CN110057520A - 一种汽车零部件力学性能试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车零部件力学性能试验机，该试验机通过上位机控制，试验机包括安装平台、电动作动缸加载控制系统、工件夹具和测量系统。本发明采用模块化的设计，适用范围较广，适合不同汽车零部件的力学性能的检测，能够实现多个方向，多个角度，不同温度，不同湿度，不同材质的汽车零部件的力学性能的检测。采用高精准度和承受温度范围宽泛的压力传感器和位移传感器，并且能够保证在某个区域受力，同时布置多个传感器监测其他区域的变形量。能够几乎完成整套汽车零部件试验大纲中的检测项目，提高设备利用率，减少测试资源反复投入，满足各类型汽车零部件测试需求，降低汽车零部件结构设计研发成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车零部件力学性能试验机。
背景技术
测试汽车零部件力学性能需要在不同的温度和湿度环境下，通过调节电动作动缸的高度和角度，实现多角度、全方位的力学性能的检测，通常包括刚度试验、强度试验、瞬态冲击力试验及动作疲劳试验等。在当前汽车轻量化持续推进的大背景下，包括汽车的内外饰零件，结构件和功能件等逐步推行薄壁化、以塑代钢的趋势。显然，塑料零件相比较金属零件，在刚度和强度方面会有一定程度的降低。当汽车在使用过程中会承受着不同方向的载荷，在这期间，各汽车零部件以及整车应满足承载外在各种载荷的能力。在使用过程中，承受各方向载荷时，汽车零部件不会产生裂纹或者损坏，导致功能的失效，同时，也不会产生塑性变形等不良现象。
目前对于汽车零部件的刚度和强度的试验机，大多数只是针对X，Y或Z三个方向中的一个方向配置一个专门的缸体进行测试，不能够实现多个方向、多个角度的测试。在整个汽车零部件的试验大纲中，往往目前的市场上的力学试验机只能检测试验大纲中的两到三项，往往需要结合不同的力学试验机才能完成所有试验大纲项目的测试，另外目前许多力学测试设备往往只是针对某种汽车零部件，显然测试的广度不高。
汽车零部件在受到外在负载的情况下，想要检测零部件不同监测点处的弹性变形量或者剩余变形量时，目前的力学性能试验机通常只能检测受力点位置的变形量。不能够同时检测在某一个区域处受力时，零件上其他区域的弹性变形量或剩余变形量，这在一定的程度上分析研究的覆盖面不强，不能够对零件进行综合性的分析，不利于汽车零部件的设计和优化。
因此，开发一种多功能力学测试平台系统装置，适用性强，模块化组装与扩展，提高设备利用率，减少测试资源反复投入，满足各类型汽车零部件测试需求，降低汽车零部件结构设计研发成本具有现实意义。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种汽车零部件力学性能用试验机，具有适用性强，模块化组装与扩展，提高设备利用率，减少测试资源反复投入，满足各类型汽车零部件测试需求，降低汽车零部件结构设计研发成本。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的一种汽车零部件力学性能试验机，该试验机通过上位机控制，试验机包括安装平台、电动作动缸加载控制系统、工件夹具和测量系统；
电动作动缸加载控制系统包括电动作动缸安装支架、电动作动缸、电动作动缸控制模块和升降机构；电动作动缸包括本体和位移部件，其中本体通过转轴夹装于两块电动作动缸安装板上并可垂直方向转动，电动作动缸控制模块安装于本体上并与上位机连接，电动作动缸安装板安装于升降机构上并可上下运动，升降机构安装于电动作动缸安装支架内；
工件夹具至少有一个并可活动安装于安装平台上；
测量系统包括与上位机连接的压力传感器和若干位移传感器；压力传感器安装于电动作动缸的位移部件上，位移传感器安装于工件夹具上。
上述的汽车零部件力学性能试验机中试验机安装于环境箱中，该环境箱中安装有与上位机连接的环境控制系统；
优选的，环境控制系统包括温度控制模块和湿度控制模块。
上述的汽车零部件力学性能试验机中安装平台设有若干条垂直交错的滑槽，滑槽的横截面选自倒T型、梯形和楔形中的一种，电动作动缸安装支架和工件夹具底部设有与该滑槽相适配的安装块。
上述的汽车零部件力学性能试验机中电动作动缸安装支架还包括支架底板和支架加强板；
电动作动缸安装支架底部焊接于安装平台上；
支架底板可活动安装于安装平台上；
支架加强板斜向安装且上端与电动作动缸安装支架两侧连接，下端与支架底板连接。
上述的汽车零部件力学性能试验机中升降机构包括两个垂直地面地安装于电动作动缸安装支架内的升降丝杆、安装于电动作动缸安装支架上与升降丝杠通过齿轮啮合的传动轴和安装于传动轴一端的手轮；两块电动作动缸安装板并分别安装于两个升降丝杠上。
上述的汽车零部件力学性能试验机中电动作动缸的本体前后侧面分别设有一个耳轴，且该两个耳轴分别位于两块电动作动缸安装板上开设的弧形孔中。
上述的汽车零部件力学性能试验机还包括电动作动缸用吊装支架，该吊装支架固定安装与安装平台上并通过钢丝绳与电动作动缸连接。
上述的汽车零部件力学性能试验机中工件夹具上可活动安装有若干位移传感器固定支架，移传感器可活动安装于位移传感器固定支架上。
本发明采用模块化的设计，适用范围较广，适合不同汽车零部件的力学性能的检测，能够实现多个方向，多个角度，不同温度，不同湿度，不同材质的汽车零部件的力学性能的检测。采用高精准度和承受温度范围宽泛的压力传感器和位移传感器，并且能够保证在某个区域受力，同时布置多个传感器监测其他区域的变形量。能够几乎完成整套汽车零部件试验大纲中的检测项目，提高设备利用率，减少测试资源反复投入，满足各类型汽车零部件测试需求，降低汽车零部件结构设计研发成本。
附图说明
图1是本发明的汽车零部件力学性能试验机立体结构示意图；
图2是本发明的安装平台结构示意图；
图3是图2的左视图；
图4是图3中A处局部放大图；
图5是本发明的电动作动缸加载控制系统的立体结构示意图；
图6是本发明的电动作动缸加载控制系统的主视图；
图7是本发明的电动作动缸加载控制系统的左视图；
图8是本发明的压力传感器机构示意图；
图9是本发明的工件夹具结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步说明。
请参阅图1～9，一种汽车零部件力学性能试验机，该试验机通过上位机(图中未示出)控制，上位机的软件对设备进行保护并且对测试的实验需求进行输入，实现测试任务所要求的不同温度、湿度、不同材质制成的不同结构特征的汽车零部件的力学性能方面的测试。试验机安装于环境箱(图中未示出)，环境箱中安装有与上位机连接的环境控制系统，环境控制系统包括温度控制模块和湿度控制模块。环境箱可选择12立方米步入式温湿度交变环境箱，该环境箱可以作为一个独立的模块，可以和力学测试设备结合使用，用于评价汽车零部件材料在不同的温度、湿度环境下的力学性能，同时也可以作为一个独立的模块，用于汽车零部件材料的环境存储试验，该环境箱内的温度范围为-40℃～120℃，湿度范围为20％～98％，因而可以模拟汽车零部件在实况环境下，高温、常温以及低温下力学性能的结果。
试验机包括安装平台1、电动作动缸加载控制系统2、葫芦架3、工件夹具4以及测量系统5；
安装平台1上表面设有若干条垂直交错的横截面为倒T型的滑槽11。
电动作动缸加载控制系统2包括电动作动缸安装支架21、电动作动缸22、电动作动缸控制模块(图中未示出)和升降机构23；
电动作动缸安装支架21为门型还包括支架底板21a和支架加强板21b，电动作动缸安装支架21焊接于支架底板21a上表面，支架底板21a通过底部的T型块活动安装于滑槽11中并通过螺栓固定，支架加强板21b斜向安装且上端与电动作动缸安装支架21两侧连接，下端与支架底板21a连接；
电动作动缸22包括本体22a和位移部件22b，其中本体22a通过转轴22c夹装于两块电动作动缸安装板22d上并可作垂直方向旋转，本体22a前后侧面分别设有一个耳轴22e且该两个耳轴22e分别位于两块电动作动缸安装板22d上开设的弧度为90°的弧形孔22f中，利用弧形孔22f的限位可以实现电动作动缸22在0°～90°的角度调整，这样可以实现对汽车零部件不同方向的安装点的强度和刚度测试，电动作动缸控制模块安装于电动作动缸22的本体22a上并与上位机连接；
升降机构23包括两个垂直地面地安装于电动作动缸安装支架21内的升降丝杆23a、安装于电动作动缸安装支架21利用齿轮与传动升降丝杠23a啮合的传动轴23b和安装于传动轴23b一端的手轮23c，手轮23c与传动轴23b间可选用行星齿轮进行助力；两块电动作动缸安装板22d分别安装于升降丝杠23a上；
葫芦架3安装1安装平台1上并通过钢丝绳与电动作动缸22连接，葫芦架3作用是辅助电动作动缸22进行升降与角度旋转的调整，通过松紧钢丝提升和释放电动作动缸22，降低手动操作难度；
工件夹具4至少有一个并可活动安装于安装平台1上，本实施例中包括两个工件夹具4并利用底部的T型块活动安装于滑槽11中并用螺栓固定，每一关工件夹具4上安装有两个可上下活动的位移传感器固定支架41，本实施例中位移传感器固定支架41为表面设有安装槽的板材。
测量系统5包括与上位机连接的压力传感器51和若干位移传感器52；压力传感器51安装于电动作动缸22的位移部件22b的端部，可用于对测试过程中样件监测点处的受力变化情况进行跟踪，本实施例采用的是Honeywell压力传感器，能够在-40℃～120℃环境区间内都保持0.05级别精度，力量程为2000LBS和4000LBS，优选采用的压力传感器为柱形传感器，测试结果准确性较高；位移传感器52安装于位移传感器固定支架41上，本实施例采用BALLUFF配磁块，定位的精度可以达到0.01mm，位移传感器52能够监测到的位移变化量为0～100mm，可以同时使用10个位移传感器并同步信号采集，这样可以检测测试零件在受力环境下不同监测点处的位移变化情况，找出零件中刚度相对较弱的区域，进行优化设计。
上机位的软件部分主要两个方面：第一个方面，该试验机不仅在硬件方面对测试安全性进行保护，同时会通过软件程序进行保护，软件可以对压力传感器进行保护，通过输入最大力保护，这样将不会超过当前压力传感器最大量程。另外，软件将会输入两次确认保护，人机交互界面将会进行两次提醒，这样安全性将会得到保证。第二个方面，主要对测试项目需求的输入，目前软件主要能够控制的力学测试模式有：PID控制，位置控制，频率控制等测试模式。可以通过软件控制加载力的斜率(可以动态加载，可以瞬间加载)、加载力的幅值、加载力保护时间、力零点稳定时间、位移的变化斜率、疲劳试验中频率变化。软件控制可以根据上述的测试模式进行需求的输入，从而实现对电动作动缸体的位移、速度的精确控制，并且最后可以对数据采集系统得到的反馈值进行加载曲线的呈现，从加载曲线上，我们可以得到在力加载过程中，监测点处力和位移随着时间的变化关系图，从而读取到我们想要的数据结果。
本发明采用模块化的设计思路，适用范围较广，适合不同汽车零部件的力学性能的检测，能够实现多个方向，多个角度，不同温度，不同湿度，不同材质的汽车零部件的力学性能的检测。步入式环境箱可以实现温度，湿度的控制，能够实现温度、湿度和力学同时控制的综合测试条件，能够更加真实的模拟实际工况下汽车零部件的力学性能，优于单一的测试环境条件。采用高精准度和承受温度范围宽泛的压力传感器和位移传感器，并且能够保证在某个区域受力，同时布置多个传感器监测其他区域的变形量。能够几乎完成整套汽车零部件试验大纲中的检测项目，提高设备利用率，减少测试资源反复投入，满足各类型汽车零部件测试需求，降低汽车零部件结构设计研发成本。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (9)
1.一种汽车零部件力学性能试验机，该试验机通过上位机控制，其特征在于，所述试验机包括安装平台、电动作动缸加载控制系统、工件夹具和测量系统；
所述电动作动缸加载控制系统包括电动作动缸安装支架、电动作动缸、电动作动缸控制模块和升降机构；所述电动作动缸包括本体和位移部件，其中本体通过转轴夹装于两块电动作动缸安装板上并可垂直方向转动，所述电动作动缸控制模块安装于本体上并与上位机连接，所述电动作动缸安装板安装于所述升降机构上并可上下运动，所述升降机构安装于所述电动作动缸安装支架内；
所述工件夹具至少有一个并可活动安装于所述安装平台上；
所述测量系统包括与上位机连接的压力传感器和若干位移传感器；所述压力传感器安装于电动作动缸的位移部件上，所述位移传感器安装于所述工件夹具上。
2.如权利要求1所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述试验机安装于环境箱中，该环境箱中安装有与所述上位机连接的环境控制系统。
3.如权利要求2所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述环境控制系统包括温度控制模块和湿度控制模块。
4.如权利要求1所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述安装平台设有若干条垂直交错的滑槽，所述滑槽的横截面选自倒T型、梯形和楔形中的一种，所述电动作动缸安装支架和所述工件夹具底部设有与该滑槽相适配的安装块。
5.如权利要求4所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述电动作动缸安装支架还包括支架底板和支架加强板；
所述电动作动缸安装支架底部焊接于所述安装平台上；
所述支架底板可活动安装于所述安装平台上；
所述支架加强板斜向安装且上端与所述电动作动缸安装支架两侧连接，下端与所述支架底板连接。
6.如权利要求1所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述升降机构包括两个垂直地面地安装于所述电动作动缸安装支架内的升降丝杆、安装于所述电动作动缸安装支架上与所述升降丝杠通过齿轮啮合的传动轴和安装于所述传动轴一端的手轮；两块所述电动作动缸安装板并分别安装于两个所述升降丝杠上。
7.如权利要求6所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述电动作动缸的本体前后侧面分别设有一个耳轴，且该两个耳轴分别位于两块电动作动缸安装板上开设的弧形孔中。
8.如权利要求1所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，还包括电动作动缸用吊装支架，该吊装支架固定安装与所述安装平台上并通过钢丝绳与所述电动作动缸连接。
9.如权利要求1所述的汽车零部件力学性能试验机，其特征在于，所述工件夹具上可活动安装有若干位移传感器固定支架，所述移传感器可活动安装于位移传感器固定支架上。
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