CN108444635B - 高精度车轮螺母紧固测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度车轮螺母紧固测试系统，用于汽车车轮螺母紧固测试，包括伺服驱动系统、扭矩和轴力传感系统和数据处理分析系统，伺服驱动系统输出扭力连接扭矩和轴力传感系统；扭矩和轴力传感系统电性连接数据处理分析系统；其中，扭矩和轴力传感系统包括支撑架部和传感套部，传感套部装配连接所述支撑架部；传感套部包括螺栓锁付部、主套筒和传感部，螺栓锁付部和传感部分别装配连接主套筒的两端；传感部包括一传感器，传感部以传感定位销通过下锁付孔装配连接主套筒中，传感器电性连接数据处理分析系统。本发明有效模拟车轮被固定在轮毂上的夹紧力；识别各零部件在组装过程中的缺陷和修订性能指标。

Description

高精度车轮螺母紧固测试系统

技术领域

本发明涉及一种车辆螺母紧固测试系统，具体涉及到一种高精度、高效的整体化车轮螺母紧固测试系统。

背景技术

随着科技的发展，技术的进步，汽车产品日新月异，为人们日常生活所必需几乎成了不可缺少的用品，汽车车轮行走系统的组成零件、连接件及紧固件共同用来保证车辆行驶的安全性和舒适性。但有了车轮，车轮螺栓、车轮螺母、安装用的轮毂预制孔，轮毂压入螺栓，各项性能指标已经确认的前提下，采用如何的装配方式和性能指标的设定，是确保车轮形式安全的前提条件，在目前的测试手段中，都是基于对零件的单独性能检测，整体装配的适用性和有效性就没有合适的测试和评价系统来实现，而汽车零部件是我国汽车工业参与全球化的重要领域。缺少必要的测试和评价系统，只能停留在零件级的应用和评价，不能满足我国汽车行业的基础能力提升，需要逐渐向部件级测试和整车级测试方向发展。

因此，现有技术螺母和车轮的组合、紧固力的检测，还有提升的地方。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种高精度、高效的车轮螺母紧固测试系统，结构可靠，弥补行业发展中，车轮行走系统安全性可靠性的一个空白，以解决现有的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种高精度车轮螺母紧固测试系统，用于汽车车轮螺母紧固测试，包括一伺服驱动系统、一扭矩和轴力传感系统和一数据处理分析系统，所述伺服驱动系统输出扭力连接所述扭矩和轴力传感系统；所述扭矩和轴力传感系统电性连接所述数据处理分析系统；其中，所述扭矩和轴力传感系统包括支撑架部和传感套部，所述传感套部装配连接所述支撑架部；所述传感套部包括一螺栓锁付部、一主套筒和一传感部，所述螺栓锁付部和传感部分别装配连接所述主套筒的两端；所述主套筒为一筒壁有套筒缺口的中空筒体，所述主套筒的下端筒壁开设下锁付孔；所述螺栓锁付部包括一轮毂螺栓，所述螺栓锁付部装配连接所述主套筒中，所述轮毂螺栓凸出所述主套筒和所述支撑架部；所述传感部包括一传感器，所述传感部以传感定位销通过所述下锁付孔装配连接所述主套筒，所述传感器电性连接所述数据处理分析系统。

本申请较佳实施例所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，所述支撑架部包括一测试平台板，所述测试平台板为一中间有平台通孔的片体；所述传感部还包括一第一转换套、一第二转换套、一转换套垫块、一压力盘盖板和一转换套筒，其中，所述第一转换套为一阶梯状中空筒体，所述第一转换套直径小的一端位于所述平台通孔中；所述第一转换套直径大的一端位于所述主套筒中，所述第一转换套直径大的一端的筒壁上，对应所述下锁付孔的位置开设通孔；所述第二转换套为一T型长筒体，所述第二转换套直径大的一端开设至少一个U型缺口；所述第二转换套直径小的一端，对应所述下锁付孔的位置开设通孔；所述转换套垫块为一中间有通孔的环形体，所述转换套垫块对应所述第二转换套U型缺口的位置开设U型缺口；所述压力盘盖板为一中间有通孔的环形台阶体；所述传感器为一中间有阶梯状通孔的环形体，所述传感器朝向所述主套筒的一侧为一阶梯状，所述压力盘盖板覆盖连接所述传感器；所述转换套筒为一中空环形筒体，所述传感器插入连接所述转换套筒。

本申请较佳实施例所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，所述主套筒的上端筒壁开设上锁付孔；所述螺栓锁付部还包括一锁箍、一锥形垫块、一锁紧垫块、一螺纹垫块和一定向键，其中，所述锁箍为一平面锥形中空体，所述锁箍的壁上开设有连接中心的缺口；所述锥形垫块为一T型中空筒体，所述锥形垫块直径小的筒体外表面上开设有轴向的扭矩凹槽，所述定向键插入连接所述扭矩凹槽；所述锥形垫块直径小的端侧为锥形内沿，所述锥形内沿对应所述锁箍的锥形外表面；所述锥形垫块直径大的一端内表面攻有螺纹；所述锥形垫块对应所述上锁付孔的位置开设插孔；所述锁紧垫块为一块体；所述螺纹垫块为一T型环形体，所述螺纹垫块直径小的一端外表面攻有螺纹，所述螺纹垫块直径小的一端轴心开设垫块凹槽，所述锁紧垫块的一端插入连接所述垫块凹槽；所述定向键为一片体。

本申请较佳实施例所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，所述支撑架部还包括：一工作平台、四根支撑立柱、至少两压板、一支撑三角架和一轮毂贴合支撑板。

本申请较佳实施例所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，所述伺服驱动系统包括机械臂、扭矩输出系统、扭矩和转角传感器、驱动头和拧紧套筒。

本申请较佳实施例所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，所述数据处理分析系统由两组传感器经控制器分析数据并在电脑终端输出显示。

本申请的设计理念是，设计出一种有效模拟车轮被固定在轮毂上的夹紧力，识别各零部件在组装过程中的缺陷和修订性能指标，分析数据并在电脑终端输出显示，有效确认车轮紧固安装不同输入扭矩对应的紧固轴力及反复拆卸后具备的紧固能力，分析数据提供汽车厂的现场装配参考，达到安全生产，节省工时降低费用，提高企业市场竞争力。

由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

第一、本申请能有效模拟车轮被固定在轮毂上的夹紧力；

第二、本申请能识别各零部件在组装过程中的缺陷和修订性能指标；

第三、本申请能有效指导汽车厂的现场装配；

第四、本申请结构简单可靠，安装方便，成本低。

当然，实施本发明内容的任何一个具体实施例，并不一定同时具有以上全部的技术效果。

附图说明

图1为本申请的外观示意图；

图2为图1的剖开图；

图3为本申请主套筒的示意图；

图4为图2的传感部放大示意图；

图5为本申请传感器的示意图；

图6为本申请第一转换套的示意图；

图7为本申请第二转换套的示意图；

图8为本申请转换套垫块的示意图；

图9为本申请压力盘盖板的示意图；

图10为本申请转换套筒的示意图；

图11为图2的螺栓锁付部放大示意图；

图12为本申请锁箍的示意图；

图13为本申请锥形垫块的示意图；

图14为本申请螺纹垫块的示意图；

图15为本申请测试平台板的示意图；

图16为本申请装配车轮轮毂的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件等。

请同时参考图1、图2、图3和图4，高精度车轮螺母紧固测试系统，用于汽车车轮螺母紧固测试，包括伺服驱动系统(图未示)、扭矩和轴力传感系统和数据处理分析系统(图未示)，所述伺服驱动系统输出扭力连接所述扭矩和轴力传感系统；所述扭矩和轴力传感系统电性连接所述数据处理分析系统；其中，所述扭矩和轴力传感系统包括支撑架部和传感套部，所述传感套部装配连接所述支撑架部；如图2所示，所述传感套部包括螺栓锁付部10、主套筒20和传感部30，所述螺栓锁付部10和传感部30分别装配连接所述主套筒20的两端；如图3所示，所述主套筒20为一筒壁中间有套筒缺口21的中空筒体，套筒缺口21的设计，方便装配螺栓锁付部10和传感部30，所述主套筒20的下端筒壁开设下锁付孔22；如图1所示，所述螺栓锁付部10包括轮毂螺栓11，所述螺栓锁付部10装配连接所述主套筒20中，所述轮毂螺栓11凸出所述主套筒20和所述支撑架部；如图4所示，所述传感部30包括传感器31，所述传感部30以传感定位销70通过所述下锁付孔22装配连接所述主套筒20，所述传感器31电性连接所述数据处理分析系统。

请参考图4和图15，所述支撑架部包括测试平台板41，如图15所示，所述测试平台板41为一中间有平台通孔的片体；如图4所示，所述传感部30还包括一第一转换套32、一第二转换套33、一转换套垫块34、一压力盘盖板35和一转换套筒36，其中，如图6所示，所述第一转换套32为一阶梯状中空筒体，所述第一转换套32直径小的一端位于所述平台通孔中；所述第一转换套32直径大的一端位于所述主套筒20中，所述第一转换套32直径大的一端的筒壁上，对应所述下锁付孔22的位置开设通孔；如图7所示，所述第二转换套33为一T型长筒体，所述第二转换套33直径大的一端开设至少一个U型缺口；所述第二转换套33直径小的一端，对应所述下锁付孔22的位置开设通孔；如图8所示，所述转换套垫块34为一中间有通孔的环形体，所述转换套垫块34对应所述第二转换套33U型缺口的位置开设U型缺口，所述转换套垫块34是用来调整高度用；如图9所示，所述压力盘盖板35为一中间有通孔的环形台阶体，轴向压力通过压力盘盖板35传递给传感器31；如图4和图5所示，所述传感器31为一中间有阶梯状通孔的环形体，所述传感器31朝向所述主套筒20的一侧为一阶梯状，所述压力盘盖板35覆盖连接所述传感器31，装配后，压力盘盖板35和测试平台板41之间留有0.5MM的间隙；本申请所用的传感器31是一种扭矩和轴力传感器。

如图10所示，所述转换套筒36为一中空环形筒体，所述传感器31插入连接所述转换套筒36，传感器31插入转换套筒36后，在侧面以螺杆将传感器31和转换套筒36固定；如图10和图15所示，转换套筒36朝向测试平台板41的一面，包括若干个螺丝孔，而测试平台板41上，对应的位置也有若干个通孔，装配时，以螺杆将转换套筒36和测试平台板41锁在一起，如图所示，螺丝孔的数量是8个，但是不能用来限制本申请。

如图1和图4所示，传感部30的装配方式是，首先，四根支撑立柱42平行放置，底座为工作平台，十字交叉支撑住测试平台板41，测试平台板41正中的下方安装转换套筒36，在传感器31的上方放入压力盘盖板35，传感器31从转换套筒36的空腔平行放入，传感器31的侧面使用M10螺栓固定在转换套筒36上，压力盘盖板35与测试平台板41间留有0.5MM的间隙，测试平台板41的中心孔处安装第一转换套32，第一转换套32直径小的外缘与测试平台板41的中心孔配合；第一转换套32直径大的外缘作为轴向支撑，外径作为主套筒20的定位，主套筒20与测试平台板41和第一转换套32相配合连接。第二转换套33穿过转换套垫块34、穿过传感器31和压力盘盖板35、穿过第一转换套32，使用传感定位销70将主套筒20、第一转换套32和第二转换套33相连接，连接后构成一个整体，牢固悬于测试平台板41，并不会产生对传感器31的压力。在这之中，第二转换套33和转换套垫块34的U型缺口对齐，同时对齐传感器31中间的插孔，并用两根轴销穿过，用于传递扭矩。

请参考图3和图11，如图所示，所述主套筒20的上端筒壁开设上锁付孔23；所述螺栓锁付部10还包括一锁箍12、一锥形垫块13、一锁紧垫块14、一螺纹垫块15和一定向键16，其中，如图12所示，所述锁箍12为一平面锥形中空体，所述锁箍12的壁上开设有连接中心的缺口；如图13所示，所述锥形垫块13为一T型中空筒体，所述锥形垫块13直径小的筒体外表面上开设有轴向的扭矩凹槽131，所述定向键16插入连接所述扭矩凹槽131；所述锥形垫块13直径小的端侧为锥形内沿，所述锥形内沿对应所述锁箍12的锥形外表面；所述锥形垫块13直径大的一端内表面攻有螺纹；所述锥形垫块13对应所述上锁付孔23的位置开设插孔，装配时，以插销通过所述上锁付孔23进入所述插孔来固定；所述锁紧垫块14为一块体，如图11所示，锁紧垫块14是一个圆柱体，装配时，锁紧垫块14的两端分别连接螺纹垫块15和轮毂螺栓11；如图14所示，所述螺纹垫块15为一T型环形体，所述螺纹垫块15直径小的一端外表面攻有螺纹，所述螺纹垫块15直径小的一端轴心开设垫块凹槽151，所述锁紧垫块14的一端插入连接所述垫块凹槽151，装配时，螺纹垫块15的螺纹和锥形垫块13的螺纹螺接，如图11所示，螺纹螺接旋转时，锁紧垫块14逐步向上推压轮毂螺栓11不断向上；所述定向键16为一片体，用于定位和传递扭矩，如图3所示，主套筒20的内壁对应定向键16的位置，开设了轴向凹槽24，装配时，定向键16的两侧分别在锥形垫块13的扭矩凹槽131和主套筒20内壁的轴向凹槽24中。螺栓紧固过程中，受到的扭矩通过锁箍12传递给锥形垫块13，锥形垫块13侧面预制的扭矩凹槽131，在扭矩凹槽131里加入定向键16，定向键16一侧与扭矩凹槽131相连，一侧同主套筒20的内壁上的轴向凹槽24相连，这样扭矩就传递到主套筒20上，主套筒20的扭矩接着传递给下锁付孔22里面的传感定位销70，再传递给传感部30。

如图11所示，螺栓锁付部10装配方式是，首先，将锁箍12和轮毂螺栓11放入锥配的锥形垫块13中,将锁紧垫块14放入螺纹垫块15的垫块凹槽151内，并将锥形垫块13和螺纹垫块15二者通过螺纹锁紧，将锁紧后的结构放入主套筒20中，侧面采用定向键16定位，并使用插销通过上锁付孔23进入锥形垫块13的插孔来固定住。

下面，说一下支撑架部，如图1所示，所述支撑架部还包括：一工作平台(图未示)、四根支撑立柱42、至少两压板43、一支撑三角架44和一轮毂贴合支撑板45。装配时，以工作平台为基座，使用4根支撑立柱42支撑测试平台板41，侧面采用压板43紧固，测试平台板41上方固定支撑三角架44，支撑三角架44上方由两个定位销连接轮毂贴合支撑板45。如图所示，压板43的数量是两个，但是不能用来限制本申请，只要能稳定连接，都应该是本申请的保护范围。压板43的一端压制连接测试平台板41，压板43的另外一端和工作平台稳固连接，压板43的目的是用来稳定整个支撑架部。

接着，还有伺服驱动系统，所述伺服驱动系统包括机械臂、扭矩输出系统、扭矩和转角传感器、驱动头和拧紧套筒。本申请采用柔性的机械臂，机械臂上有伺服电机带动的主要扭矩输出系统的动力设备，机械臂底座牢固的拴接在基座上，上部的动力输出头具有任意方向可调整，具备空间全角自由度，可以使驱动头以任意姿态固定并具备足够刚度稳定的输出扭矩，扭矩拧紧套筒的伺服电机通过数据处理分析系统的中控提供电信号，在伺服电机与弹性拧紧套筒中使用扭矩和转角传感器以四角口连接传递扭矩，该扭矩和转角传感器的数据传递给数据处理分析系统用于同步分析，机械臂的弹性拧紧套筒穿过轮毂预制孔直接与螺母的拌拧部位贴合在一起，启动程序即可开始实验。

优选的，所述数据处理分析系统由两组传感器经控制器分析数据，并在电脑终端输出显示。如下表所示，其中一种输出显示，在轴力设定和输入扭矩的配合下，得出8组参考数据，数据提供给汽车厂的技术人员，能有效指导汽车厂的现场装配。

	1	2	3	4	5	6	7	8
									轴力设定	10KN	20KN	30KN	40KN	50KN	60KN	70KN	80KN
输入扭矩	45.37	74.69	101.67	120.35	139.24	155.48	170.18	184.08
									输入扭矩标准差	0.83	1.76	4.13	2.72	2.92	2.45	2.36	2.7
输入扭矩+3西格玛值	47.85	79.99	114.07	128.52	148.00	162.82	177.26	192.17
									输入扭矩-3西格玛值	42.89	69.40	89.26	112.19	130.48	148.14	163.10	175.99
总摩擦系数	0.170	0.138	0.120	0.110	0.101	0.094	0.088	0.080
									总摩擦系数标准差	0.002	0.004	0.006	0.002	0.002	0.002	0.005	0.000
总摩擦系数+3西格玛值	0.176	0.150	0.137	0.116	0.108	0.098	0.103	0.080
									总摩擦系数-3西格玛值	0.164	0.127	0.104	0.103	0.094	0.089	0.073	0.080
螺纹摩擦系数	0.176	0.153	0.137	0.140	0.133	0.127	0.124	0.112
									螺纹摩擦系数标准差	0.014	0.010	0.017	0.017	0.018	0.020	0.022	0.018
螺纹摩擦系数+3西格玛值	0.218	0.182	0.187	0.192	0.188	0.188	0.191	0.166
									螺纹摩擦系数-3西格玛值	0.135	0.123	0.087	0.087	0.078	0.067	0.057	0.058
座面摩擦系数	0.167	0.133	0.114	0.100	0.090	0.082	0.076	0.070
									座面摩擦系数标准差	0.014	0.005	0.005	0.006	0.006	0.005	0.007	0.004
座面摩擦系数+3西格玛值	0.209	0.149	0.129	0.117	0.108	0.098	0.097	0.083
									座面摩擦系数-3西格玛值	0.126	0.117	0.100	0.082	0.072	0.066	0.055	0.057

本申请测试系统的工作方式，首先，如图16所示，将车轮轮毂50放置轮毂贴合支撑板45上，并使其孔位穿过轮毂螺栓11。使用车轮螺母60手带预紧。接着，通过机械臂的驱动头传递给弹性拧紧套筒，拧紧套筒将扭矩和角度传送给车轮螺母60，车轮螺母60与轮毂螺栓11旋合后形成向上的拉力，该拉力通过锁箍12和锥形垫块13的作用传递给主套筒20，主套筒20通过传感定位销70传递给第二转换套33，第二转换套33压紧压力盘盖板35，间接将压力和扭矩传递给传感器31，实现了扭矩的传递和轴力的产生；传感器31将信号传递给数据处理分析系统进行数据同步统计和分析。

综上所述，由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

第一、本申请能有效模拟车轮被固定在轮毂上的夹紧力；

第二、本申请能识别各零部件在组装过程中的缺陷和修订性能指标；

第三、本申请能有效指导汽车厂的现场装配；

第四、本申请结构简单可靠，安装方便，成本低。

发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅仅是本发明的较佳实施例，但并非用来限制其本身，任何熟习本领域的技术人员在不违背本发明精神内涵的情况下，所做的均等变化和更动，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高精度车轮螺母紧固测试系统，用于汽车车轮螺母紧固测试，其特征在于，包括一伺服驱动系统、一扭矩和轴力传感系统和一数据处理分析系统，所述伺服驱动系统输出扭力连接所述扭矩和轴力传感系统；所述扭矩和轴力传感系统电性连接所述数据处理分析系统；其中，所述扭矩和轴力传感系统包括支撑架部和传感套部，所述传感套部装配连接所述支撑架部；所述传感套部包括一螺栓锁付部、一主套筒和一传感部，所述螺栓锁付部和传感部分别装配连接所述主套筒的两端；所述主套筒为一筒壁有套筒缺口的中空筒体，所述主套筒的下端筒壁开设下锁付孔；

所述螺栓锁付部包括一轮毂螺栓，所述螺栓锁付部装配连接所述主套筒，所述轮毂螺栓凸出所述主套筒和所述支撑架部；

所述传感部包括一传感器，所述传感部以传感定位销通过所述下锁付孔装配连接所述主套筒，所述传感器电性连接所述数据处理分析系统；

所述主套筒的上端筒壁开设上锁付孔；所述螺栓锁付部还包括一锁箍、一锥形垫块、一锁紧垫块、一螺纹垫块和一定向键，其中，

所述锁箍为一平面锥形中空体，所述锁箍的壁上开设有连接中心的缺口；

所述锥形垫块为一T型中空筒体，所述锥形垫块直径小的筒体外表面上开设有轴向的扭矩凹槽，所述定向键插入连接所述扭矩凹槽；所述锥形垫块直径小的端侧为锥形内沿，所述锥形内沿对应所述锁箍的锥形外表面；所述锥形垫块直径大的一端内表面攻有螺纹；所述锥形垫块对应所述上锁付孔的位置开设插孔；

所述锁紧垫块为一块体；

所述螺纹垫块为一T型环形体，所述螺纹垫块直径小的一端外表面攻有螺纹，所述螺纹垫块直径小的一端轴心开设垫块凹槽，所述锁紧垫块的一端插入连接所述垫块凹槽；

所述定向键为一片体。

2.如权利要求1所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，其特征在于，所述支撑架部包括一测试平台板，所述测试平台板为一中间有平台通孔的片体；所述传感部还包括一第一转换套、一第二转换套、一转换套垫块、一压力盘盖板和一转换套筒，其中，

所述第一转换套为一阶梯状中空筒体，所述第一转换套直径小的一端位于所述平台通孔中；所述第一转换套直径大的一端位于所述主套筒中，所述第一转换套直径大的一端的筒壁上，对应所述下锁付孔的位置开设通孔；

所述第二转换套为一T型长筒体，所述第二转换套直径大的一端开设至少一个U型缺口；所述第二转换套直径小的一端，对应所述下锁付孔的位置开设通孔；

所述转换套垫块为一中间有通孔的环形体，所述转换套垫块对应所述第二转换套U型缺口的位置开设U型缺口；

所述压力盘盖板为一中间有通孔的环形台阶体；

所述传感器为一中间有阶梯状通孔的环形体，所述传感器朝向所述主套筒的一侧为一阶梯状，所述压力盘盖板覆盖连接所述传感器；

所述转换套筒为一中空环形筒体，所述传感器插入连接所述转换套筒。

3.如权利要求2所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，其特征在于，所述支撑架部还包括：一工作平台、四根支撑立柱、至少两压板、一支撑三角架和一轮毂贴合支撑板。

4.如权利要求3所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，其特征在于，所述伺服驱动系统包括机械臂、扭矩输出系统、扭矩和转角传感器、驱动头和拧紧套筒。

5.如权利要求4所述的高精度车轮螺母紧固测试系统，其特征在于，所述数据处理分析系统由两组传感器经控制器分析数据并在电脑终端输出显示。