CN109752199B - 汽车1/4悬架实验台 - Google Patents
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Abstract
一种汽车1/4悬架实验台，由模拟车身、导向装置(1)和振动台三大部分组成。模拟车身由上支架(201)、下支架(2)和配重块(203)组成；导向装置(1)由四个立柱及限制模拟车身前后运动和左右运动的两组杆系组成。振动台模拟路面对车轮的振动激励，分为上下两层，两层相互叠加。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车1/4悬架实验台，属于车辆工程学科领域。
背景技术
汽车悬架是连接车轮与车身的构件，起承载车身重量隔离路面振动的作用，其性能影响着汽车的通过性、舒适性和操纵稳定性。悬架实验台是汽车悬架系统设计、生产、制造必不可少的实验设备。现在市场上销售的以“四立柱”为代表的汽车悬架实验台价格昂贵，一般企事业单位难以承受。因此，市场需要一种价格低廉并可以满足悬架实验要求的实验台。本发明即可满足这一要求。
发明内容
该汽车1/4悬架实验台，(如图1所示)由模拟车身、导向装置(1)和振动台三大部分组成。
模拟车身(如图5所示)由上支架(201)、下支架(2)和配重块(203)组成。上支架(201)为n形，上面中间位置有一根轴。下支架(2)为n形，上面中间位置有一个孔，两侧对称固定着配重块(204)，上面固定着上支架(201),上支架(201)上面的轴与下支架(2)上面的孔同轴，模拟车身的重心在下支架(2)上面孔的下方轴线上。
导向装置(1)由四个立柱及限制模拟车身前后运动和左右运动的两组杆系组成。四个立柱固定在地面上，在汽车1/4悬架实验台的前后左右各一个，与实验台中心的距离相等。两组杆系的尺寸、结构相同，一组左右布置，两端固定在左右两个立柱上以限制模拟车身左右运动，一组前后布置，两端固定在前后两个立柱上以限制模拟车身前后运动，每组均由支座a(101)、拉杆a(105)、摆杆(104)、拉杆b(102)和支座b(103)依次用球形铰链连接而成。以左右布置的杆系为例，(如图4所示)支座a(101)和支座b(103)大小结构相同分别固定在左侧立柱和右侧立柱等高的位置上；拉杆a(105)和拉杆b(102)完全相同；摆杆(104)的中间有一孔，其轴线到两端的距离相等，该孔与上支架(201)上面的轴配合。摆杆(104)与拉杆a(105)和拉杆b(102)的夹角相等并小于180°。如图4所示,G、H、I、J、K为铰链连接点,由拉杆a(105)、摆杆(104)、拉杆b(102)的尺寸及安装关系可知：△IHG与△IGK全等，因此，上支架(201)上面的轴与四个立柱的距离相等。实验台工作时模拟车身只能作上下振动而不能左右和前后运动。
振动台模拟路面对车轮的振动激励，分为上下两层，两层相互叠加，结构原理完全相同，上层的底板(9)与下层的顶板共用一块板。以上层为例对振动台的结构原理加以说明：上层振动台由顶板(4)、底板(9)、振动杠杆、支座、振动源(11)、振幅调节装置组成。顶板(4)为一方形板，在顶板下面的4个角上分别固定安装着上支座a(5)、上支座b(501)、上支座c(502)、上支座d(503)。底板(9)(如图13所示)为方形，形状大小与顶板(4)相同，中间位置加工有T形槽。支座有上支座和下支座两种，上支座有4个即上支座a(5)、上支座b(501)、上支座c(502)、上支座d(503)，下支座有4个即下支座a(7)、下支座b(701)、下支座c(702)、下支座d(703)。如图2所示，4个下支座固定在底板(9)上，其位置相对于底板(9)的前后对称面和左右对称面对称。
振动杠杆由一支主杠杆(13)两支长杠杆和两支短杠杆组成。主杠杆(13)(如图9所示)横截面为方形，左端有与轴a(16)铰接的孔，右端有通过连杆销与连杆(112)小头铰接的孔和槽。两支长杠杆(如图8所示)结构形状完全相同，分别为长杠杆a(12)和长杠杆b(123)。长杠杆由长杠杆身(121)和长杠杆铰接头(122)连接而成。长杠杆身(121)左端有安装关节轴承b(15)的孔，中间有通过轴和关节轴承a(14)与短杠杆a(6)相连的铰链孔，中右部有通过轴与下支座连接的孔，右端沿长杠杆身(121)轴线方向有与长杠杆铰接头(122)上的轴间隙配合的孔。长杠杆铰接头(122)右侧为轴，左侧为通过轴与上支座铰接的孔。两支短杠杆(如图7所示)结构形状完全相同，分别为短杠杆a(6)和短杠杆b(604)。短杠杆由短杠杆左铰接头(601)、短杠杆身(602)和短杠杆右铰接头(603)依次连接而成。短杠杆左铰接头(601)左端有通过轴与上支座铰接的孔，右端有与短杠杆身(602)左端的孔配合的轴。短杠杆身(602)左右两端沿轴线方向有孔，分别与短杠杆左铰接头(601)和短杠杆右铰接头(603)上的轴配合，中间有通过轴与下支座铰接的孔。短杠杆右铰接头(603)的左端有与短杠杆身(602)右端的孔配合的轴，右端有关节轴承a(14)的安装孔。
振动杠杆的连接关系为：主杠杆(13)的右端与振动源中的连杆(112)小头通过连杆销铰接，左端通过轴a(16)和两个关节轴承b(15)与两个长杠杆铰接；两个长杠杆分别通过轴和关节轴承a(14)与两个短杠杆铰接，还与上支座和下支座铰接；两个短杠杆除与长杠杆铰接外，还与上支座和下支座交接。
图14是振动杠杆在振动台上的安装示意图。gh为前后对称面，主杠杆(13)在该对称面上；AD和ad为两个长杠杆，并相对gh面对称；CF和cf为两个短杠杆，并相对gh面对称；Dd为轴a(16)，A、F、a、f为4个上支座，B、E、b、e为4个下支座；A、B、C、D、E、F与a、b、c、d、e、f相对gh面对称；△CAF为等腰三角形，CA＝CF,BA＝EF。
振动源(11)主要由曲轴(111)、连杆(112)、调速电机a(113)和轴承座(114)组成。轴承座(114)固定在底板(9)上。曲轴(111)和调速电机a(113)安装在轴承座(114)上。调速电机a(113)通过键与曲轴(111)连接并带动其旋转。连杆(112)安装在曲轴(111)的曲柄销上。
振幅调节装置由活动支座(8)和丝杠总成(10)组成。活动支座(8)(如图10、11所示)由活动支座体(801)、摆动套(802)和摆动套轴(803)组成。活动支座体(801)下端有与底板(9)上的T形槽配合的T形块和与丝杠配合的螺纹孔，上端通过摆动套轴(803)安装有摆动套(802)。摆动套(802)为方形，中间有一个与主杠杆(13)间隙配合的方孔，主杠杆(13)穿过该方孔。丝杠总成(10)由丝杠、减速机和调速电机b组成，丝杠与减速机的输出轴固定连接，调速电机b安装在减速机上，调速电机b的转子轴与减速机的输入轴相连，丝杠总成(10)通过减速机的壳体安装在底板(9)上。活动支座(8)用T形块安装在底板(9)的T形槽内，丝杠总成(10)的丝杠旋入活动支座(8)的螺纹孔内，丝杠旋转带动活动支座(8)沿T形槽移动。
上层振动台的工作原理：调速电机a(113)旋转从而带动曲轴(111)旋转，曲轴(111)通过连杆(112)带动主杠杆(13)以活动支座(8)为支点摆动，主杠杆(13)通过轴a(16)和关节轴承b(15)带动两个长杠杆以分别以下支座b(701)和下支座c(702)为支点摆动，两个长杠杆带动上支座b(501)和上支座c(502)上下振动，两个长杠杆通过轴和关节轴承a(14)带动两个短杠杆分别以下支座a(7)和下支座d(703)为支点摆动，两个短杠杆带动上支座a(5)和上支座d(503)上下振动，四个上支座带动顶板(4)上下振动。当振幅需要调节时，丝杠总成(10)的调速电机b通过减速机驱动丝杠旋转，带动活动支座(8)沿T形槽移动，使主杠杆(13)的支点位置发生改变，从而使主杠杆(13)左端的振幅发生改变，然后通过长杠杆和短杠杆使顶板(4)的振幅发生改变。
汽车1/4悬架实验台工作过程：将待实验的麦弗逊式悬架上端的螺杆穿过下支架(2)中心的孔，并用螺母紧固，下端固定在上层振动台的顶板(4)上。起动实验台，下层振动台模拟路面的长波(低频大振幅)，上层振动台模拟路面的短波(高频小振幅)，上下层振动台叠加模拟整个路面。在实验中可以通过调整调速电机a来调整上层和下层振动台的频率，通过振幅调节装置来调节上层和下层振动台的振幅。上层振动台的顶板(4)的振动经过悬架的衰减传给模拟车身，模拟车身在导向装置(1)的作用下作上下振动。
本发明的有益效果是：结构简单造价低廉，可以模拟路面的长波和短波，导向装置采用杆系结构，摩擦损失小，减小了实验误差。
附图说明
图1是汽车1/4悬架实验台总体结构图；
图2是沿顶板下平面剖切的俯视图；
图3是导向装置的俯视图；
图4是左右固定拉杆图；
图5是模拟车身的主视图；
图6是模拟车身的俯视图；
图7是短杠杆图；
图8是长杠杆图；
图9是主杠杆图；
图10是活动支座半剖主视图；
图11是活动支座半剖左视图；
图12是曲轴连杆装置图；
图13是底板图；
图14是振动杠杆示意图。
图中标记：1.导向装置，101.支座a，102.拉杆b，103.支座b，104.摆杆，105.拉杆a，2.下支架，201.上支架，203.配重块，204.配重连接螺栓，3.汽车1/4悬架，4.顶板，5.上支座a，501.上支座b，502.上支座c，503.上支座d，6.短杠杆a，601短杠杆左铰接头.602.短杠杆身，603.短杠杆右铰接头，604.短杠杆b，7.下支座a，701.下支座b，702.下支座c，703.下支座d，8.活动支座，801.活动支座体，802.摆动套，803.摆动套轴，10.丝杠总成，9.底板，10.丝杠总成，11.振动源，111.曲轴，112.连杆，113.调速电机a，114.轴承座，12.长杠杆a，121.长杠杆身，122.长杠杆铰接头，123.长杠杆b，13.主杠杆，14.关节轴承a，15.关节轴承b，16.轴a
具体实施方式
该汽车1/4悬架实验台，(如图1所示)由模拟车身、导向装置(1)和振动台三大部分组成。
模拟车身(如图5所示)由上支架(201)、下支架(2)和配重块(203)组成。上支架(201)为n形，上面中间位置有一根轴。下支架(2)为n形，上面中间位置有一个孔，两侧对称固定着配重块(204)，上面固定着上支架(201),上支架(201)上面的轴与下支架(2)上面的孔同轴，模拟车身的重心在下支架(2)上面孔的下方轴线上。
导向装置(1)由四个立柱及限制模拟车身前后运动和左右运动的两组杆系组成。四个立柱固定在地面上，在汽车1/4悬架实验台的前后左右各一个，与实验台中心的距离相等。两组杆系的尺寸、结构相同，一组左右布置，两端固定在左右两个立柱上以限制模拟车身左右运动，一组前后布置，两端固定在前后两个立柱上以限制模拟车身前后运动，每组均由支座a(101)、拉杆a(105)、摆杆(104)、拉杆b(102)和支座b(103)依次用球形铰链连接而成。以左右布置的杆系为例，(如图4所示)支座a(101)和支座b(103)大小结构相同分别固定在左侧立柱和右侧立柱等高的位置上；拉杆a(105)和拉杆b(102)完全相同；摆杆(104)的中间有一孔，其轴线到两端的距离相等，该孔与上支架(201)上面的轴配合。摆杆(104)与拉杆a(105)和拉杆b(102)的夹角相等并小于180°。如图4所示,G、H、I、J、K为铰链连接点,由拉杆a(105)、摆杆(104)、拉杆b(102)的尺寸及安装关系可知：△IHG与△IGK全等，因此，上支架(201)上面的轴与四个立柱的距离相等。实验台工作时模拟车身只能作上下振动而不能左右和前后运动。
振动台模拟路面对车轮的振动激励，分为上下两层，两层相互叠加，结构原理完全相同，上层的底板(9)与下层的顶板共用一块板。以上层为例对振动台的结构原理加以说明：上层振动台由顶板(4)、底板(9)、振动杠杆、支座、振动源(11)、振幅调节装置组成。顶板(4)为一方形板，在顶板下面的4个角上分别固定安装着上支座a(5)、上支座b(501)、上支座c(502)、上支座d(503)。底板(9)(如图13所示)为方形，形状大小与顶板(4)相同，中间位置加工有T形槽。支座有上支座和下支座两种，上支座有4个即上支座a(5)、上支座b(501)、上支座c(502)、上支座d(503)，下支座有4个即下支座a(7)、下支座b(701)、下支座c(702)、下支座d(703)。如图2所示，4个下支座固定在底板(9)上，其位置相对于底板(9)的前后对称面和左右对称面对称。
振动杠杆由一支主杠杆(13)两支长杠杆和两支短杠杆组成。主杠杆(13)(如图9所示)横截面为方形，左端有与轴a(16)铰接的孔，右端有通过连杆销与连杆(112)小头铰接的孔和槽。两支长杠杆(如图8所示)结构形状完全相同，分别为长杠杆a(12)和长杠杆b(123)。长杠杆由长杠杆身(121)和长杠杆铰接头(122)连接而成。长杠杆身(121)左端有安装关节轴承b(15)的孔，中间有通过轴和关节轴承a(14)与短杠杆a(6)相连的铰链孔，中右部有通过轴与下支座连接的孔，右端沿长杠杆身(121)轴线方向有与长杠杆铰接头(122)上的轴间隙配合的孔。长杠杆铰接头(122)右侧为轴，左侧为通过轴与上支座铰接的孔。两支短杠杆(如图7所示)结构形状完全相同，分别为短杠杆a(6)和短杠杆b(604)。短杠杆由短杠杆左铰接头(601)、短杠杆身(602)和短杠杆右铰接头(603)依次连接而成。短杠杆左铰接头(601)左端有通过轴与上支座铰接的孔，右端有与短杠杆身(602)左端的孔配合的轴。短杠杆身(602)左右两端沿轴线方向有孔，分别与短杠杆左铰接头(601)和短杠杆右铰接头(603)上的轴配合，中间有通过轴与下支座铰接的孔。短杠杆右铰接头(603)的左端有与短杠杆身(602)右端的孔配合的轴，右端有关节轴承a(14)的安装孔。
振动杠杆的连接关系为：主杠杆(13)的右端与振动源中的连杆(112)小头通过连杆销铰接，左端通过轴a(16)和两个关节轴承b(15)与两个长杠杆铰接；两个长杠杆分别通过轴和关节轴承a(14)与两个短杠杆铰接，还与上支座和下支座铰接；两个短杠杆除与长杠杆铰接外，还与上支座和下支座交接。
图14是振动杠杆在振动台上的安装示意图。gh为前后对称面，主杠杆(13)在该对称面上；AD和ad为两个长杠杆，并相对gh面对称；CF和cf为两个短杠杆，并相对gh面对称；Dd为轴a(16)，A、F、a、f为4个上支座，B、E、b、e为4个下支座；A、B、C、D、E、F与a、b、c、d、e、f相对gh面对称；△CAF为等腰三角形，CA＝CF,BA＝EF。
振动源(11)主要由曲轴(111)、连杆(112)、调速电机a(113)和轴承座(114)组成。轴承座(114)固定在底板(9)上。曲轴(111)和调速电机a(113)安装在轴承座(114)上。调速电机a(113)通过键与曲轴(111)连接并带动其旋转。连杆(112)安装在曲轴(111)的曲柄销上。
振幅调节装置由活动支座(8)和丝杠总成(10)组成。活动支座(8)(如图10、11所示)由活动支座体(801)、摆动套(802)和摆动套轴(803)组成。活动支座体(801)下端有与底板(9)上的T形槽配合的T形块和与丝杠配合的螺纹孔，上端通过摆动套轴(803)安装有摆动套(802)。摆动套(802)为方形，中间有一个与主杠杆(13)间隙配合的方孔，主杠杆(13)穿过该方孔。丝杠总成(10)由丝杠、减速机和调速电机b组成，丝杠与减速机的输出轴固定连接，调速电机b安装在减速机上，调速电机b的转子轴与减速机的输入轴相连，丝杠总成(10)通过减速机的壳体安装在底板(9)上。活动支座(8)用T形块安装在底板(9)的T形槽内，丝杠总成(10)的丝杠旋入活动支座(8)的螺纹孔内，丝杠旋转带动活动支座(8)沿T形槽移动。
上层振动台的工作原理：调速电机a(113)旋转从而带动曲轴(111)旋转，曲轴(111)通过连杆(112)带动主杠杆(13)以活动支座(8)为支点摆动，主杠杆(13)通过轴a(16)和关节轴承b(15)带动两个长杠杆以分别以下支座b(701)和下支座c(702)为支点摆动，两个长杠杆带动上支座b(501)和上支座c(502)上下振动，两个长杠杆通过轴和关节轴承a(14)带动两个短杠杆分别以下支座a(7)和下支座d(703)为支点摆动，两个短杠杆带动上支座a(5)和上支座d(503)上下振动，四个上支座带动顶板(4)上下振动。当振幅需要调节时，丝杠总成(10)的调速电机b通过减速机驱动丝杠旋转，带动活动支座(8)沿T形槽移动，使主杠杆(13)的支点位置发生改变，从而使主杠杆(13)左端的振幅发生改变，然后通过长杠杆和短杠杆使顶板(4)的振幅发生改变。
汽车1/4悬架实验台工作过程：将待实验的麦弗逊式悬架上端的螺杆穿过下支架(2)中心的孔，并用螺母紧固，下端固定在上层振动台的顶板(4)上。起动实验台，下层振动台模拟路面的长波(低频大振幅)，上层振动台模拟路面的短波(高频小振幅)，上下层振动台叠加模拟整个路面。在实验中可以通过调整调速电机a来调整上层和下层振动台的频率，通过振幅调节装置来调节上层和下层振动台的振幅。上层振动台的顶板(4)的振动经过悬架的衰减传给模拟车身，模拟车身在导向装置(1)的作用下作上下振动。
Claims (2)
1.一种汽车1/4悬架实验台，由模拟车身、导向装置(1)和振动台三大部分组成，其特征是：
模拟车身由上支架(201)、下支架(2)和配重块(203)组成；上支架(201)为n形，上面中间位置有一根轴；下支架(2)为n形，上面中间位置有一个孔，两侧对称固定着配重块(203)，上面固定着上支架(201),上支架(201)上面的轴与下支架(2)上面的孔同轴，模拟车身的重心在下支架(2)上面孔的下方轴线上；
导向装置(1)由四个立柱及限制模拟车身前后运动和左右运动的两组杆系组成；四个立柱固定在地面上，在汽车1/4悬架实验台的前后左右各一个，与实验台中心的距离相等；两组杆系的尺寸、结构相同，一组左右布置，两端固定在左右两个立柱上以限制模拟车身左右运动，一组前后布置，两端固定在前后两个立柱上以限制模拟车身前后运动；每组均由支座a(101)、拉杆a(105)、摆杆(104)、拉杆b(102)和支座b(103)依次用球形铰链连接而成，支座a(101)和支座b(103)大小结构相同分别固定在两侧立柱等高的位置上，拉杆a(105)和拉杆b(102)完全相同，摆杆(104)的中间有一孔，其轴线到两端的距离相等，该孔与上支架(201)上面的轴配合，摆杆(104)与拉杆a(105)和拉杆b(102)的夹角相等并小于180°；
振动台模拟路面对车轮的振动激励，分为上下两层，两层相互叠加，结构原理完全相同，上层的底板(9)与下层的顶板共用一块板；上层振动台由顶板(4)、底板(9)、振动杠杆、支座、振动源(11)、振幅调节装置组成；顶板(4)为一方形板，在顶板下面的4个角上分别固定安装着上支座a(5)、上支座b(501)、上支座c(502)、上支座d(503)；底板(9)为方形，形状大小与顶板(4)相同，中间位置加工有T形槽；4个下支座固定在底板(9)上，其位置相对于底板(9)的前后对称面和左右对称面对称；
振动杠杆由一支主杠杆(13)、两支长杠杆和两支短杠杆组成；主杠杆(13)的右端与振动源中的连杆(112)小头通过连杆销铰接，左端通过轴a(16)和两个关节轴承b(15)与两个长杠杆铰接；两个长杠杆分别通过轴和关节轴承a(14)与两个短杠杆铰接，还与上支座和下支座铰接；两个短杠杆除与长杠杆铰接外，还与上支座和下支座交接；A、B、C、D、E、F与a、b、c、d、e、f相对gh面对称；△CAF为等腰三角形，CA＝CF,BA＝EF；
振动源(11)主要由曲轴(111)、连杆(112)、调速电机a(113)和轴承座(114)组成；轴承座(114)固定在底板(9)上；曲轴(111)和调速电机a(113)安装在轴承座(114)上；调速电机a(113)通过键与曲轴(111)连接；连杆(112)安装在曲轴(111)的曲柄销上；
振幅调节装置由活动支座(8)和丝杠总成(10)组成；活动支座(8)由活动支座体(801)、摆动套(802)和摆动套轴(803)组成；活动支座体(801)下端有与底板(9)上的T形槽配合的T形块和与丝杠配合的螺纹孔，上端通过摆动套轴(803)安装有摆动套(802)；摆动套(802)为方形，中间有一个与主杠杆(13)间隙配合的方孔，主杠杆(13)穿过该方孔；丝杠总成(10)由丝杠、减速机和调速电机b组成，丝杠与减速机的输出轴固定连接，调速电机b安装在减速机上，调速电机b的转子轴与减速机的输入轴相连，丝杠总成(10)通过减速机的壳体安装在底板(9)上；活动支座(8)用T形块安装在底板(9)的T形槽内，丝杠总成(10)的丝杠旋入活动支座(8)的螺纹孔内。
2.根据权利要求1所述的汽车1/4悬架实验台，其特征是：主杠杆(13)横截面为方形，左端有与轴a(16)铰接的孔，右端有通过连杆销与连杆(112)小头铰接的孔和槽；两支长杠杆结构形状完全相同，由长杠杆身(121)和长杠杆铰接头(122)连接而成；长杠杆身(121)左端有安装关节轴承b(15)的孔，中间有通过轴和关节轴承a(14)与短杠杆a(6)相连的铰链孔，中右部有通过轴与下支座连接的孔，右端沿长杠杆身(121)轴线方向有与长杠杆铰接头(122)上的轴间隙配合的孔；长杠杆铰接头(122)右侧为轴，左侧为通过轴与上支座铰接的孔；两支短杠杆结构形状完全相同，由短杠杆左铰接头(601)、短杠杆身(602)和短杠杆右铰接头(603)依次连接而成；短杠杆左铰接头(601)左端有通过轴与上支座铰接的孔，右端有与短杠杆身(602)左端的孔配合的轴；短杠杆身(602)左右两端沿轴线方向有孔，中间有通过轴与下支座铰接的孔；短杠杆右铰接头(603)的左端有与短杠杆身(602)右端的孔配合的轴，右端有关节轴承a(14)的安装孔。
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