CN110608876B - 一种自行车驱动系统负载模拟测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械测试设备技术领域，尤其涉及一种自行车驱动系统负载模拟测试装置。本发明提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置包括安装架和测试机构，安装架被配置为用于安装加载曲柄，测试机构包括驱动曲柄、驱动滑块、加载滑块、传动杆组和滑轨，驱动滑块与驱动曲柄转动连接，加载滑块与加载曲柄转动连接，驱动滑块和加载滑块均与传动杆组滑动连接，以使驱动曲柄转动时能够带动加载曲柄转动，传动杆组与滑轨滑动连接以使传动杆组沿竖直方向滑动，以对驱动滑块和加载滑块产生一个向下的作用力。该装置能够真实模拟自行车的骑行状态，以便于对自行车驱动系统零部件进行疲劳寿命分析，以更好地辅助自行车驱动系统的结构设计。

Description

一种自行车驱动系统负载模拟测试装置
技术领域
本发明涉及机械测试设备技术领域，尤其涉及一种自行车驱动系统负载模拟测试装置。
背景技术
自行车在骑行过程中，其驱动系统曲柄脚踏一直承受着骑行者的作用力，为了保证曲柄脚踏的结构强度满足设计要求，在自行车设计前期，需要模拟自行车骑行过程中曲柄脚踏的受力状况，并对曲柄脚踏进行疲劳测试，以便于对曲柄脚踏的强度及寿命进行分析计算，以辅助自行车驱动系统的结构设计。
现有的自行车驱动系统负载模拟测试装置，仅能够模拟曲柄脚踏的转动以测试曲柄脚踏的疲劳强度，而不能模拟在实际骑行中曲柄脚踏的受力状况，其模拟结果精度低，不能够很好地辅助自行车驱动系统的结构设计。
因此，亟待需要一种自行车驱动系统负载模拟测试装置以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自行车驱动系统负载模拟测试装置，能够真实模拟自行车的骑行状态，便于对自行车驱动系统零部件进行疲劳寿命分析，以更好地辅助自行车驱动系统的结构设计。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种自行车驱动系统负载模拟测试装置，自行车驱动系统包括加载曲柄，所述自行车驱动系统负载模拟测试装置包括：
安装架，被配置为用于安装所述加载曲柄；
测试机构，包括驱动曲柄、驱动滑块、加载滑块、传动杆组和滑轨，所述驱动滑块与所述驱动曲柄转动连接，所述加载滑块与所述加载曲柄转动连接，所述驱动滑块和所述加载滑块均与所述传动杆组滑动连接，以使所述驱动曲柄转动时能够带动所述加载曲柄转动；所述传动杆组与所述滑轨滑动连接以使所述传动杆组沿竖直方向滑动，以对所述驱动滑块和所述加载滑块产生向下的作用力。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述传动杆组包括呈夹角设置的第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆的两端分别与所述驱动滑块和所述加载滑块滑动连接以使所述驱动滑块和所述加载滑块均能够沿所述第一传动杆滑动，所述第二传动杆与所述滑轨滑动连接以使所述传动杆组沿竖直方向滑动。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述第一传动杆沿水平方向设置，所述第二传动杆沿竖直方向设置，所述第一传动杆和所述第二传动杆直接连接。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述驱动曲柄的长度与所述加载曲柄的长度相同。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述测试机构还包括驱动组件，所述驱动组件能够驱动所述驱动曲柄转动，以带动所述加载曲柄转动。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述驱动滑块上设置有第一导向孔，所述加载滑块上设置有第二导向孔，所述第一传动杆可滑动地穿设在所述第一导向孔和所述第二导向孔内。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述加载曲柄的数量为两个，两个所述加载曲柄固定连接，两个所述测试机构对称设置在所述安装架的两侧，每个所述测试机构的所述驱动曲柄与其同侧的所述加载曲柄传动连接。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，所述自行车驱动系统还包括链条、第一链轮和第二链轮，所述第一链轮与两个所述加载曲柄中的一个固定连接，所述安装架包括第一安装架和第二安装架，所述第一安装架被配置为用于安装所述加载曲柄，所述第二安装架被配置为用于安装所述第二链轮，所述第一链轮和所述第二链轮通过所述链条传动连接。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，还包括支架和张紧轮，所述支架设置在所述第一安装架和所述第二安装架之间，所述张紧轮可转动地设置在所述支架上，且所述张紧轮被配置为能够与所述链条相配合。
作为自行车驱动系统负载模拟测试装置的优选方案，还包括负载模拟单元，所述负载模拟单元的输出端与所述第二链轮固定连接，用于模拟所述第二链轮的阻尼力。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置，包括安装架和测试机构，安装架被配置为用于安装加载曲柄，测试机构包括驱动曲柄、驱动滑块、加载滑块、传动杆组和滑轨，驱动滑块与驱动曲柄转动连接，加载滑块与加载曲柄转动连接，驱动滑块和加载滑块均与传动杆组滑动连接，以使驱动曲柄转动时能够带动加载曲柄转动，传动杆组与滑轨滑动连接以使传动杆组沿竖直方向滑动，从而能够保证驱动滑块和加载滑块在转动过程中始终受到一个向下的作用力。该装置，能够真实模拟自行车的骑行状态，以便于对自行车驱动系统零部件进行疲劳寿命分析，以更好地辅助自行车驱动系统的结构设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置的结构示意图；
图2为本发明提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置的结构简图；
图3为本发明提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置的俯视图；
图4为本发明提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置的原理示意图。
附图标记：
100-加载曲柄；200-链条；300-第一链轮；400-第二链轮；500-中轴；
11-第一安装架；12-第二安装架；13-支架；14-支撑架；15-水平固定板；
21-驱动曲柄；22-驱动滑块；23-加载滑块；24-传动杆组；241-第一传动杆；242-第二传动杆；25-滑轨；26-驱动组件；27-驱动脚踏板；28-加载脚踏板；
3-张紧轮；
4-负载模拟单元。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或是本产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，或者用于区分不同结构或部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供了一种自行车驱动系统负载模拟测试装置，用于对自行车驱动系统进行负载模拟测试，其中，自行车驱动系统包括加载曲柄100。
如图1-图2所示，本实施例提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置包括安装架和测试机构，安装架被配置为用于安装加载曲柄100，测试机构包括驱动曲柄21、驱动滑块22、加载滑块23、传动杆组24和滑轨25，驱动滑块22与驱动曲柄21转动连接，加载滑块23与加载曲柄100转动连接，驱动滑块22和加载滑块23均与传动杆组24滑动连接，以使驱动曲柄21转动时能够带动加载曲柄100转动；传动杆组24与滑轨25滑动连接以使传动杆组24沿竖直方向滑动，以对驱动滑块22和加载滑块23产生向下的作用力，使驱动滑块22和加载滑块23在转动过程中始终受到一个向下的作用力，以更好地模拟脚踏力，以便于对自行车驱动系统零部件进行疲劳寿命分析，以更好地辅助自行车驱动系统的结构设。
优选地，传动杆组24包括呈夹角设置的第一传动杆241和第二传动杆242，第一传动杆241的两端分别与驱动滑块22和加载滑块23滑动连接，以使驱动滑块22和加载滑块23均能够沿第一传动杆241的延伸方向滑动，便于驱动曲柄21的转动带动加载曲柄100转动。第二传动杆242与滑轨25滑动连接以使传动杆组24沿竖直方向滑动，以对驱动滑块22和加载滑块23产生一个向下的作用力。
进一步地，第一传动杆241沿水平方向设置，第二传动杆242沿竖直方向设置，且第一传动杆241和第二传动杆242直接连接。该设置能够保证驱动滑块22和加载滑块23的运动轨迹相同，且加载滑块23的速度也与驱动滑块22的速度相同，便于通过控制驱动滑块22的速度以改变加载滑块23的速度。第一传动杆241能够保持水平设置，以保证对驱动曲柄21和加载曲柄100的等速控制，便于通过改变驱动曲柄21的转动速度以等同地改变加载曲柄100的转动速度。
在本实施例中，为了保证第一传动杆241能够沿水平方向设置，驱动曲柄21的长度和加载曲柄100的长度相同。具体而言，在本实施例中，测试机构还包括支撑架14，驱动曲柄21可转动地设置在支撑架14上，驱动曲柄21的转动中心与加载曲柄100的转动中心位于同一水平面上，以保证第一传动杆241保持水平设置。当然，在其他实施例中，驱动曲柄21的长度还可以是与加载曲柄100的长度不同，只要保证第一传动杆241与驱动滑块22和加载滑块23滑动连接后，在驱动曲柄21和加载曲柄100转动过程，第一传动杆241能够始终保持水平设置即可。
可选地，驱动滑块22上设置有第一导向孔，加载滑块23上设置有第二导向孔，第一传动杆241可滑动地穿设在第一导向孔和第二导向孔内，以便于第一传动杆241与驱动滑块22及加载滑块23的滑动连接。优选地，驱动滑块22的第一导向孔和加载滑块23的第二导向孔位于同一高度，以保证第一传动杆241水平设置。
进一步地，如图1所示，测试机构还包括驱动脚踏板27和加载脚踏板28，加载脚踏板28与加载曲柄100转动连接，驱动脚踏板27与驱动曲柄21转动连接，驱动滑块22固定设置在驱动脚踏板27上，以便于驱动滑块22的安装固定；加载滑块23固定设置在加载脚踏板28上，以便于加载滑块23的安装固定。
进一步地，如图1所示，测试机构还包括驱动组件26，驱动组件26能够驱动驱动曲柄21转动，以带动加载曲柄100转动。驱动组件26包括伺服电机，伺服电机的输出端与驱动曲柄21相连接，以驱动驱动曲柄21转动。采用双伺服电机联合驱动，能够实现对两个加载曲柄100施加周期性的模拟脚踏力，以更真实地模拟自行车驱动系统的受力状况。此外，还可以通过控制伺服电机的输出扭矩按设定的规律变化，以实现不同路况、不同载荷的模拟加载。
优选地，本实施例提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置还包括机架，滑轨25固定设置在机架上。进一步地，安装架和测试机构均设置在机架上。具体地，机架包括水平固定板15和竖直固定板(图中未示出)，安装架和测试机构均固定设置在水平固定板15上，滑轨25固定设置在竖直固定板上。
在本实施例中，滑轨25的延伸方向与第一传动杆241的延伸方向相垂直，即滑轨25的延伸方向与第二传动杆242的延伸方向相同，在驱动曲柄21和加载曲柄100转动过程中，第二传动杆242始终对第一传动杆241产生一个竖直向下的作用力，即对驱动曲柄21和加载曲柄100产生一个竖直向下的作用力，以更好地模拟脚踏力的方向。
优选地，如图3所示，两个测试机构对称设置在安装架的两侧，加载曲柄100的数量为两个，两个加载曲柄100固定连接，每个测试机构的驱动滑块22与其同侧的加载滑块23通过第一传动杆241传动连接。具体而言，自行车驱动系统还包括中轴500，两个加载曲柄100通过中轴500固定连接，中轴500可转动地设置在安装架上，且使两个加载曲柄100分别位于安装架的两侧，每个加载曲柄100上均设置有加载滑块23，加载滑块23与加载曲柄100转动连接。每个测试机构用于驱动一个加载曲柄100，测试机构的驱动滑块22与其同侧的加载滑块23通过第一传动杆241传动连接，以实现对两个加载曲柄100进行加载，真实模拟自行车的骑行状态。
优选地，如图1所示，自行车驱动系统还包括链条200、第一链轮300和第二链轮400，第一链轮300与两个加载曲柄100中的一个固定连接，安装架包括第一安装架11和第二安装架12，第一安装架11被配置为用于安装加载曲柄100，第二安装架12被配置为用于安装第二链轮400，第一链轮300和第二链轮400通过链条200传动连接。
进一步地，自行车驱动系统辅助模拟测试装置还包括负载模拟单元4，负载模拟单元4设置在第二安装架12上，负载模拟单元4的输出端与第二链轮400固定连接，通过辅助模拟单元能够设置第二链轮400转动的阻尼力，以更好地模拟骑行过程中，自行车驱动系统所受到的作用力。
优选地，自行车驱动系统辅助模拟测试装置还包括支架13和张紧轮3，支架13设置在第一安装架11和第二安装架12之间，张紧轮3可转动地设置在支架13上，且张紧轮3被配置为能够与链条200相配合。通过张紧轮3的设置，能够保证链条200张紧设置在第一链轮300和第二链轮400上，保证链条200传动的稳定性。
具体而言，在本实施例中，支架13设置在机架的水平固定板15上，张紧轮3与链条200的下半段相配合，并将链条200顶升起来，以张紧链条200，保证链条200传动的稳定性。
为了方便理解，以其中一侧的测试结构的工作过程进行说明，以说明本实施例提供的自行车驱动系统负载模拟测试装置的工作原理，具体如下：
如图1-图2所示，伺服电机驱动驱动曲柄21旋转，伺服电机可设定为输出扭矩按一定规律变化，驱动滑块22与驱动曲柄21的端部转动连接，同时，驱动滑块22与第一传动杆241之间是滑动约束，第二传动杆242与滑轨25之间是滑动约束，第二传动杆242与第一传动杆241垂直连接。传动杆组24在驱动滑块22以及滑轨25的作用下，沿一定方向平动，从而驱动另一端的加载滑块23运动，进一步带动加载曲柄100转动。此外，驱动曲柄21的长度和加载曲柄100的长度相同，因此驱动滑块22的运动轨迹与加载滑块23的运动轨迹一致，加载滑块23受传动杆组24的压力作用，驱动加载曲柄100运动，从而实现加载曲柄100的受力工况模拟。
如图3-图4所示，当右侧的驱动曲柄21转到垂直位置第三区域和第四区域的分界限，虽然右侧的伺服电机的输出扭矩为0，但在驱动曲柄21的惯性作用下，右侧的驱动曲柄21会继续旋转，绕过垂直位置，到达第四区域，这样，另左侧的驱动曲柄21到达第二区域，左侧伺服电机启动输出扭矩，按设定的规律输出，驱动左侧驱动曲柄21，再通过传动杆组24驱动加载曲柄100运动，实现一整圈的骑行模拟。
综上，当某一侧加载曲柄100处于第二区域或第三区域时，其相同一侧的伺服电机输出扭矩，另一侧的伺服电机不输出扭矩。当加载曲柄100转至第一区域或第四区域时，另一侧的伺服电机输出，这样轮流驱动，即实现的真实骑行的模拟。
其中自行车驱动系统的中轴500与链轮连接，通过链条200带动负载模拟单元4，负载模拟单元4可设定为根据不同路况不同上坡坡度等的负载。
伺服电机驱动扭矩与加载曲柄100上的扭矩的作用关系为：
Fv1＝Ft1*sin(θ1)；
Fv2＝Fv1；
Ft2＝Fv2*sin(θ2)；
θ1＝θ2；
L1＝L2；
T2＝Ft2*L2；
T2＝T1*sin(θ1)2。
其中，Ft1是驱动滑块22所受的力，Ft2是加载滑块23所受的力，θ1为驱动曲柄21与竖直方向的夹角，θ2为加载曲柄100与竖直方向的夹角，T1为伺服电机驱动扭矩，T2为加载在中轴500上(即加载曲柄100上)的模拟骑行扭矩。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种自行车驱动系统负载模拟测试装置，自行车驱动系统包括加载曲柄(100)，其特征在于，所述自行车驱动系统负载模拟测试装置包括：
安装架，被配置为用于安装所述加载曲柄(100)；
测试机构，包括驱动曲柄(21)、驱动滑块(22)、加载滑块(23)、传动杆组(24)和滑轨(25)，所述驱动滑块(22)与所述驱动曲柄(21)转动连接，所述加载滑块(23)与所述加载曲柄(100)转动连接，所述驱动滑块(22)和所述加载滑块(23)均与所述传动杆组(24)滑动连接，以使所述驱动曲柄(21)转动时能够带动所述加载曲柄(100)转动；所述传动杆组(24)与所述滑轨(25)滑动连接以使所述传动杆组(24)沿竖直方向滑动，以对所述驱动滑块(22)和所述加载滑块(23)产生向下的作用力；
所述传动杆组(24)包括呈夹角设置的第一传动杆(241)和第二传动杆(242)，所述第一传动杆(241)的两端分别与所述驱动滑块(22)和所述加载滑块(23)滑动连接以使所述驱动滑块(22)和所述加载滑块(23)均能够沿所述第一传动杆(241)滑动，所述第二传动杆(242)与所述滑轨(25)滑动连接以使所述传动杆组(24)沿竖直方向滑动。
2.根据权利要求1所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，所述第一传动杆(241)沿水平方向设置，所述第二传动杆(242)沿竖直方向设置，所述第一传动杆(241)和所述第二传动杆(242)直接连接。
3.根据权利要求2所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，所述驱动曲柄(21)的长度与所述加载曲柄(100)的长度相同。
4.根据权利要求3所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，所述测试机构还包括驱动组件(26)，所述驱动组件(26)能够驱动所述驱动曲柄(21)转动，以带动所述加载曲柄(100)转动。
5.根据权利要求4所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，所述驱动滑块(22)上设置有第一导向孔，所述加载滑块(23)上设置有第二导向孔，所述第一传动杆(241)可滑动地穿设在所述第一导向孔和所述第二导向孔内。
6.根据权利要求1-5任一项所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，所述加载曲柄(100)的数量为两个，两个所述加载曲柄(100)固定连接，两个所述测试机构对称设置在所述安装架的两侧，每个所述测试机构的所述驱动曲柄(21)与其同侧的所述加载曲柄(100)传动连接。
7.根据权利要求6所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，所述自行车驱动系统还包括链条(200)、第一链轮(300)和第二链轮(400)，所述第一链轮(300)与两个所述加载曲柄(100)中的一个固定连接，所述安装架包括第一安装架(11)和第二安装架(12)，所述第一安装架(11)被配置为用于安装所述加载曲柄(100)，所述第二安装架(12)被配置为用于安装所述第二链轮(400)，所述第一链轮(300)和所述第二链轮(400)通过所述链条(200)传动连接。
8.根据权利要求7所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，还包括支架(13)和张紧轮(3)，所述支架(13)设置在所述第一安装架(11)和所述第二安装架(12)之间，所述张紧轮(3)可转动地设置在所述支架(13)上，且所述张紧轮(3)被配置为能够与所述链条(200)相配合。
9.根据权利要求8所述的自行车驱动系统负载模拟测试装置，其特征在于，还包括负载模拟单元(4)，所述负载模拟单元(4)的输出端与所述第二链轮(400)固定连接，用于模拟所述第二链轮(400)的阻尼力。
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