CN111380684A - 一种变速操纵机构疲劳性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，主要由主动端和被动端组成，所述主动端与被动端通过软轴相连，所述主动端包括换挡电机、选档电机、换挡旋转支架、连接模块、螺纹滚珠丝杆和滑台，所述选档电机的输出端与螺纹滚珠丝杆相连，所述螺纹滚珠丝杆与滑台相连，所述滑台与换挡电机、换挡旋转支架相连，所述换挡电机的输出端与换挡旋转支架相连，所述换挡旋转支架通过连接模块与操纵器的操纵杆相连；所述被动端包括气液阻尼缸和连接支架，所述气液阻尼缸通过活塞杆与连接支架的一端相连，所述连接支架的另一端通过软轴与安装在主动端的操纵器相连。本发明的优点是可靠性高、稳定性强，便于操作。

Description

一种变速操纵机构疲劳性能试验装置

技术领域

本发明涉及一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，属于疲劳性能验证设备领域。

背景技术

据了解，手动变速操纵机构的主要任务是传递驾驶员作用在手柄上的力到变速箱内部，进而改变传动比，使得发动机工作在最佳状态，同时通过变速来适应不同的驾驶路况要求。在车辆行驶过程中，变速操纵机构频繁动作，导致其易出现金属件疲劳断裂现象，因此，变速操纵机构在出厂时都要进行疲劳性能测试。采用变速操纵机构疲劳性能试验台架进行疲劳性能测试时，要将变速操纵机构的换挡杆自由端与驱动机构固定，由驱动机构带动换挡杆进行选档和换挡动作，整个变速操纵机构工作时承受两个方向的作用力，同时其内部构件需要将操纵杆作用力转换到软轴上，这其中零件的寿命是非常关键的技术考核指标。在研发阶段需要将零件的材料选取和尺寸控制在合理的范围内，对于主流的变速操纵器而言，其内部不仅仅是两个方向的杠杆，而是经过了多个位置矢量转换后将作用力输出，所以仅仅靠对单个零件的疲劳寿命验证并不足以反映整体结构的疲劳寿命。因此，为了验证操纵机构整体的多轴疲劳寿命，需要设计一种自动化程度高、易于操作控制的疲劳试验装置，同时该试验装置具有多种传感器参数输出，可以在满足主要载荷的基本条件下，大幅实现试验过程的简化，明显改善试验设备的可维护性，进而大幅减少试验成本和研制周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种自动化程度高、易于操作控制的变速操纵机构疲劳性能试验装置。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，主要由主动端和被动端组成，所述主动端与被动端通过软轴相连，所述主动端包括换挡电机、选档电机、换挡旋转支架、连接模块、螺纹滚珠丝杆和滑台，所述选档电机的输出端与螺纹滚珠丝杆相连，所述螺纹滚珠丝杆与滑台相连，所述滑台与换挡电机、换挡旋转支架相连，所述换挡电机的输出端与换挡旋转支架相连，所述换挡旋转支架通过连接模块与操纵器的操纵杆相连；所述被动端包括气液阻尼缸和连接支架，所述气液阻尼缸通过活塞杆与连接支架的一端相连，所述连接支架的另一端通过软轴与安装在主动端的操纵器相连。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，所述连接模块是由多块侧板首尾相连形成的框架结构，所述框架结构具有L形空腔和矩形空腔；所述L形空腔内设置有操纵杆固定块、选档传动杆和换挡传动杆，所述操纵杆固定块具有操纵杆穿孔；所述选档传动杆上设有选档力传感器，所述选档传动杆的一端与L形腔的内壁固定相连，另一端与操纵杆固定块固定相连；所述换挡传动杆上设有换挡力传感器，所述换挡传动杆的一端与L形腔的内壁连接，另一端通过活动铰链与操纵杆固定块活动连接；在所述矩形空腔的上方设有旋转支架连接模块，所述旋转支架连接模块具有换挡旋转支架穿孔。

优选地，所述滑台设于直线导轨上并可沿直线导轨移动，所述直线导轨安装在支座上，所述支座内部中空，所述螺纹滚珠丝杆设置于支座的中空内部。

优选地，所述滑台上安装有联轴器固定板，所述联轴器固定板内安装有联轴器，所述联轴器的一端连接换挡旋转支架，另一端连接减速机，所述减速机安装在换挡电机的输出端。

上述结构中，换挡电机通过减速机驱动固定在联轴器固定板上的联轴器进行小幅度旋转，联轴器再驱动换挡旋转支架进行周期性的水平单摆运动以实现换挡动作，然后换挡旋转支架通过连接模块将单摆运动的作用力传递至操纵器的的操纵杆以带动操纵杆进行周期性的摆动以实现换挡动作，换挡旋转支架通过旋转支架连接模块进行连接；选档电机借助安装在支座内部的螺纹滚珠丝杆驱动滑台在直线导轨上运动；操纵器的操纵杆固定在操纵杆固定块上，中间采用活动铰链16连接，运动过程中选档力传感器和换挡力传感器输出动态信号。

优选地，所述操纵器安装在产品固定架上，所述产品固定架包括两对称布置的侧板以及可升降地设置在两侧板之间的活动台板，所述活动台板上制有与台架升降丝杆相配合的螺孔，所述台架升降丝杆的上端设有丝杆把手。

优选地，所述连接支架包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块与第二滑块块之间通过连接杆固定连接，所述第一滑块、第二滑块可滑动地设置在滑轨上，所述第一滑块通过活塞杆与带进气口的气液阻尼缸连接，所述第二滑块与软轴固定连接。

优选地，在所述气液阻尼缸与活塞杆的连接处设有压力传感器。

上述结构中，软轴在被动端采用固定支架进行固定，气液阻尼缸提供稳定的被动载荷，通过进气口向气液阻尼缸提供高压气体，待测产品通过软轴驱动连接支架在滑轨上沿直线运动，同时连接支架带动活塞杆做直线运动，气液阻尼缸受到活塞杆挤压或扩张，相应地其内部高压气体的压力发生变化，压力传感器输出动态信号。

优选地，所述气液阻尼缸有两台，两台气液阻尼缸的驱动方向相反，且均与第一滑块相连。

优选地，所述软轴上套有软轴护管接头，所述软轴护管接头设置在被动端固定支架上。

优选地，所述软轴有两根，所述软轴与操纵器的外壳相连接。

本发明主要包括主动端和被动端，主动端使用两台交流伺服电机驱动，被动端使用气液阻尼缸驱动，换挡电机和选档电机固定在同一台架上，选档电机借助螺纹关注丝杆实现选档方向的操作，换挡电机连接减速机实现换挡方向大扭矩的输出，同时在电机连接的输出机构(即换挡旋转支架)与操纵器操纵杆之间的Y方向与X方向分别安装选档力传感器和换挡力传感器，以采集选档、换挡作用力，被动端借助气液阻尼缸实现变速操纵器稳定运行。

本发明的优点是可靠性高、稳定性强，便于操作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中主动端的主视图。

图3为本发明中主动端的俯视图。

图4为本发明中连接模块部分的俯视图。

图5为本发明中被动端的俯视图。

图6为本发明中被动端的主视图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例1

如图1至图6所示，一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，具有多种传感器信号输出，便于采集变速操纵器的操纵杆和软轴被动端的信号输出。该试验装置主要由一个主动端和两个被动端组成，主动端与被动端之间通过软轴相连，软轴有两根，软轴的一端连接主动端的操纵器，另一端连接被动端。其中，主动端包括换挡电机1、减速机2、联轴器固定架3、联轴器4、换挡旋转支架5、连接模块6、丝杆把手7、选档电机8、支座9、直线导轨10、螺纹滚珠丝杆、滑台11、产品固定架12、台架升降丝杆13、选档力传感器14(采用德国Tecsis F2801传感器)、操纵杆固定块15、换挡力传感器17(采用德国Tecsis F2801传感器)和旋转支架连接模块18，换挡旋转支架5通过连接模块6与操纵器的操纵杆相连，换挡电机1、选档电机8均采用交流伺服电机，选档电机8、支座9和产品固定支架12均安装在主动端底板上；被动端包括气液阻尼缸19、压力传感器21(采用德国Tecsis F2801传感器)、连接支架23和滑轨24，气液阻尼缸19通过活塞杆22与连接支架23的一端相连，连接支架23的另一端通过软轴与位于主动端的操纵器相连，连接支架23滑动设于滑轨24上，气液阻尼缸19和滑轨24均安装在被动端底板上，主动端底板和被动端底板均安装在工作台上。

如图4所示，连接模块6是由五块侧板首尾相连形成的框架结构，框架结构中设有一隔板，该隔板将框架结构的中空内部划分为L形空腔和矩形空腔。L形空腔内设置有操纵杆固定块15、选档传动杆和换挡传动杆，操纵杆固定块15与操纵器的操纵杆固定连接。操纵杆固定块15具有操纵杆穿孔，该穿孔与操纵器的操纵杆相配合，以便操纵杆穿过操纵杆固定块15并与其固定连接。选档传动杆上设有选档力传感器14，选档传动杆的一端与L形腔的内壁固定相连，另一端与操纵杆固定块15固定相连；换挡传动杆上设有换挡力传感器17，换挡传动杆的一端与L形腔的内壁固定连接，另一端通过活动铰链16与操纵杆固定块15活动连接。在矩形空腔的上方设有旋转支架连接模块18，该旋转支架连接模块18具有换挡旋转支架穿孔，该穿孔与换挡旋转支架5相配合，以便换挡旋转支架5穿过旋转支架连接模块18并与其固定连接。选档力传感器14、换挡力传感器17均用于输出操纵器手柄端的信号。

选档电机8的输出端与螺纹滚珠丝杆的一端固定连接，以输出旋转扭矩，螺纹滚珠丝杆的另一端通过传动机构与可移动的滑台11传动连接，传动机构可将选档电机8输出的旋转运动转换为直线往复运动。传动机构包括套在螺纹滚珠丝杆上的螺母，该螺母与螺纹滚珠丝杆之间设置有滚珠且可沿螺纹滚珠丝杆移动，同时该螺母与滑台11之间通过连接轴固定连接。支座9呈长方体形，其内部中空，螺纹滚珠丝杆设置于支座9的中空内部，在支座9的上表面两侧设有两根沿X方向平行设置的直线导轨10，滑台11设于直线导轨10上并可沿直线导轨10移动，在支座9的顶面设有一滑槽，使得传动机构可以在滑槽内移动，以带动滑台11沿直线导轨10作直线往复运动。滑台11上安装有近似U形的联轴器固定板3，联轴器固定板3内安装有联轴器4，该联轴器4的一端连接换挡旋转支架5的下端，另一端连接减速机2，减速机2安装在换挡电机1的输出端。

操纵器安装在产品固定架12上。产品固定架12包括两对称布置的侧板以及可升降地设置在两侧板之间的活动台板，该侧板通过螺栓安装在主动端底板上，操纵器安装于活动台板上并可随活动台板升、降。活动台板具有用于安装操纵器的U形腔，活动台板上位于U形腔处设有矩形板，该矩形板与活动台板通过螺钉固定连接，矩形板具有用于安装操纵器的方形腔，在方形腔和矩形腔的内壁上制有螺纹，整个操纵器通过螺纹固定在活动台板上。活动台板上制有与台架升降丝杆13相配合的螺孔，台架升降丝杆13上设有外螺纹，其上端设有丝杆把手7。转动丝杆把手7，使得台架升降丝杆13带动活动台板升、降，进而带动操纵器上下移动，实现操纵器的高度调整。

连接支架23包括第一滑块和第二滑块，第一滑块与第二滑块块之间通过连接杆固定连接，第一滑块、第二滑块可滑动地设置在滑轨24上。每个被动端有两台气液阻尼缸19，两台气液阻尼缸19的驱动方向相反，但是均通过活塞杆22与第一滑块相连，每台气液阻尼缸19上设有进气口20，高压气体通过进气口20进入气液阻尼缸19，并在每台气液阻尼缸19与活塞杆22的连接处设有压力传感器21，压力传感器21用于输出软轴被动端的动态作用力，输出软轴被动端的压力信号。第二滑块与软轴的一端固定连接，软轴的另一端连接操纵器的外壳。在软轴上靠近被动端处套有软轴护管接头，软轴护管接头设置在被动端固定支架25上，并通过锁片将软轴护管接头固定在动端固定支架25的凹槽内，软轴护管接头保证软轴前端一段保持直线状态，避免其内部索芯弯曲，造成疲劳断裂。被动端固定支架25通过安装螺钉安装在被动端底板上，在被动端底板上制有呈长条形的槽孔，该槽孔与安装螺钉配合连接并且安装螺钉可在槽孔内移动，这样就可以调整被动端固定支架25的安装位置。

试验时，选档电机8带动螺纹滚珠丝杆转动，螺纹滚珠丝杆转动时可以带动套在其上的传动机构运动，将选档电机8输出的旋转运动变为沿X方向的平移运动，使得滑台11沿X方向作直线运动，进而通过安装在滑台11上的换挡装置、换挡旋转支架5和连接模块6推动操纵器的操纵杆进行选档运动；换挡电机1输出的旋转运动通过减速机2减速后变为周期性的单摆运动，再通过联轴器4驱动换挡旋转支架5也作周期性的单摆运动，进而推动操纵器的操纵杆进行换挡运动，换挡电机1和减速机2实现了换挡方向的大扭矩和相对低速转动。同时，在连接模块6与操纵杆固定块15之间安装选档力传感器14和换挡力传感器17，用于采集试验过程中操纵杆所受到的选档力和换挡力，输出变速操纵器操纵杆的信号。试验过程中，被动端借助气液阻尼缸19进行缓冲，为主动端提供稳定的被动载荷，使操纵器在稳定的载荷下运动。

试验过程中，两台交流伺服电机的运转速度可调整，这就大大缩短了试验周期，能够产生较大的经济效益。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：主要由主动端和被动端组成，所述主动端与被动端通过软轴相连，所述主动端包括换挡电机（1）、选档电机（8）、换挡旋转支架（5）、连接模块（6）、螺纹滚珠丝杆和滑台（11），所述选档电机（8）的输出端与螺纹滚珠丝杆相连，所述螺纹滚珠丝杆与滑台（11）相连，所述滑台（11）与换挡电机（1）、换挡旋转支架（5）相连，所述换挡电机（1）的输出端与换挡旋转支架（5）相连，所述换挡旋转支架（5）通过连接模块（6）与操纵器的操纵杆相连；所述被动端包括气液阻尼缸（19）和连接支架（23），所述气液阻尼缸（19）通过活塞杆（22）与连接支架（23）的一端相连，所述连接支架（23）的另一端通过软轴与安装在主动端的操纵器相连。

2.根据权利要求1所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述连接模块（6）是由多块侧板首尾相连形成的框架结构，所述框架结构具有L形空腔和矩形空腔；所述L形空腔内设置有操纵杆固定块（15）、选档传动杆和换挡传动杆，所述操纵杆固定块（15）具有操纵杆穿孔；所述选档传动杆上设有选档力传感器（14），所述选档传动杆的一端与L形腔的内壁固定相连，另一端与操纵杆固定块（15）固定相连；所述换挡传动杆上设有换挡力传感器（17），所述换挡传动杆的一端与L形腔的内壁连接，另一端通过活动铰链（16）与操纵杆固定块（15）活动连接；在所述矩形空腔的上方设有旋转支架连接模块（18），所述旋转支架连接模块（18）具有换挡旋转支架穿孔。

3.根据权利要求2所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述滑台（11）设于直线导轨（10）上并可沿直线导轨（10）移动，所述直线导轨（10）安装在支座（9）上，所述支座（9）内部中空，所述螺纹滚珠丝杆设置于支座（9）的中空内部。

4.根据权利要求3所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述滑台（11）上安装有联轴器固定板（3），所述联轴器固定板（3）内安装有联轴器（4），所述联轴器（4）的一端连接换挡旋转支架（5），另一端连接减速机（2），所述减速机（2）安装在换挡电机（1）的输出端。

5.根据权利要求4所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述操纵器安装在产品固定架（12）上，所述产品固定架（12）包括两对称布置的侧板以及可升降地设置在两侧板之间的活动台板，所述活动台板上制有与台架升降丝杆（13）相配合的螺孔，所述台架升降丝杆（13）的上端设有丝杆把手（7）。

6.根据权利要求5所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述连接支架（23）包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块与第二滑块块之间通过连接杆固定连接，所述第一滑块、第二滑块可滑动地设置在滑轨（24）上，所述第一滑块通过活塞杆（22）与带进气口（20）的气液阻尼缸（19）连接，所述第二滑块与软轴固定连接。

7.根据权利要求6所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：在所述气液阻尼缸（19）与活塞杆（22）的连接处设有压力传感器（21）。

8.根据权利要求7所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述气液阻尼缸（19）有两台，两台气液阻尼缸（19）的驱动方向相反，且均与第一滑块相连。

9.根据权利要求8所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述软轴上套有软轴护管接头，所述软轴护管接头设置在被动端固定支架（25）上。

10.根据权利要求9所述一种变速操纵机构疲劳性能试验装置，其特征在于：所述软轴有两根，所述软轴与操纵器的外壳相连接。

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