CN113029783B - 一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，属于汽车零部件试验技术领域。钢板弹簧二自由度加载台架试验设备包括车架夹具、车桥夹具和钢板弹簧，车桥夹具固定连接在钢板弹簧上，钢板弹簧活动连接在车架夹具上；钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括垂向加载机构、纵向加载机构和垂向固定机构，垂向加载机构用于将垂向载荷加载至车架夹具从而加载至钢板弹簧上，纵向加载机构用于将纵向载荷加载至车桥夹具上从而加载在钢板弹簧上，垂向固定机构的一端转动连接在车桥夹具上，另一端转动设置。该加载台架试验设备有效解耦垂向和纵向的运动干涉，保证两个方向的加载准确性。

Description

一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备

技术领域

本发明涉及汽车零部件试验技术领域，尤其涉及一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备。

背景技术

钢板弹簧是汽车悬架系统中应用最广泛的弹性元件之一，是把车辆的车身与车轮弹性连接的重要部件，传递作用在车轮与车身之间的力和力矩，并能缓和由不平路面传递给车身的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的振动，保证车辆正常行驶。

由于钢板弹簧垂向变形大，导致对钢板弹簧进行二自由度加载时，两个方向的运动干涉较大，影响试验加载的准确性。因此，多数钢板弹簧试验台均为单向试验台，即单独做垂向或者纵向试验。但是，单向试验台只能验证单一工况，对钢板弹簧S变形等复杂工况的验证不足；无法完全采用实车载荷谱加载，无法进行台架试验与道路试验当量转换。现有的一些运动干涉解耦方法，多数采用加长杆的方法，尽量减少两个方向的运动干涉，但并没有进行非常有效的机械解耦。

发明内容

本发明的目的在于提出一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，该加载台架试验设备有效解耦垂向和纵向的运动干涉，保证两个方向的加载准确性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，包括车架夹具、车桥夹具和钢板弹簧，所述车桥夹具固定连接在所述钢板弹簧上，所述钢板弹簧活动连接所述车架夹具上；所述钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括垂向加载机构、纵向加载机构和垂向固定机构，所述垂向加载机构用于将垂向载荷加载至所述车架夹具从而加载至所述钢板弹簧上，所述纵向加载机构用于将纵向载荷加载至所述车桥夹具上从而加载在所述钢板弹簧上，所述垂向固定机构的一端转动连接在所述车桥夹具上，另一端转动设置。

可选地，所述垂向固定机构包括固定拉杆、固定底座和第一关节轴承，所述固定拉杆的两端分别通过所述第一关节轴承连接在所述固定底座和所述车桥夹具上。

可选地，所述纵向加载机构包括纵向加载臂、第二关节轴承、纵向加载作动器和第一固定支座，所述纵向加载臂与所述车桥夹具固定连接，所述纵向加载作动器通过所述第二关节轴承与所述纵向加载臂连接，所述纵向加载作动器远离所述纵向加载臂的一端固定设置在所述第一固定支座上。

可选地，所述垂向加载机构包括垂向加载作动器和垂向加载座，所述垂向加载作动器的输出端连接在所述垂向加载座上，所述垂向加载座固定设置在所述车架夹具上。

可选地，所述垂向加载机构还包括第一球轴承和导向组件，所述第一球轴承分别与所述垂向加载作动器和所述垂向加载座连接，所述导向组件用于导向所述车架夹具沿垂直方向运动。

可选地，所述导向组件包括导轨和滑块，所述车架夹具通过第二固定支座连接在所述滑块上，所述导轨设置在第三固定支座上，所述导轨的长度方向沿垂直方向设置，所述滑块与所述导轨滑动连接。

可选地，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括U型螺栓，所述车桥夹具通过所述U型螺栓固定连接在所述钢板弹簧上。

可选地，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括前支架和后支架，所述车架夹具的两端分别固定连接所述前支架和所述后支架，所述钢板弹簧的两端分别活动连接所述前支架和所述后支架。

可选地，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括吊环，所述吊环的一端转动连接在所述钢板弹簧上，另一端转动连接在所述前支架和所述后支架上。

可选地，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括龙门支架，所述垂向加载机构设置在所述龙门支架上。

本发明相对于现有技术的有益效果：本发明的加载台架试验设备利用垂向加载机构将垂向载荷加载至车架夹具上，从而将垂向载荷加载至钢板弹簧上，实现模拟车桥相对车架跳动时对钢板弹簧的受力情况；利用纵向加载机构将纵向载荷加载至车桥夹具上，从而将纵向载荷加载至钢板弹簧上，实现模拟车辆制动和加速时对钢板弹簧的受力情况；重要地，当纵向加载机构将纵向载荷加载至钢板弹簧上时，由于垂向固定机构的一端转动连接在车桥夹具上，另一端可转动设置，则垂向固定机构保证了纵向加载机构的加载点不在垂直方向发生运动。综上可知，本发明通过上述机械机构，有效了解耦垂向和纵向的运动干涉，保证了两个方向的加载准确性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备的正视图；

图2是本发明具体实施方式提供的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备的结构示意图；

图3是图2标记为A的放大示意图；

图4是图2标记为B的放大示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备包括龙门支架的结构示意图。

附图标记：

100-车架夹具，200-车桥夹具，300-钢板弹簧；1-垂向加载机构，11-垂向加载作动器，111-第三球轴承，12-垂向加载座，13-第一球轴承，14-导向组件，141-导轨，142-滑块，15-第二固定支座，16-第三固定支座；2-纵向加载机构，21-纵向加载臂，22-第二关节轴承，23-纵向加载作动器，231-第二球轴承，24-第一固定支座；3-垂向固定机构，31-固定拉杆，32-固定底座，33-第一关节轴承，34-第三关节轴承；4-U型螺栓，5-前支架，6-后支架，7-吊环，8-龙门支架。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，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。

下面参考图1-图5描述本发明实施例的钢板弹簧300二自由度加载台架试验设备的具体结构。

提前说明的是，车架夹具100模拟实况的车架，车桥夹具200模拟实况的车桥；垂向方向与纵向方向呈90°夹角。

如图1、2和图5所示，本实施例提供了一种钢板弹簧300二自由度加载台架试验设备，包括车架夹具100、车桥夹具200和钢板弹簧300，车桥夹具200固定连接在钢板弹簧300上，钢板弹簧300活动连接车架夹具100上；钢板弹簧300二自由度加载台架试验设备还包括垂向加载机构1、纵向加载机构2和垂向固定机构3，垂向加载机构1用于将垂向载荷加载至车架夹具100从而加载至钢板弹簧300上，纵向加载机构2用于将纵向载荷加载至车桥夹具200上从而加载在钢板弹簧300上，垂向固定机构3的一端转动连接在车桥夹具200上，另一端转动设置。

需要说明的是，本发明的加载台架试验设备利用垂向加载机构1将垂向载荷加载至车架夹具100上，从而将垂向载荷加载至钢板弹簧300上，实现模拟车桥相对车架跳动时对钢板弹簧300的受力情况；利用纵向加载机构2将纵向载荷加载至车桥夹具200上，从而将纵向载荷加载至钢板弹簧300上，实现模拟车辆制动和加速时对钢板弹簧300的受力情况；重要地，当纵向加载机构2将纵向载荷加载至钢板弹簧300上时，由于垂向固定机构3的一端转动连接在车桥夹具200上，另一端可转动设置，则垂向固定机构3保证了纵向加载机构2的加载点不在垂直方向发生运动。综上可知，本发明通过垂向加载机构1、纵向加载机构2和垂向固定机构3，有效了解耦垂向和纵向的运动干涉，保证了两个方向的加载准确性，并与实车工况一致。

具体地，如图1所示，车桥夹具200固定连接在钢板弹簧300的中部位置，进一步地提高了纵向加载载荷的准确性。

可选地，如图1所示，垂向固定机构3包括固定拉杆31、固定底座32和第一关节轴承33，固定拉杆31的两端分别通过第一关节轴承33连接在固定底座32和车桥夹具200上。可以理解的是，由于将固定拉杆31的两端分别连接在固定底座32和车桥夹具200上，当纵向加载机构2对钢板弹簧300进行纵向加载载荷时，车桥夹具200的垂向位置不会发生变化，即纵向载荷加载点不在垂直方向发生运动，避免了垂向和纵向分别加载的运动干涉，保证了纵向载荷加载的准确性。

可选地，如图1、图2和图5所示，纵向加载机构2包括纵向加载臂21、第二关节轴承22、纵向加载作动器23和第一固定支座24，纵向加载臂21与车桥夹具200固定连接，纵向加载作动器23通过第二关节轴承22与纵向加载臂21连接，纵向加载作动器23远离纵向加载臂21的一端固定设置在第一固定支座24上。

可以理解的是，纵向加载作动器23对纵向加载臂21施加载荷时，能够带动车桥夹具200进而带动钢板弹簧300进行纵向加载载荷，实现了纵向加载作动器23将试验载荷加载至钢板弹簧300上，达到模拟实车制动与加速工况的效果。

可选地，如图1所示，垂向加载机构1包括垂向加载作动器11和垂向加载座12，垂向加载作动器11的输出端连接在垂向加载座12上，垂向加载座12固定设置在车架夹具100上。

可以理解的是，垂向加载作动器11驱动垂向加载座12沿垂直方向运动，从而带动车架夹具100沿垂直方向运动，进而带动钢板弹簧300沿垂直方向运动，实现模拟车桥相对车架跳动时对钢板弹簧300的受力情况。

可选地，如图1和图2所示，垂向加载机构1还包括第一球轴承13和导向组件14，第一球轴承13分别与垂向加载作动器11和垂向加载座12连接，导向组件14用于导向车架夹具100沿垂直方向运动。

需要说明的是，垂向加载机构1还设置了第一球轴承13和导向组件14，当垂向加载作动器11驱动垂向加载座12沿垂向方向运动，由于垂向加载作动器11存在方向偏差的可能性，可通过导向组件14和第一球轴承13的组合方式，进行修正回到垂直方向，进而提高了垂向载荷加载的准确性。

可选地，如图2所示，导向组件14包括导轨141和滑块142，车架夹具100通过第二固定支座15连接在滑块142上，导轨141设置在第三固定支座16上，导轨141的长度方向沿垂直方向设置，滑块142与导轨141滑动连接。可以理解的是，导向组件14通过导轨141和滑块142的组合方式进行导向，起到为垂向加载作动器11导向的作用。将导轨141固定设置在第三固定支座16上，并且导轨141的长度方向沿垂直方向设置，则连接在滑块142上的车架夹具100能够沿导轨141的长度方向运动，进而实现准确的沿垂向方向运动，进一步地高了垂向载荷加载的准确性。

可选地，如图3所示，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括U型螺栓4，车桥夹具200通过U型螺栓4固定连接在钢板弹簧300上。可以理解的是，车桥夹具200通过U型螺栓4能够实现牢固地、稳定地连接在钢板弹簧300上，当纵向加载作动器23驱动车桥夹具200沿纵向运动时，能够同步地带动钢板弹簧300沿纵向运动，进一步地提高纵向载荷加载的准确性。当然，在本发明的其他实施例中，不限于使用U型螺栓4进行两者的固定连接，可根据实际情况需要进行其他的选择，此处不做具体限制。

可选地，如图4和图5所示，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括前支架5和后支架6，车架夹具100的两端分别固定连接前支架5和后支架6，钢板弹簧300的两端分别活动连接前支架5和后支架6。需要说明的是，前支架5和后支架6起到连接、支撑的作用，钢板弹簧300在受到纵向加载作动器23的载荷作用力下，能够相对前支架5和后支架6运动。

可选地，如图4所示，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括吊环7，吊环7的一端转动连接在钢板弹簧300上，另一端转动连接在前支架5和后支架6上。可以理解的是，吊环7起到连接、支撑的作用，钢板弹簧300通过吊环7转动连接在前支架5和后支架6上，以保证纵向加载作动器23将试验载荷加载至钢板弹簧300上，达到模拟实车制动与加速工况的效果。

可选地，如图5所示，钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括龙门支架8，垂向加载机构1设置在龙门支架8上，起到固定作用。

具体地，纵向加载作动器23与第一固定支座24之间通过第二球轴承231活动连接；固定拉杆31与车桥夹具200之间通过第三关节轴承34活动连接；龙门支架8与垂向加载作动器11之间通过第三球轴承111活动连接。上述的第二球轴承231、第三关节轴承34和第三球轴承111均避免卡死现象，且不影响钢板弹簧300载荷加载的准确性。

补充说明的是，本发明的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备使用中，纵向加载作动器23采用载荷控制方式，经过车桥夹具200对钢板弹簧300施加纵向载荷作用力；垂向加载作动器11采用位移控制方式，经过车架夹具100对钢板弹簧300施加垂向载荷作用力。纵向加载作动器23和垂向加载作动器11均采用实车道路载荷谱作为输入，样品的受力状态与实车完全一致。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或者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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“相连”、“连接”、“安装”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述属于在本发明中的具体含义。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，包括车架夹具(100)、车桥夹具(200)和钢板弹簧(300)，所述车桥夹具(200)固定连接在所述钢板弹簧(300)上，所述钢板弹簧(300)活动连接在所述车架夹具(100)上；所述钢板弹簧二自由度加载台架试验设备还包括垂向加载机构(1)、纵向加载机构(2)和垂向固定机构(3)，所述垂向加载机构(1)用于将垂向载荷加载至所述车架夹具(100)从而加载至所述钢板弹簧(300)上，所述纵向加载机构(2)用于将纵向载荷加载至所述车桥夹具(200)上从而加载在所述钢板弹簧(300)上，所述垂向固定机构(3)的一端转动连接在所述车桥夹具(200)上，另一端转动设置，所述垂向固定机构(3)包括固定拉杆(31)、固定底座(32)和第一关节轴承(33)，所述固定拉杆(31)的两端分别通过所述第一关节轴承(33)连接在所述固定底座(32)和所述车桥夹具(200)上。

2.如权利要求1所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，所述纵向加载机构(2)包括纵向加载臂(21)、第二关节轴承(22)、纵向加载作动器(23)和第一固定支座(24)，所述纵向加载臂(21)与所述车桥夹具(200)固定连接，所述纵向加载作动器(23)通过所述第二关节轴承(22)与所述纵向加载臂(21)连接，所述纵向加载作动器(23)远离所述纵向加载臂(21)的一端固定设置在所述第一固定支座(24)上。

3.如权利要求1所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，所述垂向加载机构(1)包括垂向加载作动器(11)和垂向加载座(12)，所述垂向加载作动器(11)的输出端连接在所述垂向加载座(12)上，所述垂向加载座(12)固定设置在所述车架夹具(100)上。

4.如权利要求3所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，所述垂向加载机构(1)还包括第一球轴承(13)和导向组件(14)，所述第一球轴承(13)分别与所述垂向加载作动器(11)和所述垂向加载座(12)连接，所述导向组件(14)用于导向所述车架夹具(100)沿垂直方向运动。

5.如权利要求4所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，所述导向组件(14)包括导轨(141)和滑块(142)，所述车架夹具(100)通过第二固定支座(15)连接在所述滑块(142)上，所述导轨(141)设置在第三固定支座(16)上，所述导轨(141)的长度方向沿垂直方向设置，所述滑块(142)与所述导轨(141)滑动连接。

6.如权利要求1所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，还包括U型螺栓(4)，所述车桥夹具(200)通过所述U型螺栓(4)固定连接在所述钢板弹簧(300)上。

7.如权利要求1所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，还包括前支架(5)和后支架(6)，所述车架夹具(100)的两端分别固定连接所述前支架(5)和所述后支架(6)，所述钢板弹簧(300)的两端分别活动连接所述前支架(5)和所述后支架(6)。

8.如权利要求7所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，还包括吊环(7)，所述吊环(7)的一端转动连接在所述钢板弹簧(300)上，另一端转动连接在所述前支架(5)和所述后支架(6)上。

9.如权利要求1所述的钢板弹簧二自由度加载台架试验设备，其特征在于，还包括龙门支架(8)，所述垂向加载机构(1)设置在所述龙门支架(8)上。

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