CN112268821B - 一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置及测试方法，包括：箱体，密闭设置；板簧固定支架，固定设置在箱体内，待测试板簧的一端与板簧固定支架固定连接，另一端与板簧固定支架活动连接；固定组件，固定连接在所述待测试板簧的中部；温度控制系统和温度传感器，安装在所述箱体内；第一载荷加载系统，与所述固定组件连接并可相对固定组件转动，可在待测试板簧的厚度方向和/或长度方向上施加载荷；第二载荷加载系统，与所述固定组件连接，至少在待测试板簧的宽度方向上施加载荷。本发明可模拟板簧在实际装车工况的高低温环境中所受到的各种方向的力，更客观地评价复合材料板簧的疲劳寿命，提高复合材料板簧的可靠性。

Description

一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于板簧检测技术领域，具体地说，涉及一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置及测试方法。

背景技术

汽车轻量化是实现节能减排的有效途径与手段。据相关研究资料显示，汽车质量每减小50kg，则每升燃油行驶的距离可增加1km，若质量减小10％，则燃油经济性可提高5.5％左右。复合材料板簧比等效钢制变截面少片板簧减重50％以上，比等效多片钢制板簧减重75％，减重效果相比其它汽车零部件十分明显。另外相比于传统的钢制板簧而言，复合材料板簧的安全断裂性提高了可靠性，疲劳寿命也更高。随着汽车轻量化政策的进一步实施，汽车用复合材料板簧的应用及发展前景十分可观。

现有的复合材料板簧制造技术多是通过叠层热压、RTM成型或者缠绕成型实现，这种特殊的成型方式决定了复合材料板簧各个方向性能的不一致，这与普通钢板弹簧材料的各向同性有很大差别，即复合材料板簧是各向异性的。此外，汽车板簧在实际路况中会经历不同的运动状态，即会受到不同方向力的作用。这些力的作用主要包括起伏路况的上跳、下压、制动以及加、减速过程中对板簧跨度方向的挤压，所产生的板簧跨度方向的“S”变形；还有汽车转向时所受到的侧倾力，使板簧产生横向的侧倾变形。因此板簧受力情况并非单一，比较复杂。板簧在受到各种交变力的反复作用下，会在局部位置产生疲劳裂纹并扩展，对于复合材料层压材料则更易产生分层，最终导致其失效。

复合材料板簧在实际使用中，势必会面临环境温度的问题，环境温度的变化会使得复合材料内部结构产生破坏，导致复合材料自身的性能下降，而其疲劳寿命也会受到影响。低温环境条件下会使得复合材料板簧基体脆性增加，而基体模量也随之增加。另外，纤维、树脂低温下收缩率不同也会影响界面摩擦力和粘接性连接作用的大小,从而影响界面的粘接强度；而高温环境条件下时，则会使得基体产生橡胶态，复合材料板簧会发生蠕变，树脂与纤维的结合处也会发生变化，致使其黏结强度下降，从而使得复合材料板簧的性能发生变化。

目前的钢板弹簧测试体系，大多是通过垂直方向的位移和载荷得到板簧的刚度以及垂直循环载荷作用下的疲劳寿命，但这种测试方式用于评价测试复合材料板簧的性能并不全面，难以预判复合材料板簧是否能够满足整车的要求，往往在整车路试过程中以失败而告终。

公开号为CN106092552A的中国专利公开了一种汽车纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，包括一基板；一待测试板簧；对称设置在基板顶面两侧的一对导轨；一对设置在导轨上且与导轨构成移动副的滑动件，导轨与滑动件之间设置有相配合的位移测量装置；安装在滑动件上的支撑部件支撑待测试板簧，载荷加载系统的输出杆通过夹板连接在待测试板簧的中部，输出杆的中轴线垂直于测试基准面。该方案通过测量板簧的横向位移，利用弦长修正板簧刚度，测试复合材料板簧的性能。

公开号为CN106289745A的中国专利公开了一种复合材料板簧高低温疲劳和侧倾性能测试台架，包括实验箱体、温度控制系统、驱动机构、压力杆和温度传感器；所述实验箱体内通过升降机构安装有板簧支撑横梁，所述板簧支撑横梁的位置与压力杆相配合，板簧支撑横梁上设置有一对板簧夹持支架，板簧夹持支架与板簧支撑横梁相配合具有两个板簧夹持位置，两个所述的板簧夹持位置分别为水平夹持位置和竖直夹持位置。该方案也仅是对复合材料板簧进行垂直方向加压，测试其疲劳性能。对于侧倾性能的测试为单点载荷施加，不足以模拟实际路况中板簧受到的侧倾力。

因此，现有测试装置中，一方面，对复合材料板簧的测试为单点单方向载荷施加，不能同时在多个方向加载负荷，不足以模拟实际路况中板簧受到的多个方向的压力；另一方面，现有的测试装置中，板簧两端的卷耳均是固定在可以滑动的小车上进行测试，与板簧实际装车状况差异较大，不能客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置及测试方法。本发明中复合材料板簧的安装完全模拟板簧实际装车状况，能够更客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命，本发明的测试装置能够在三维方向施加载荷，可通过不同方向力的单独加载或组合加载对复合材料板簧施加循环载荷，能够模拟复合材料板簧高低温环境下、在实际装车工况中所受到的力，更客观地评价复合材料板簧的疲劳寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的第一目的是提供一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，包括：

箱体，密闭设置且具有透明可视窗；

板簧固定支架，固定设置在所述箱体内，待测试板簧的一端与板簧固定支架固定连接，另一端与板簧固定支架活动连接；固定组件，固定连接在所述待测试板簧的中部；

温度控制系统，安装在所述箱体内；

温度传感器，安装在所述箱体内并与温度控制系统电连接；

第一载荷加载系统，与所述固定组件连接并可相对固定组件转动，在待测试板簧的厚度方向和/或长度方向上施加载荷；

第二载荷加载系统，与所述固定组件连接，至少在待测试板簧的宽度方向上施加载荷。

进一步的方案，所述板簧固定支架包括横梁，所述横梁的至少一端与所述箱体的内壁固定连接；待测试板簧与横梁的长度方向一致，一端与横梁固定连接，另一端与横梁活动连接；

优选的，所述的待测试板簧位于横梁的下方，一端与横梁固定连接，另一端与横梁铰接连接。

进一步的方案，所述横梁上设置有固定安装部和活动安装部，所述的固定安装部包括设置在横梁一端下侧的挂耳，与板簧一端的卷耳固定连接；所述的活动安装部包括铰链安装架，铰链安装架的一端与横梁连接，另一端与板簧一端的卷耳铰接；

优选的，所述横梁上沿长度方向设有多个固定孔，所述铰链安装架的一端通过固定孔与横梁连接。

进一步的方案，所述第一载荷加载系统包括第一输出连接杆和第一加载装置，所述第一输出连接杆的一端与固定组件可转动连接，另一端与第一加载装置可转动连接。

进一步的方案，包括两个并列设置的第一输出连接杆，两个第一输出连接杆的下端分别与固定组件的两侧转动连接，两个第一输出连接杆的上端之间设有固定横轴；所述第一加载装置与固定横轴连接并可围绕固定横轴转动。

进一步的方案，所述第二载荷加载系统位于板簧在宽度方向上的一侧，包括第二输出连接杆、第二加载装置和连接架，所述连接架的一端与固定组件固定连接，另一端与第二输出连接杆转动连接，所述第二输出连接杆与第二加载装置固定连接。

进一步的方案，所述连接架包括相互垂直设置的第一杆和第二杆，所述第一杆的一端与固定组件固定连接，另一端与第二杆的中部固定连接；第二输出连接杆包括两个且并列设置，两个第二输出连接杆分别与第二杆的两端可转动连接，并与第二加载装置固定连接。

进一步的方案，所述的第一杆上套设有旋转法兰，所述旋转法兰可围绕第一杆转动，所述的第一输出连接杆的下端与旋转法兰固定连接；

优选的，所述旋转法兰和第一杆上设有相配合的定位孔，通过固定件依次穿过相配合的定位孔将旋转法兰和第一杆固定。

温度控制系统，安装在所述箱体内，可以对箱体内进行加热或者降温，以便于在设定的温度下对复合材料板簧进行测试。温度控制系统可以采用现有技术中任意的能够实现温度调节功能的装置和控制系统。

温度传感器，安装在所述箱体内并与温度控制系统电连接，检测箱体内的温度并传递信号给温度控制系统，以便于温度控制系统控制温度达到设定温度。

本发明中，温度范围为-40℃～+100℃。

本发明的第二目的是提供一种如上任意一种方案或者组合方案所述的纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置的测试方法，通过控制第一载荷加载系统、第二载荷加载系统的开启/关闭、方向、施加载荷的大小、频率，对待测试板簧加载单独方向或者不同方向组合的力，温度传感器检测到箱体内的温度并将信号传递给温度控制系统，温度控制系统调节箱体内的温度，对待测试板簧进行性能测试。

进一步的方案，通过调整第一输出连接杆的方向、第一加载装置与第一输出连接杆之间的角度，控制第一载荷加载系统在待测试板簧的长度方向和厚度方向上加载的力，通过第二载荷加载系统调整在待测试板簧的宽度方向上加载的力，进行性能测试。

进一步的方案，模拟不同工况的测试方法包括：

满载载荷工况：调整第一加载装置和第一输出连接杆均与横梁的长度方向垂直，温度控制系统控制箱体内的温度至设定温度，控制第一加载装置在待测试板簧的厚度方向上施加载荷；

转弯侧倾时载荷工况：调整第一加载装置和第一输出连接杆均与横梁的长度方向垂直，温度控制系统控制箱体内的温度至设定温度，控制第一加载装置在待测试板簧的厚度方向上施加载荷；同时，控制第二加载装置在待测试板簧的宽度方向上施加载荷；

制动减速时/启动加速时的载荷工况：调整第一输出连接杆与横梁的长度方向垂直，顺时针/逆时针调整第一加载装置，使第一加载装置与第一输出连接杆之间的角度为45°；温度控制系统控制箱体内的温度至设定温度，然后控制第一加载装置施加载荷。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置可在X、Y、Z三维方向(板簧的厚度、宽度、长度方向)进行协同加载测试；可通过不同方向力的单独加载或组合加载，对复合材料板簧施加循环载荷，再配合温度控制系统，能够模拟板簧在高低温环境下的实际装车工况中所受到的各个方向的力，用来评价复合材料板簧的疲劳寿命。尤其是能够模拟复合材料板簧在高低温环境下满载，转向以及紧急刹车、启动、加减速的极限工况条件下而进行疲劳测试，能够尽量真实客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命。

2、不同于传统板簧疲劳寿命测试过程中板簧两端固定在两个滑动小车的方式，本发明中复合材料板簧的安装完全模拟板簧实际装车状况，一端固定连接，另一端采用铰链连接，预留受力延展空间，能够更客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命。

3、本发明的纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置采用载荷控制方式，不但能够检测复合材料板簧的制造质量，还能反映出复合材料板簧在整车实际路况中的强度匹配情况。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明纵置复合材料板簧性能测试装置的结构示意图，其中仅示出箱体的侧壁；

图2是本发明纵置复合材料板簧性能测试装置在满载载荷工况或转弯侧倾工况下的结构示意图；

图3是本发明纵置复合材料板簧性能测试装置在制动、减速工况的结构示意图；

图4是图3另一视角的结构示意图(未完全安装，且仅示出箱体的侧壁)；

图5是本发明纵置复合材料板簧性能测试装置在启动、加速工况的结构示意图。

图中：10箱体，11连接件；

20横梁，21挂耳，22铰链安装架，23侧板，24连接销，25连接杆，26固定孔；

30板簧，40固定组件；

50第一载荷加载系统，51第一输出连接杆，52第一加载装置，53固定横轴，54第一旋转法兰，55第一加载连接杆；

60第二载荷加载系统，61第二输出连接杆，62第二加载装置，63连接架，64第一杆，65第二杆，66第二旋转法兰，67连接法兰，68第二加载连接杆，70温度传感器。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

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，或一体地连接；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。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。

汽车在行驶过程中由于路况不同，板簧所受到的力也比较复杂。尤其是在车辆制动、启动或加减速时车轮产生的力作用于板簧上,使板簧产生纵向跨度方向的“S”变形，此时板簧不仅受到垂直方向力作用，还同时受到纵向力的作用；在车辆转弯时，在离心力的作用下，车轮产生的力作用于板簧上，使板簧产生横向侧倾变形，此时板簧则是受到垂直及横向力的共同作用。而现有钢板弹簧或复合材料板板簧只做简单的上下受力疲劳台架试验，并且台架试验比较简单,加之复合材料板簧本身的各向异性特点，更需要模拟复合材料板簧在车辆行驶过程中所受到的载荷的状况，有必要对复合材料板簧的疲劳台架设备进行重新设计，从而更真实地反映复合材料板簧在实际路况中的性能及寿命。

参考图1-图5，本发明提供一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，包括：

箱体10，密闭设置且具有透明可视窗；

板簧固定支架，固定设置在所述箱体10内，待测试板簧30的一端与板簧固定支架固定连接，另一端与板簧固定支架活动连接；

固定组件40，固定连接在所述待测试板簧的中部；

温度控制系统，安装在所述箱体10内；

温度传感器70，安装在所述箱体10内并与温度控制系统电连接；第一载荷加载系统50，与所述固定组件40连接并可相对固定组件40转动，在待测试板簧的厚度方向和/或长度方向上施加载荷；

第二载荷加载系统60，与所述固定组件40连接，至少在待测试板簧的宽度方向上施加载荷。

本发明中箱体10上设有门体，门体关闭后，整个箱体10封闭设置。箱体10的一侧设置有透明可视窗，便于在测试过程中进行观察。

待测试的板簧安装在板簧固定支架上以便进行测试。所述板簧固定支架包括横梁20，所述横梁20的至少一端与所述箱体10的内壁固定连接；待测试板簧的长度方向与横梁20的长度方向一致，一端与横梁20固定连接，另一端与横梁20活动连接。

所述的横梁20为条形结构，横梁20可以一端与箱体10的内壁固定连接，另一端悬空设置，可以达到固定效果。或者，横梁20的两端均与箱体10内壁固定连接，例如，横梁20的两端可以分别固定在箱体10相对的两个内壁上，实现更好的固定支撑效果。

横梁20的长度方向与安装的箱体10内壁的表面垂直设置。横梁20的一端或者两端可以通过连接件11与箱体10内壁固定连接。连接件11可以为直角连接件11，直角连接件11上相垂直的两个面分别与横梁20和箱体10内壁固定连接，从而使横梁20与箱体10内壁的表面垂直并固定。

待测试板簧与横梁20的长度方向一致且位于横梁20下方，待测试板簧的两端的卷耳一个与横梁20固定连接，另一个与横梁20铰接连接。安装后，待测试板簧的中央部位的位置最低，便于在待测试板簧的中央部位安装固定组件40，便于对板簧施力。

进一步的方案，所述横梁20上设置有固定安装部和活动安装部，所述的固定安装部包括设置在横梁20一端下侧的挂耳21，与板簧一端的卷耳固定连接；所述的活动安装部包括铰链安装架22，铰链安装架22的一端与横梁20连接，另一端位于横梁20下方并与板簧一端的卷耳铰接。

横梁20的一端或两端固定，将横梁20设有挂耳21的一端认为与车辆行驶方向同向，设有铰链安装架22的一端认为与车辆行驶方向相反。将待测试的复合材料板簧的一端卷耳固定到与车辆行驶方向同向的挂耳21上，另一端卷耳固定到与车辆行驶方向相反的铰链安装架22上。如此，复合材料板簧的安装可以完全模拟板簧实际的装车状况，测试时能够更客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命。

具体的，铰链安装架22包括两个相对设置的侧板23，两个侧板23在其长度方向上的两端分别设有孔，两个侧板23上同一端位置相对应的两个孔由同一连接销24穿过并固定。铰链安装架22还包括连接杆25，所述连接杆25一端可以与横梁20固定，另一端与两个侧板23的转动连接。如此，两个侧板23一端与连接杆25转动连接，另一端的连接销24可以穿过两侧板23上相对应的孔以及板簧一端的卷耳，卷耳可相对连接销24活动，如此将板簧的端部与铰链安装架22铰接连接，预留了板簧受力延展的空间，更好地模拟板簧实际的装车状况。

另外，所述横梁20上沿长度方向间隔设有多个固定孔26，所述铰链安装架22的连接杆25的一端通过固定孔26与横梁20连接。也就是说，可以根据板簧的长度，可以选择将铰链安装架22中连接杆25的一端与横梁20上合适位置的固定孔26固定连接，从而能够适合测试不同长度的复合材料板簧。

采用上述方案，使本发明的板簧的安装方式与传统板簧疲劳寿命测试过程中板簧两端固定在两个滑动小车上的方式不同，本发明中复合材料板簧的安装完全模拟板簧实际装车状况，即一端固定，另一端采用铰链连接，如此能够更客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命。

为了使测试装置能够在三维方向进行协同加载测试，通过不同方向力的单独加载或组合加载对复合材料板簧施加循环载荷，本发明的测试装置包括在不同方向上施加载荷的第一载荷加载系统50和第二载荷加载系统60。第一载荷加载系统50可在待测试板簧的厚度方向和/或长度方向上施加载荷；第二载荷加载系统60可在待测试板簧的宽度方向上施加载荷。

本发明中待测试板簧的厚度方向是指当板簧安装在汽车上时(或者水平放置时)的竖直方向，本发明中也称为X方向；长度方向为板簧的纵向方向，即为板簧安装在汽车上时的前后方向，本发明中也称为Z方向；宽度方向为板簧的横向方向，即为板簧安装在汽车上时的左右方向，本发明中也称为Y方向。

本发明中，所述第一载荷加载系统50包括第一输出连接杆51和第一加载装置52，所述第一输出连接杆51的一端与固定组件40可转动连接，另一端与第一加载装置52可转动连接。

固定组件40可以为板簧固定夹板，固定在待测试板簧的中部。板簧固定夹板包括上夹板和下夹板，上夹板和下夹板之间通过板簧固定螺栓进行固定，将板簧固定在上夹板和下夹板之间。上夹板和下夹板上可以设置通孔或安装孔，用于与第一载荷加载系统50以及第二载荷加载系统60连接。第一载荷加载系统50位于板簧的上方或者在板簧长度方向上的一侧，第二载荷加载系统60位于板簧宽度方向的一侧。

作为一种具体的方案，第一载荷加载系统50包括两个并列设置的第一输出连接杆51，两个第一输出连接杆51的下端分别与固定组件40的两侧转动连接，两个第一输出连接杆51的上端延伸至横梁20上方，且上端之间设有固定横轴53；所述第一加载装置52与固定横轴53连接并可围绕横轴转动。

两个第一输出连接杆51可以与固定横轴53一体成型设置，也可以与固定横轴53通过连接件11固定连接。第一加载装置52包括第一旋转法兰54和第一加载连接杆55，第一加载连接杆55固定在第一旋转法兰54上或者一体成型，第一加载连接杆55的轴线与第一旋转法兰54的轴线相垂直；第一旋转法兰54套设在固定横轴53上，并可以围绕固定横轴53转动，从而实现第一加载装置52与第一输出连接杆51之间的位置和角度的调整，便于施加不同方向的力。进一步的，所述第一旋转法兰54和固定横轴53上设有相配合的定位孔(图上未示出)，在调整了第一加载装置52相对固定横轴53的旋转角度后，可以通过固定件依次穿过相配合的定位孔将第一旋转法兰54和固定横轴53固定，便于施力。

基于固定组件40与板簧的位置相固定，而两个第一输出连接杆51的下端分别与固定组件40的两侧转动连接，同时第一加载装置52与固定横轴53连接并可围绕横轴转动，如此便实现了第一输出连接杆51可以相对板簧在竖直平面内转动，同时第一加载装置52可以相对第一输出连接杆51在竖直平面内转动。在测试时，可以根据需要调整第一输出连接杆51的位置，以及第一加载装置52与第一输出连接杆51之间的角度来控制施加载荷的方向。例如，当第一输出连接杆51和第一加载装置52均竖直设置，便能够仅在测试板簧的厚度方向(X方向)上施加作用力；而当第一输出连接杆51竖直设置，第一加载装置52顺时针或者逆时针转动时，第一加载装置52与第一输出连接杆51之间形成一定的角度，如此施加的载荷便具有朝向厚度方向和长度方向(X和Z向)的分解力。

进一步的方案，所述第二载荷加载系统60位于板簧在宽度方向上的一侧，包括第二输出连接杆61、第二加载装置62和连接架63，所述连接架63的一端与固定组件40固定连接，另一端与第二输出连接杆61转动连接，所述第二输出连接杆61与第二加载装置62固定连接。

进一步的方案，所述连接架63包括相互垂直设置的第一杆64和第二杆65，形成T型结构；第一杆64为T型的竖杆，第二杆65为T型的横杆。所述第一杆64的一端与固定组件40固定连接，另一端与第二杆65的中部固定连接；第二输出连接杆61包括两个且并列设置，两个第二输出连接杆61分别与第二杆65的两端可转动连接，并与第二加载装置62固定连接。

第二加载装置62包括连接法兰67和第二加载连接杆68，第二加载连接杆68固定在连接法兰67上或者一体成型，第二加载连接杆68的轴线与连接法兰67的轴线相垂直。连接法兰67的中心的两侧分别与两个第二输出连接杆61的一端固定。第二加载装置62与第二输出连接杆61可以一体成型，也可以固定连接。两个第二输出连接杆61延伸的端部分别与连接架63的第二杆65(T型的横杆)的两端旋转连接。例如，两个第二输出连接杆61延伸的端部设有轴孔和限位结构，第二杆65的两端分别插入到轴孔中，第二加载装置62和第二输出连接杆61可以围绕第二杆65转动。如此，通过第二加载装置62与第二杆65之间的角度，可以控制加载的力仅施加宽度方向的力，或者施加的力具有竖直方向和宽度方向的分解力。

进一步的，所述的第一杆64上套设有第二旋转法兰66，所述第二旋转法兰66可围绕第一杆64转动，所述的第一输出连接杆51的下端与第二旋转法兰66固定连接。所述第二旋转法兰66和第一杆64上设有相配合的定位孔(未示出)，通过固定件依次穿过相配合的定位孔将第二旋转法兰66和第一杆64固定。当调整第一输出连接杆51的旋转角度和位置后，可以利用固定件和定位孔来固定第一输出连接杆51的位置。

第一载荷加载系统50可以单独加载在厚度方向(X向)或长度方向的力(Z向)的力，或者同时施加X向和Z向的力。第二载荷加载系统60可以仅施加在板簧宽度方向上的力(Y方向)，或者也可以同时施加在厚度方向和宽度方向的力(Y向和X向)。如此，可以单独控制第一载荷加载系统50或第二载荷加载系统60施加载荷，也可以同时控制第一载荷加载系统50和第二载荷加载系统60协同施加载荷，便能够实现在多个不同方向上对板簧进行测试，还能够配合改变频率来模拟板簧在实际装车的各种不同工况中所受到的力，从而更客观地评价复合材料板簧的疲劳寿命。

本发明中，第一加载装置52和第二加载装置62可以均采用伺服液压驱动装置，自带压力传感器和位移传感器。

所述的温度控制系统安装在所述箱体10内(图中未示出)，可以对箱体10内部空间进行加热或者降温，以便于在设定的温度下对复合材料板簧进行测试。温度控制系统可以采用现有技术中任意的能够实现温度调节功能的装置和控制系统。

所述的温度传感器70安装在所述箱体10内并与温度控制系统电连接，检测箱体10内的温度并传递信号给温度控制系统，以便于温度控制系统控制温度达到设定温度。温度传感器70可以安装在箱体10内任意合适的位置，例如可以设置在横梁20上，或者箱体10的内侧壁上。

本发明中，进行测试的温度范围为-40℃～+100℃。

本发明还提供一种如上任意一种方案或者组合方案所述的纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置的测试方法，通过控制第一载荷加载系统50、第二载荷加载系统60的开启/关闭、方向、施加载荷的大小、频率，对待测试板簧加载单独方向或者不同方向组合的力，温度传感器70检测到箱体10内的温度并将信号传递给温度控制系统，温度控制系统调节箱体10内的温度，对待测试板簧进行性能测试。

进一步的方案，通过调整第一输出连接杆51的方向、第一加载装置52与第一输出连接杆51之间的角度，控制第一载荷加载系统50在待测试板簧的长度方向和厚度方向上加载的力，通过第二载荷加载系统60调整在待测试板簧的宽度方向上加载的力，进行性能测试。

进一步的方案，模拟不同工况的测试方法包括：

满载载荷工况：调整第一加载装置52和第一输出连接杆51均与横梁20的长度方向垂直，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度，控制第一加载装置52在待测试板簧的厚度方向上施加载荷；

转弯侧倾时载荷工况：调整第一加载装置52和第一输出连接杆51均与横梁20的长度方向垂直，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度，控制第一加载装置52在待测试板簧的厚度方向上施加载荷；同时，控制第二加载装置62在待测试板簧的宽度方向上施加载荷；

制动减速时/启动加速时的载荷工况：调整第一输出连接杆51与横梁20的长度方向垂直，顺时针/逆时针调整第一加载装置52，使第一加载装置52与第一输出连接杆51之间的角度为45°；温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度，然后控制第一加载装置52施加载荷。

具体的，本发明的装置能够测试的具体工况包括但不限于以下几种：

1、满载载荷工况耐温疲劳测试

当进行复合材料板簧的满载载荷工况疲劳测试时，由于只受到垂直方向力的作用，此时仅施加连续、循环的X向力(竖直方向，即板簧的厚度方向)即可。疲劳测试过程中就时刻观察复合材料板簧状况，若复合材料板簧出现裂纹、分层或断裂等情况，即可停止试验，同时记录其循环次数，即为复合材料板簧的疲劳寿命，或者试验的循环次数达到要求,而板簧未出现裂纹、分层或断裂等情况，则可停止相应试验。

参考图2所示，具体实施方法是：调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)呈直线连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)竖直设置，也就是第一加载装置52和第一输出连接杆51均与横梁20垂直。调整完毕后，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度(例如设定温度为100℃)，通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)向板簧施加上述连续、循环的X向力。此时试验载荷范围为：满载载荷±(上跳极限载荷-满载载荷)，频率范围为0.1-3Hz，测试温度范围为-40℃～+100℃(例如在100℃下测试)。

复合材料板簧满载载荷工况耐温疲劳寿命结果判定方法：

疲劳测试过程中时刻观察复合材料板簧状况，若在试验过程中，疲劳试验次数超过3.0×10⁵次时，所测试的复合材料板簧总成没有出现裂纹、分层、断裂或者板簧垂向刚度下降8％以上任一情况时，即为所述供试板簧总成达到疲劳寿命，可停止测试；

若在试验过程中，疲劳试验次数未超过3.0×10⁵次时，所测试的复合材料板簧总成出现裂纹、分层、断裂或者板簧垂向刚度下降8％以上任一情况，则判定该复合材料板簧总成未达到疲劳寿命，停止测试，并记录复合材料板簧相关试验结果。

复合材料板簧垂向刚度测试方法：

载荷的最大值设置为汽车纵置复合材料板簧满载载荷的2倍，并通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)对复合材料板簧施加连续的、平滑的X向力。

具体方法为：调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)处于同一直线连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)使其竖直设置，也就是与横梁20垂直。

利用伺服液压驱动装置自带的位移传感器和压力传感器，板簧得到竖向位移-载荷曲线，通过计算机数值拟合得到横载荷-位移曲线,该曲线的斜率即为汽车纵置复合材料板簧的刚度值。疲劳测试过程中每隔1.0×10⁴次，测试一次复合材料板簧刚度，观察并记录刚度的变化。

2、转弯工况耐温疲劳测试

当进行复合材料板簧的转弯工况耐温疲劳测试时，由于此时受到垂直方向及侧向力的作用，此时应同时施加连续、循环的X向力及Y向力。疲劳测试过程中应时刻观察复合材料板簧状况，若复合材料板簧出现裂纹、分层或断裂等情况，即可停止试验，同时记录其循环次数，即为复合材料板簧的疲劳寿命，或者试验的循环次数达到要求,而板簧未出现裂纹、分层或断裂等情况，则可停止相应试验。

参考图2所示，具体实施方法是：调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)呈直线连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)竖直设置，也就是第一加载装置52和第一输出连接杆51均与横梁20垂直。调整完毕后，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度(例如设定温度为-40℃)，通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)向板簧施加上述连续、循环的X向力；与此同时，通过第二加载装置62(Y向伺服液压驱动装置)向板簧施加Y向力即可实现复合材料板簧转弯工况下耐温疲劳的模拟测试。此时X向试验载荷范围为：满载载荷±(上跳极限载荷-满载载荷)，频率为0.1-3Hz；Y向试验载荷范围为：1.5倍满载载荷±(上跳极限载荷-1.5倍满载载荷)，频率为0.1-3Hz。测试温度范围为-40℃～+100℃(例如设定温度为-40℃)。

复合材料板簧转弯工况耐温疲劳寿命结果判定方法：

疲劳测试过程中时刻观察复合材料板簧状况，若在试验过程中，疲劳试验次数超过3.0×10⁵次时，所测试的复合材料板簧总成没有出现裂纹、分层、断裂或者板簧垂向刚度下降8％以上任一情况时，即为所述供试板簧总成达到疲劳寿命，可停止测试；

若在试验过程中，疲劳试验次数未超过3.0×10⁵次时，所测试的复合材料板簧总成出现裂纹、分层、断裂或者板簧垂向刚度下降8％以上任一情况，则判定该复合材料板簧总成未达到疲劳寿命，停止测试，并记录复合材料板簧相关试验结果。

复合材料板簧垂向刚度测试方法：

载荷的最大值设置为汽车纵置复合材料板簧满载载荷的2倍，并通过X、Z向伺服液压驱动装置对复合材料板簧施加连续的、平滑的X向力。

具体方法为：调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)处于同一直线连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)使其竖直设置，也就是与横梁20垂直。

利用伺服液压驱动装置自带的位移传感器和压力传感器，板簧得到竖向位移-载荷曲线，通过计算机数值拟合得到横载荷-位移曲线,该曲线的斜率即为汽车纵置复合材料板簧的刚度值。疲劳测试过程中每隔1.0×10⁴次，测试一次复合材料板簧刚度，观察并记录刚度的变化。

3、紧急刹车、启动、加减速工况下耐温性疲劳测试

当进行复合材料板簧的紧急刹车、启动、加减速工况下耐温性疲劳测试时，由于此时受到垂直方向(X向)及Z向力的作用，此时应同时施加连续、循环的X向力及Z向力。X向力、Z向力通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)施加载荷的分解获得。保持第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)垂直于板簧位置，顺、逆时针旋转第一加载装置52得到不同的加载角度，对其进行施压可分解为X向及Z向两方向力，得到X、Z向力同时作用于板簧的效果。变换加载角度可得到不同的X向及Z向加载载荷，角度变换范围为0-90度。此时试验载荷范围为：满载载荷±(上跳极限载荷-满载载荷)，频率范围为0.1-3Hz。测试温度范围为-40℃～+100℃。

本发明可模拟复合材料板簧的两种“S”变形工况，即制动、减速工况及启动、加速工况下的耐温疲劳测试。具体实施方法是：

(1)参考图3和图4所示，制动、减速工况“S”变形疲劳测试：顺时针调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)呈45度连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)使其与Z向垂直，也就是与板簧垂直。调整完毕后，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度，通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)向板簧施加上述连续、循环载荷。

(2)参考图5所示，启动、加速工况“S”变形疲劳测试：逆时针调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)呈45度连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)使其与Z向垂直，也就是竖直设置。调整完毕后，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度，通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)向板簧施加上述连续、循环载荷。

复合材料板簧紧急刹车、启动、加减速工况下耐温疲劳寿命结果判定方法：

疲劳测试过程中时刻观察复合材料板簧状况，若在试验过程中，疲劳试验次数超过3.0×10⁵次时，所测试的复合材料板簧总成没有出现裂纹、分层、断裂或者板簧垂向刚度下降8％以上任一情况时，即为所述供试板簧总成达到疲劳寿命，可停止测试；

若在试验过程中，疲劳试验次数未超过3.0×10⁵次时，所测试的复合材料板簧总成出现裂纹、分层、断裂或者板簧垂向刚度下降8％以上任一情况，则判定该复合材料板簧总成未达到疲劳寿命，停止测试，并记录复合材料板簧相关试验结果。

复合材料板簧垂向刚度测试方法：

载荷的最大值设置为汽车纵置复合材料板簧满载载荷的2倍，并通过X、Z向伺服液压驱动装置对复合材料板簧施加连续的、平滑的X向力。

具体方法为：调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)处于同一直线连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)使其竖直设置，也就是与横梁20垂直。

利用伺服液压驱动装置自带的位移传感器和压力传感器，板簧得到竖向位移-载荷曲线，通过计算机数值拟合得到横载荷-位移曲线,该曲线的斜率即为汽车纵置复合材料板簧的刚度值。疲劳测试过程中每隔1.0×10⁴次，测试一次复合材料板簧刚度，观察并记录刚度的变化。

4、组合工况耐温疲劳测试

另外，这种汽车纵置复合材料板簧疲劳测试装置还可对疲劳测试周期进行分段设计，使其包含满载、侧倾及“S”变形疲劳测试中的任两种或三种的组合，使测试过程更加趋近复合材料板簧在实际路况中所经历的状况，能够极大地提高复合材料板簧的疲劳寿命检测结果的可靠性。

具体实施方法：下面以特殊的三向力同时加载测试工况为例进行举例说明。

起伏路减速转弯工况：顺时针调整第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)使其与第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)呈45度连接状态，调整第一输出连接杆51(X、Z向载荷输出连接杆)使其与Z向垂直，也就是竖直设置。调整完毕后，温度控制系统控制箱体10内的温度至设定温度，通过第一加载装置52(X、Z向伺服液压驱动装置)向板簧施加连续、循环载荷。载荷范围满载载荷±(上跳极限载荷-满载载荷)，频率范围为0.1-3Hz。与此同时，通过第二加载装置62(Y向伺服液压驱动装置)向板簧施加Y向力。载荷范围，1.5倍满载载荷±(上跳极限载荷-1.5倍满载载荷)，频率范围为0.1-3Hz。测试温度范围为-40℃～+100℃。

综上所述，本发明的纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置可在X、Y、Z三维方向进行协同加载测试；可通过不同方向力的单独加载或组合加载，对复合材料板簧施加循环载荷，配合温度控制系统能够模拟板簧在实际装车工况不同高低温环境中所受到的各个方向的力，能够更加客观的评价复合材料板簧的疲劳寿命。

不同于传统板簧疲劳寿命测试过程中板簧两端固定在两个滑动小车的方式，本发明中复合材料板簧的安装完全模拟板簧实际装车状况，一端采用铰链连接，能够更客观地反映复合材料板簧的疲劳寿命。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (7)

1.一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，其特征在于，包括：

箱体，密闭设置且具有透明可视窗；

板簧固定支架，固定设置在所述箱体内，所述板簧固定支架包括横梁，所述横梁的一端与所述箱体的内壁固定连接，另一端悬空设置；待测试板簧位于横梁的下方，一端与横梁固定连接，另一端与横梁活动连接；固定组件，固定连接在所述待测试板簧的中部；

温度控制系统，安装在所述箱体内；

温度传感器，安装在所述箱体内并与温度控制系统电连接；

第一载荷加载系统，与所述固定组件连接并可相对固定组件转动，在待测试板簧的厚度方向和/或长度方向上施加载荷；

第二载荷加载系统，与所述固定组件连接，至少在待测试板簧的宽度方向上施加载荷；

所述第一载荷加载系统，包括第一加载装置和两个并列设置的第一输出连接杆，两个第一输出连接杆的下端分别与固定组件的两侧转动连接，两个第一输出连接杆的上端之间设有固定横轴；所述第一加载装置与固定横轴连接并可围绕固定横轴转动；所述第一加载装置包括第一旋转法兰和第一加载连接杆，第一加载连接杆固定在第一旋转法兰上或者一体成型；第一旋转法兰套设在固定横轴上，并可以围绕固定横轴转动；所述第一旋转法兰和固定横轴上设有相配合的定位孔，在调整了第一加载装置相对固定横轴的旋转角度后，通过固定件依次穿过相配合的定位孔将第一旋转法兰和固定横轴固定；

所述第二载荷加载系统位于板簧在宽度方向上的一侧，包括第二输出连接杆、第二加载装置和连接架，所述连接架的一端与固定组件固定连接，另一端与第二输出连接杆转动连接，所述第二输出连接杆与第二加载装置固定连接；所述连接架包括相互垂直设置的第一杆和第二杆，所述第一杆的一端与固定组件固定连接，另一端与第二杆的中部固定连接；第二输出连接杆包括两个且并列设置，两个第二输出连接杆分别与第二杆的两端可转动连接，并与第二加载装置固定连接；所述的第一杆上套设有旋转法兰，所述旋转法兰可围绕第一杆转动，所述的第一输出连接杆的下端与旋转法兰固定连接；所述旋转法兰和第一杆上设有相配合的定位孔，通过固定件依次穿过相配合的定位孔将旋转法兰和第一杆固定。

2.根据权利要求1所述的一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，其特征在于，待测试板簧的长度方向与横梁的长度方向一致，一端与横梁固定连接，另一端与横梁铰接连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，其特征在于，所述横梁上设置有固定安装部和活动安装部，所述的固定安装部包括设置在横梁一端下侧的挂耳，与板簧一端的卷耳固定连接；所述的活动安装部包括铰链安装架，铰链安装架的一端与横梁连接，另一端与板簧一端的卷耳铰接。

4.根据权利要求3所述的一种纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置，其特征在于，所述横梁上沿长度方向设有多个固定孔，所述铰链安装架的一端通过固定孔与横梁连接。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的纵置复合材料板簧耐温疲劳性能测试装置的测试方法，其特征在于，通过控制第一载荷加载系统、第二载荷加载系统的开启/关闭、方向、施加载荷的大小、频率，对待测试板簧加载单独方向或者不同方向组合的力，温度传感器检测到箱体内的温度并将信号传递给温度控制系统，温度控制系统调节箱体内的温度，对待测试板簧进行性能测试。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，通过调整第一输出连接杆的方向、第一加载装置与第一输出连接杆之间的角度，控制第一载荷加载系统在待测试板簧的长度方向和厚度方向上加载的力，通过第二载荷加载系统调整在待测试板簧的宽度方向上加载的力，进行性能测试。

7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，模拟工况的测试方法包括：

满载载荷工况：调整第一加载装置和第一输出连接杆均与横梁的长度方向垂直，温度控制系统控制箱体内的温度至设定温度，控制第一加载装置在待测试板簧的厚度方向上施加载荷；

转弯侧倾时载荷工况：调整第一加载装置和第一输出连接杆均与横梁的长度方向垂直，温度控制系统控制箱体内的温度至设定温度，控制第一加载装置在待测试板簧的厚度方向上施加载荷；同时，控制第二加载装置在待测试板簧的宽度方向上施加载荷；

制动减速时/启动加速时的载荷工况：调整第一输出连接杆与横梁的长度方向垂直，顺时针/逆时针调整第一加载装置，使第一加载装置与第一输出连接杆之间的角度为45°；温度控制系统控制箱体内的温度至设定温度，然后控制第一加载装置施加载荷。

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