CN108106863B - 悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法 - Google Patents

悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，包括以下步骤：根据目标最大应力τmax和目标最小应力τmin计算待测悬架弹簧线材的最大、最小、中间扭转角ψmax、ψmin、ψmid；将待测悬架弹簧线材的两端分别固定在线材疲劳试验机的定夹头和动夹头上，控制动夹头转动，带动待测悬架弹簧线材的扭转端转动到扭转角度为ψmid的位置；以此为中间位置控制动夹头交替正反转，带动待测悬架弹簧线材的扭转端相对于中间位置交替正转β1和反转β2角度，直到达到设定扭转次数或待测悬架弹簧线材断裂时控制动夹头停止转动；β1=ψmax—ψmid，β2=ψmid—ψmin。本发明更加符合悬架弹簧实际的服役情况，从而能更准确地试验出悬架弹簧的疲劳寿命。

Description

悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法
技术领域
本发明涉及悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法。
背景技术
图1示出了现有的线材疲劳试验机的结构示意图。如图所示，该线材疲劳试验机主要包括机架91、设置在机架91上的定夹头92以及可转动的动夹头93。疲劳试验时，将待测线材8的两端分别固定在定夹头92和动夹头92上，控制动夹头93交替正反转，进而带动待测线材8围绕该线材的中心轴线反复扭转。图2示出了在现有的线材疲劳试验方法中待测线材的扭转角度随扭转次数变化的关系曲线示意图。图中，纵坐标表示待测线材的扭转端（即待测线材夹在动夹头92的那一端）围绕待测线材中心轴线的扭转角度，横坐标表示扭转次数，α、－α分别表示待测线材围绕线材的中心轴线进行正向扭转和反向扭转的最大角度。从图2可以看出，在现有的线材疲劳试验方法中，是以待测线材扭转端的扭转角度为0°的位置作为中间位置进行反复扭转的。
汽车悬架弹簧是轿车底盘减震系统中的重要功能性零件，主要作用是吸收振动，保证乘员的舒适性。悬架弹簧在工作时先要压缩至承载高度，然后在此承载高度下上下振动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，该试验方法的试验情况更加符合悬架弹簧实际的服役情况，从而能更加准确地试验出悬架弹簧的疲劳寿命。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，包括以下步骤：
步骤a、根据待测悬架弹簧线材的目标最大应力τmax和目标最小应力τmin计算待测悬架弹簧线材在进行扭转疲劳试验时的最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin；然后计算中间扭转角ψmid，ψmid=ψmin＋（ψmax—ψmin）/2；
步骤b、将待测悬架弹簧线材的两端分别固定在线材疲劳试验机的定夹头和动夹头上，控制动夹头转动，带动待测悬架弹簧线材的扭转端转动到待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为ψmid的位置；待测悬架弹簧线材的扭转端是指待测悬架弹簧线材固定在动夹头的那一端；
步骤c、以待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为ψmid的位置作为中间位置控制动夹头交替正反转，进而带动待测悬架弹簧线材的扭转端相对于中间位置交替正转β1角度和反转β2角度，直到达到设定的扭转次数或待测悬架弹簧线材断裂时控制动夹头停止转动，并记录待测悬架弹簧线材断裂时的扭转次数；其中，β1=ψmax—ψmid，β2=ψmid—ψmin。
采用上述技术方案后，本发明至少达到以下的有益效果之一：
本发明实施例的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，试验情况更加符合悬架弹簧实际的服役情况，从而能更加准确地检测出悬架弹簧的疲劳寿命，为悬架弹簧的制造和应用提供了更加准确的依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有的线材疲劳试验机的结构示意图。
图2示出了在现有的线材疲劳试验方法中待测线材扭转端的扭转角度随扭转次数变化的关系曲线示意图。
图3是根据本发明一实施例的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法的流程示意图。
图4示出了根据本发明一实施例的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法的待测线材扭转端的扭转角度随扭转次数变化的关系曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
悬架弹簧在工作时先要压缩至承载高度，然后在此承载高度下上下振动。对于悬架弹簧而言，以待测线材扭转端的扭转角度为0°的位置作为中间位置进行反复扭转的试验方式并不符合其实际的服役情况。
图3示出了根据本发明一实施例的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法的流程示意图。请参考图3，根据本发明一实施例的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法包括以下步骤：
步骤a、根据待测悬架弹簧线材的目标最大应力τmax和目标最小应力τmin计算待测悬架弹簧线材在进行扭转疲劳试验时的最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin；然后计算中间扭转角ψmid，ψmid=ψmin＋（ψmax—ψmin）/2。
目标最大应力τmax和目标最小应力τmin由设计人员根据悬架弹簧所要达到的实际使用要求而设定。最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin分别对应于目标最大应力τmax和目标最小应力τmin。
测悬架弹簧线材的应力与待测悬架弹簧线材扭转疲劳试验时的扭转角之间的换算公式为：
ψmax=Mmax*l/G*Ip；Mmax=τmax/Wn；Wn=π*D3/16；Ip=π*D4/32；Mmax是与目标最大应力τmax相对应的最大扭矩，l是线材疲劳试验机的定夹头与动夹头之间的间距；G为待测悬架弹簧线材的剪切模量；D为待测悬架弹簧线材的直径。
类似地，ψmin=Mmin*l/G*Ip；Mmin=τmin/Wn；Mmin是与目标最小应力τmin相对应的最小扭矩。要说明的是，利用上述公式直接计算出的最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin的单位为弧度，但是可以换算为角度。
步骤b、将待测悬架弹簧线材的两端分别固定在线材疲劳试验机的定夹头和动夹头上，控制动夹头转动，带动待测悬架弹簧线材的扭转端转动到待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为ψmid的位置。此处动夹头的转动方向可以是顺时针方向或逆时针方向，本申请对此不做限制。待测悬架弹簧线材的扭转端是指待测悬架弹簧线材固定在动夹头的那一端。
步骤c、以待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为ψmid的位置作为中间位置控制动夹头交替正反转，进而带动待测悬架弹簧线材的扭转端相对于所述中间位置交替正转β1角度和反转β2角度，直到达到设定的扭转次数或待测悬架弹簧线材断裂时控制动夹头停止转动，并记录待测悬架弹簧线材断裂时的扭转次数；其中，β1=ψmax—ψmid，β2=ψmid—ψmin。此处所说的正转和反转是为了表达两个相反的转动方向，而非对正转或反转的具体转动方向做出限制。正转的转动方向可以是顺时针方向或逆时针方向，当正转的转动方向为顺时针方向时，反转的转动方向是逆时针方向，反之亦然。
在本实施例中，待测悬架弹簧线材的扭转端的扭转频率为1～6HZ之间，即待测悬架弹簧线材的扭转端每秒钟要转动1次～6次，如果是6次的话，意味着待测悬架弹簧线材的扭转端每秒钟要正转3次和反转3次。试验的扭转次数也是设计人员根据悬架弹簧所要达到的实际使用要求设定的，在本实施例中，设定的扭转次数为480万次～520万次。
在一个具体的示例中，假设设定的扭转次数为500万次，根据待测悬架弹簧线材的目标最大应力τmax和目标最小应力τmin计算出的最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin分别等于10°和15°，则ψmid=12.5°，β1=2.5°，β2=2.5°。试验时，先带动待测悬架弹簧线材转动到待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为12.5°的位置，以此作为中间位置，带动待测悬架弹簧线材的扭转端相对于该中间位置交替正转2.5°和反转2.5°，直到扭转次数达到500万次。图4示出了该实施例的待测线材扭转端的扭转角度随扭转次数变化的关系曲线示意图。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、根据待测悬架弹簧线材的目标最大应力τmax和目标最小应力τmin计算待测悬架弹簧线材在进行扭转疲劳试验时的最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin；然后计算中间扭转角ψmid，ψmid=ψmin＋（ψmax—ψmin）/2；
步骤b、将待测悬架弹簧线材的两端分别固定在线材疲劳试验机的定夹头和动夹头上，控制动夹头转动，带动待测悬架弹簧线材的扭转端转动到待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为ψmid的位置；所述待测悬架弹簧线材的扭转端是指待测悬架弹簧线材固定在动夹头的那一端；
步骤c、以待测悬架弹簧扭转端的扭转角度为ψmid的位置作为中间位置控制动夹头交替正反转，进而带动待测悬架弹簧线材的扭转端相对于所述中间位置交替正转β1角度和反转β2角度，直到达到设定的扭转次数或待测悬架弹簧线材断裂时控制动夹头停止转动，并记录待测悬架弹簧线材断裂时的扭转次数；其中，β1=ψmax—ψmid，β2=ψmid—ψmin。
2.如权利要求1所述的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，其特征在于，在所述的步骤a中，通过以下公式计算所述的最大扭转角ψmax和最小扭转角ψmin：
ψmax=Mmax*l/G*Ip；Mmax=τmax/Wn；
ψmin=Mmin*l/G*Ip；Mmin=τmin/Wn；
Wn=π*D3/16；Ip=π*D4/32；
其中，Mmax和Mmin分别为与目标最大应力τmax和目标最小应力τmin相对应的最大扭矩和最小扭矩，l是线材疲劳试验机的定夹头与动夹头之间的间距；G为待测悬架弹簧线材的剪切模量；D为待测悬架弹簧线材的直径。
3.如权利要求1所述的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，其特征在于，在所述的步骤c中，所述待测悬架弹簧线材的扭转端的扭转频率为1Hz～6Hz。
4.如权利要求1所述的悬架弹簧线材扭转疲劳试验方法，其特征在于，所述设定的扭转次数为480万次～ 520万次。
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