垂向及侧向同时加载的情况下进行疲劳实验，检测板弹簧垂侧向的疲劳寿命，提高板弹簧复合方向加载的疲劳实验的可靠性和真实性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，包括吊耳轴承座、与吊耳轴承座对齐的吊耳固定座，夹持固定在板弹簧中间段的中间夹持座、沿垂直向设置且与垂向加载装置连接的垂向加力架和沿侧向设置且与侧向加载装置连接的侧向加力座，其特征在于沿纵向设置的板弹簧的一端吊耳可摆动的装在吊耳轴承座上，另一端吊耳固定在吊耳固定座上，垂向加力架呈门框形状，沿侧向横跨在中间夹持座上，且通过沿侧向设置的受力轴与中间夹持座可转动连接，受力轴固定在中间夹持座上，侧向加力座位于板弹簧的侧边，与受力轴的一端通过沿侧向设置的球头杆端关节轴承连接。

优选的，所述的吊耳轴承座包括座子和可摆动的安装在座子上的摆臂，板弹簧的一端吊耳固定在摆臂上。

优选的，所述的座子的侧板上均装有轴承一，旋转轴的两端分别与轴承一与配装，摆臂套装在旋转轴上，使摆臂可绕旋转轴摆动。

优选的，所述的摆臂的中部套在旋转轴上，板弹簧一端的吊耳固定在摆臂顶部，所在高度低于板弹簧另一端的吊耳。

优选的，所述的中间夹持座包括上夹持板和下夹持板，板弹簧的中间段被夹紧在上夹持板和下夹持板之间，且上夹持板和下夹持板通过四个呈矩形分布的紧固螺栓连接固定。

优选的，所述的中间夹持座还包括位于下夹持板底部的底部夹持板，受力轴被夹装在下夹持板和底部夹持板之间且两端伸出，紧固螺栓将上夹持板、下夹持板和底部夹持板紧固连接。

优选的，所述的受力轴被下夹持板和底部夹持板夹持的部分的直径小于受力轴两端的直径，在受力轴上形成抵靠在中间夹持座侧面的限位台阶面。

优选的，所述的垂向加力架两侧板的底部均夹装有轴承二，受力轴的两端分别与轴承二配装，使垂向加力架可绕受力轴转动。

优选的，所述的侧向加力座包括底座、沿侧向设置的侧向加载杆和装在底座上的侧向导座，侧向加载杆与侧向导座导向配合，所述的侧向加载杆与受力轴沿侧向对齐并通过球头杆端关节轴承连接，侧向加载装置与侧向加载杆远离球头杆端关节轴承的一端连接。

纵置板弹簧垂侧向疲劳实验方法，采用以上所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，其特征在于包括如下步骤：

一、根据板弹簧的实际安装尺寸，调整吊耳轴承座与吊耳固定座的距离、板弹簧一端吊耳的摆动半径、垂向加力架相对于中间夹持座的转动半径，使纵置板弹簧安装在所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置上时，与实际安装尺寸一致；

二、将板弹簧安装在所述的纵置板弹簧垂纵向疲劳实验装置上，将垂向加力架与垂向加载装置连接和/或将侧向加力座与侧向加载装置连接；

三、根据板弹簧实际使用过程中的垂向承载和/或侧向承载的范围及频率，调节垂向加载装置和/或侧向加载装置的载荷值和加载频率，启动垂向加载装置和/或侧向加载装置，对纵置板弹簧进行垂向和/或侧向往复加载；

四、记录加载过程中纵置板弹簧的变形规律 ，直至纵置板弹簧发生破损，记录纵置板弹簧的垂向加载疲劳寿命、侧向加载疲劳寿命或垂侧向加载疲劳寿命的时长。

本发明中通过吊耳固定座和吊耳轴承座安装板弹簧的两端吊耳，其中板弹簧的一端吊耳可摆动的装在吊耳轴座上，另一端吊耳固定在吊耳固定座上，板弹簧在受载过程中，一端吊耳随板弹簧的变形而摆动，另一端吊耳保持固定，与板弹簧的实际安装方式和承载变形的运动过程相同，模拟板弹簧的真实运行状况，疲劳实验的真实性更高。

中间夹持座固定在板弹簧的中间段，与垂向加力架通过受力轴可转动连接，与侧向加力座通过受力轴和球头杆端关节轴承连接，通过受力轴承受垂向和/或侧向载荷并传递至板弹簧上，实现对板弹簧垂侧方向的复合加载，可对板弹簧进行垂向和/或侧向的疲劳实验，检测板弹簧垂向、侧向及垂侧向的疲劳寿命，提高板弹簧复合方向加载的疲劳实验的可靠性。

垂向加力架与中间夹持座通过受力轴可转动连接，受力轴用于支撑垂向加力架，并且带动垂向加力架相对于中间夹持座转动，侧向加力座与受力轴通过球头杆端关节轴承连接，保证疲劳实验过程中，板弹簧变形时中间夹持座随板弹簧的变形运动而同步运动，当板弹簧弹性复位后，垂向加力架和侧向加力座与中间夹持座的位置又可回到初始位置，不影响对板弹簧的多次往复加载，整个实验装置结构设计合理，随板弹簧在加载变形过程中的往复变化而变化，对板弹簧进行有效、可靠且高效的复合方向加载疲劳实验。

可根据板弹簧在汽车上的实际安装尺寸，调整实验装置的尺寸，如吊耳轴承座与吊耳固定座的距离、板弹簧一端吊耳的摆动半径、垂向加力架相对于中间夹持座的转动半径，使纵置板弹簧安装在所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置上时，与实际安装尺寸一致，提高疲劳实验检测的可靠性和真实性。

附图说明

图1为板弹簧装在具体实施方式中的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置上的结构示意图。

图2为图1的后视图。

图3为图1的俯视图。

图4为受力轴的剖视图。

具体实施方式

下面结合图1至图4对本发明的实施例做详细说明。

纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，包括吊耳轴承座1、与吊耳轴承座1对齐的吊耳固定座2，夹持固定在板弹簧100中间段的中间夹持座3、沿垂直向设置且与垂向加载装置连接的垂向加力架4和沿侧向设置且与侧向加载装置连接的侧向加力座5，其特征在于沿纵向设置的板弹簧100的一端吊耳可摆动的装在吊耳轴承座1上，另一端吊耳固定在吊耳固定座2上，垂向加力架4呈门框形状，沿侧向横跨在中间夹持座3上，且通过沿侧向设置的受力轴6与中间夹持座3可转动连接，受力轴6固定在中间夹持座3上，侧向加力座5位于板弹簧100的侧边，与受力轴6的一端通过沿侧向设置的球头杆端关节轴承7连接。

如图1所示，当对板弹簧100进行垂侧向加载时，将垂向加力架4与垂向加载装置连接，将侧向加力架5与侧向加载装置连接，垂向加力架4所承受的垂向力作用在受力轴6上，受力轴6将垂向力传递至中间夹持座3上，中间夹持座3将垂向力作用在板弹簧100上，从而对板弹簧100进行垂向加载，侧向加载装置将侧向力作用在受力轴6上，受力轴6将侧向力传递至中间夹持座3上，中间夹持座3将侧向力作用在板弹簧100上，从而对板弹簧100进行侧向加载。

垂向加力架4横跨在中间夹持座3上，并与中间夹持座3通过受力轴6可转动连接，受力轴6即起到连接中间夹持座3和垂向加力架4的作用，又起到支撑垂直向加力架4的作用，侧向加力座5位于板弹簧100的侧边，与受力轴6通过球头杆端关轴承7连接，当板弹簧100承受垂向载荷时，板弹簧100的 一端吊耳会因板弹簧100的变形而做圆弧摆动，此时中间夹持座3也会随板弹簧100的变形而做圆弧运动，而垂向加力架4与垂向加载装置连接，只能做向下运动，使垂向加力架4与中间夹持座3之间产生转动角度。当中间夹持座3做圆弧运动时，连接受力轴6的侧向加力座5的球头杆端关节轴承7，可随受力轴6的的圆弧运动而转动，保证板弹簧100的变形不受限制。对板弹簧100垂向加载时，板弹簧100的一端吊耳会发生摆动，另一端吊耳固定不动，且板弹簧100的垂向及侧向承载都是从板弹簧100的中间段开始受力，与板弹簧100的实际承载中的变形运动过程和受力方式相同，可模拟板弹簧的实际运行状况，提高疲劳实验的真实性和可靠性。

其中，所述的吊耳轴承座1包括座子11和可摆动的安装在座子11上的摆臂12，板弹簧100的一端吊耳固定在摆臂12上。所述的座子11的侧板上均装有轴承一11.1，旋转轴13的两端分别与轴承一11.1与配装，摆臂12套装在旋转轴13上，使摆臂12可绕旋转轴13摆动。采用轴承11.1与旋转轴13配合的转动连接结构，可提高板弹簧100往复变形过程中，摆臂12往复摆动的回摆精度和摆动顺畅性更好，减少摆臂12在摆动过程中的摩擦受力，吊耳轴承座1的结构稳定性更好，与板弹簧100变形的运动同步性更佳。

其中，所述的摆臂12的中部套在旋转轴13上，板弹簧100一端的吊耳固定在摆臂12顶部，所在高度低于板弹簧100另一端的吊耳。与板弹簧100的实际安装结构相同，进一步提高疲劳实验的真实性。

其中，所述的中间夹持座3包括上夹持板31和下夹持板32，板弹簧100的中间段被夹紧在上夹持板31和下夹持板32之间，且上夹持板31和下夹持板32通过四个呈矩形分布的紧固螺栓8连接固定。紧固螺栓8的分布位置与板弹簧100在实际安装中车桥上与板弹簧100连接的U型螺栓位置同样，使板弹簧100在承受垂向载荷和侧向载荷时，其受力过程与实际承载受力过程同样，进一步提高疲劳实验的真实性。

其中，所述的中间夹持座3还包括位于下夹持板32底部的底部夹持板33，受力轴6被夹装在下夹持板32和底部夹持板33之间且两端伸出，紧固螺栓8将上夹持板31、下夹持板32和底部夹持板33紧固连接。通过下夹持板32和底部夹持板33夹装受力轴6，用紧固紧栓8固定三个夹持板，简化中间夹持座6的结构。

其中，所述的受力轴6被下夹持板32和底部夹持板33夹持的部分的直径小于受力轴6两端的直径，在受力轴6上形成抵靠在中间夹持座3侧面的限位台阶面61。 用限位台阶面61抵在中间夹持座3的侧面，防止侧向加载时，受力轴6在下夹持板32和底部夹持板33间运动。提高实验装置的结构稳定性和可靠性。

其中，所述的垂向加力架4两侧板的底部均夹装有轴承二41，受力轴6的两端分别与轴承二41配装，使垂向加力架4可绕受力轴6转动。如图所示，垂向加力架4与受力轴6之间通过轴承二41连接，受力轴6的两端分别与轴承二41配装，受力轴6在轴承二41内的转动，带动垂向加力架4转动。通过轴承二41与受力轴6的配装，保证垂向加力架4转动的顺畅性，提高整个实验装置在实验过程中结构变化的灵活性。

其中，所述的侧向加力座5包括底座51、沿侧向设置的侧向加载杆52和装在底座51上的侧向导座53，侧向加载杆52与侧向导座53导向配合，所述的侧向加载杆52与受力轴6沿侧向对齐并通过球头杆端关节轴承7连接，侧向加载装置与侧向加载杆52远离球头杆端关节轴承7的一端连接。当侧向加载装置作用在侧向加载杆52上时，侧向加载杆52沿侧向移动，侧向加导座53对侧向加载杆52的移动起导向作用，防止侧向载荷偏移。

纵置板弹簧垂侧向疲劳实验方法，采用以上所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，其特征在于包括如下步骤：

一、根据板弹簧100的实际安装尺寸，调整吊耳轴承座1与吊耳固定座2的距离、板弹簧100一端吊耳的摆动半径、垂向加力架4相对于中间夹持座3的转动半径，使纵置板弹簧安装在所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置上时，与实际安装尺寸一致；

二、将板弹簧100安装在所述的纵置板弹簧垂纵向疲劳实验装置上，将垂向加力架4与垂向加载装置连接和/或将侧向加力座5与侧向加载装置连接；

三、根据板弹簧100实际使用过程中的垂向承载和/或侧向承载的范围及频率，调节垂向加载装置和/或侧向加载装置的载荷值和加载频率，启动垂向加载装置和/或侧向加载装置，对纵置板弹簧进行垂向和/或侧向往复加载；

四、记录加载过程中纵置板弹簧的变形规律 ，直至纵置板弹簧发生破损，记录纵置板弹簧的垂向加载疲劳寿命、侧向加载疲劳寿命或垂侧向加载疲劳寿命的时长。

以上所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验方法，根据板弹簧在汽车上的实际安装方式，调整实验装置的尺寸，根据板弹簧实际使用过程中的垂向承载和/或侧向承载的范围及频率，调节垂向加载装置和/或侧向加载装置的载荷值和加载频率，试验过程中垂向和侧向各设置一定的频率加载载荷，对板弹簧进行往复加载，由此获得其疲劳寿命情况。整个实验过程，根据板弹簧的实际安装方式、尺寸及实际承载状况，模拟板弹簧的真实运行状况，获取其疲劳使用状况及疲劳寿命。

本发明的优点在于：

1、与板弹簧的实际安装方式和承载变形的运动过程相同，模拟板弹簧的真实运行状况，疲劳实验的直实性更高。

2、实现对板弹簧垂侧方向的复合加载，可对板弹簧进行垂向和/或侧向的疲劳实验，检测板弹簧垂向、侧向及垂侧向的疲劳寿命，提高板弹簧复合方向加载的疲劳实验的可靠性。

3、整个实验装置结构设计合理，随板弹簧在加载变形过程中的往复变化而变化，对板弹簧进行有效、可靠且高效的复合方向加载疲劳实验。

4、纵置板弹簧安装在所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置上时，与实际安装尺寸一致，提高疲劳实验检测的可靠性和真实性。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，包括吊耳轴承座（1）、与吊耳轴承座（1）对齐的吊耳固定座（2），夹持固定在板弹簧（100）中间段的中间夹持座（3）、沿垂直向设置且与垂向加载装置连接的垂向加力架（4）和沿侧向设置且与侧向加载装置连接的侧向加力座（5），其特征在于沿纵向设置的板弹簧（100）的一端吊耳可摆动的装在吊耳轴承座（1）上，另一端吊耳固定在吊耳固定座（2）上，垂向加力架（4）呈门框形状，沿侧向横跨在中间夹持座（3）上，且通过沿侧向设置的受力轴（6）与中间夹持座（3）可转动连接，受力轴（6）固定在中间夹持座（3）上，侧向加力座（5）位于板弹簧（100）的侧边，与受力轴（6）的一端通过沿侧向设置的球头杆端关节轴承（7）连接；

所述的吊耳轴承座（1）包括座子（11）和可摆动的安装在座子（11）上的摆臂（12），板弹簧（100）的一端吊耳固定在摆臂（12）上；

所述的座子（11）的侧板上均装有轴承一（11.1），旋转轴（13）的两端分别与轴承一（11.1）与配装，摆臂（12）套装在旋转轴（13）上，使摆臂（12）可绕旋转轴（13）摆动；

所述的摆臂（12）的中部套在旋转轴（13）上，板弹簧（100）一端的吊耳固定在摆臂（12）顶部，所在高度低于板弹簧（100）另一端的吊耳；

所述的中间夹持座（3）包括上夹持板（31）和下夹持板（32），板弹簧（100）的中间段被夹紧在上夹持板（31）和下夹持板（32）之间，且上夹持板（31）和下夹持板（32）通过四个呈矩形分布的紧固螺栓（8）连接固定；

所述的中间夹持座（3）还包括位于下夹持板（32）底部的底部夹持板（33），受力轴（6）被夹装在下夹持板（32）和底部夹持板（33）之间且两端伸出，紧固螺栓（8）将上夹持板（31）、下夹持板（32）和底部夹持板（33）紧固连接；

所述的受力轴（6）被下夹持板（32）和底部夹持板（33）夹持的部分的直径小于受力轴（6）两端的直径，在受力轴（6）上形成抵靠在中间夹持座（3）侧面的限位台阶面（61）；

所述的垂向加力架（4）两侧板的底部均夹装有轴承二（41），受力轴（6）的两端分别与轴承二（41）配装，使垂向加力架（4）可绕受力轴（6）转动。

2.根据权利要求1所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，其特征在于所述的侧向加力座（5）包括底座（51）、沿侧向设置的侧向加载杆（52）和装在底座（51）上的侧向导座（53），侧向加载杆（52）与侧向导座（53）导向配合，所述的侧向加载杆（52）与受力轴（6）沿侧向对齐并通过球头杆端关节轴承（7）连接，侧向加载装置与侧向加载杆（52）远离球头杆端关节轴承（7）的一端连接。

3.纵置板弹簧垂侧向疲劳实验方法，采用权利要求1至权利要求2任一项所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置，其特征在于包括如下步骤：

根据板弹簧（100）的实际安装尺寸，调整吊耳轴承座（1）与吊耳固定座（2）的距离、板弹簧（100）一端吊耳的摆动半径、垂向加力架（4）相对于中间夹持座（3）的转动半径，使纵置板弹簧安装在所述的纵置板弹簧垂侧向疲劳实验装置上时，与实际安装尺寸一致；

二、将板弹簧（100）安装在所述的纵置板弹簧垂纵向疲劳实验装置上，将垂向加力架（4）与垂向加载装置连接和/或将侧向加力座（5）与侧向加载装置连接；

三、根据板弹簧（100）实际使用过程中的垂向承载和/或侧向承载的范围及频率，调节垂向加载装置和/或侧向加载装置的载荷值和加载频率，启动垂向加载装置和/或侧向加载装置，对纵置板弹簧进行垂向和/或侧向往复加载；

四、记录加载过程中纵置板弹簧的变形规律 ，直至纵置板弹簧发生破损，记录纵置板弹簧的垂向加载疲劳寿命、侧向加载疲劳寿命或垂侧向加载疲劳寿命的时长。

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