CN114046948B - 一种钢板弹簧动刚度试验装置及方法 - Google Patents

一种钢板弹簧动刚度试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢板弹簧动刚度试验装置，包括滑座；所述滑座为一对且间隔可滑动的设置在底板上；所述滑座用于支撑钢板弹簧；作动缸，设置在两个所述滑座连线中心的正上方；所述作动缸通过夹板与设置在所述滑座上的钢板弹簧连接；载荷传感器，设置在所述作动缸与所述钢板弹簧之间以检测钢板弹簧受到的载荷力；位移传感器，设置在所述作动缸的尾部以检测钢板弹簧的振幅位移；控制器，与所述载荷传感器、位移传感器信号连接；所述控制器用于远程控制所述作动缸以对钢板弹簧施加不同幅值和频率的激振载荷；通过设计专用的试验装置来完成对振幅加载与载荷加载板簧动刚度之间的关系，为以后钢板弹簧的疲劳寿命预测和评价提供支持。

Description

一种钢板弹簧动刚度试验装置及方法
技术领域
本发明涉及对钢板弹簧的测试领域，具体为一种钢板弹簧动刚度试验装置和利用该装置实现的测试方法。
背景技术
钢板弹簧是传统汽车上广泛应用的悬架弹性元件。它既是悬架的承载元件，又是悬架的导向装置，同时簧片间摩擦又起到减振作用。
钢板弹簧台架试验一般按照应力幅及最大应力的试验条件下进行的，根据设计的比应力，计算出试验的振幅及平均变形，同时可以计算出理论试验最大力及最小力。
但是这种计算方法是基于静态，实际台架试验中板簧由于动刚度的影响，会导致实际试验力增大，且不同板簧增大的比例不同；部分人员提出用理论计算的最大力与最小力进行加载试验，造成试验规范的不统一；板簧在不同试验规范下的实际应力水平难以把握，疲劳寿命难以预测和评价；因此设计专门测试钢板弹簧动刚度的试验装置完成对动刚度规律的测试成为目前研发人员的研究方向。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种试验装置，通过该装置完成对钢板弹簧动刚度的试验，为台架试验的输入提供依据，更好的预测板簧的台架寿命。
本发明提出的具体方案如下：
一种钢板弹簧动刚度试验装置，包括
滑座；所述滑座为一对且间隔可滑动的设置在底板上；所述滑座用于支撑钢板弹簧；
作动缸，设置在两个所述滑座连线中心的正上方；所述作动缸通过夹板与设置在所述滑座上的钢板弹簧连接；
载荷传感器，设置在所述作动缸与所述钢板弹簧之间以检测钢板弹簧受到的载荷力；
位移传感器，设置在所述作动缸的尾部以检测钢板弹簧的振幅位移；
控制器，与所述载荷传感器、位移传感器信号连接；所述控制器用于远程控制所述作动缸以对钢板弹簧施加不同幅值和频率的激振载荷。
进一步的，所述滑座通过滑轮与所述底板可滑动连接，两个所述滑座相对可移动的设置以满足不同弦长的钢板弹簧。
进一步的，每个所述滑座内设置有垫板，所述钢板弹簧的两端分别通过所述垫板与所述滑座固定。
进一步的，每个所述垫板相对于所述滑座可上下调节的设置。
进一步的，所述夹板包括上板和下板，所述上板、下板通过长型螺栓连接；所述钢板弹簧的中部被夹持在所述上板、下板之间。
进一步的，所述作动缸的前端通过推杆与所述上板固定，所述载荷传感器安装在所述推杆与所述作动缸之间。
针对以上提出的装置，本方案还提出了具体的试验方法，一种钢板弹簧动刚度试验方法，所述试验方法需要通过利用如上所述的装置实现；具体包括以下步骤：
S1:根据钢板弹簧的弦长调整两个滑座之间的间距；使得钢板弹簧的两端的卷耳孔通过销轴与滑座固定；
S2:在钢板弹簧的中部安装上板、下板并锁定；
S3:将带有位移传感器和载荷传感器的作动缸与上板进行固定；并保证位移传感器和载荷传感器与控制器信号连接；
S4:远程操作控制器，使得控制器控制作动缸在定振幅变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，得出关于动刚度K的线性方程式y＝kx+b；
S5:远程操作控制器，使得控制器控制作动缸在定载荷变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，得出关于动刚度K的线性方程式y＝mx+n；
S6:计算振幅加载及载荷加载下板簧动刚度比值η＝k/m，得出动刚度加载系数η，根据公式：实际载荷加载＝理论计算载荷/η；计算出实际载荷加载。
采用本技术方案所达到的有益效果为：
本方案通过设计专用的试验装置来完成对振幅加载与载荷加载板簧动刚度之间的关系，即作动缸在控制器的作用下分别在振幅相同、载荷相同的情况，通过改变频率的方式作用在钢板弹簧上，利用控制器处理载荷与振幅数据得出钢板弹簧的动刚度曲线，采用线性回归数据方法，得出板簧(钢板弹簧)的动刚度系数；参照此方法，依次采集两片簧、三片簧及多片板簧的动刚度数据，分析得出其动刚度变化规律，为以后钢板弹簧的疲劳寿命预测和评价提供支持。
附图说明
图1为本试验装置的结构原理图。
图2为定振幅变频率的条件下得出关于动刚度K的线性图。
图3为定载荷变频率的条件下得出关于动刚度K的线性图。
图4为利用本试验装置进行操作的步骤流程图。
其中：10底板、20滑座、30作动缸、40夹板、41上板、42下板、50控制器、101载荷传感器、102位移传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例提供了一种钢板弹簧动刚度试验装置，通过利用该装置实现对钢板弹簧在定振幅变频率和定载荷变频率的状态下的动刚度测试，以获得钢板弹簧在不同条件下动刚度的变化规律，为后续台架试验的输入提供依据，更好的预测板簧(即钢板弹簧)的台架寿命。
具体的，参见图1，试验装置包括底板10，底板10固定设置在水平面上，为整个装置的试验提供保障；在底板10上安装有滑座20，这里的滑座设置有两个且两个滑座20相互间隔设置，这里的滑座20用于支撑板簧，即在安装固定时，将板簧两端的卷耳孔通过销轴与滑座20铰接固定，依靠滑座20为板簧的测试提供稳定支撑。
可选的，为了增强整个试验装置的适用性，能够满足对不同弦长板簧的试验，本实施例中设置的滑座20是可以移动调节的；即设置在底板10上的两个滑座20活动设置，使得两个滑座20可以根据实际的需要进行相对性的调节，以增大或者缩小两者之间的间距来满足不同弦长的板簧。
本实施例中，每个滑座20内设置有垫板，钢板弹簧的两端分别通过该垫板与滑座20固定；并且每个垫板相对于滑座20可上下调节的设置；通过设置垫板的方式，可以根据板簧弧高及厚度进行适当调整，保证板簧与滑座20连接的稳定性。
可选的，滑座20通过滑轮与底板10可滑动连接；当然也可以通过带有条形孔的滑板等结构实现滑座20的调节；需要注意的是，在调节完成之后需要将滑座20与底板10进行固定锁紧，避免在对板簧做载荷试验时滑座20与底板10之间产生相对位移造成试验失败。
对于板簧的振幅试验和载荷试验是通过作动缸30完成，具体的，作动缸30设置在两个滑座20连线中心的正上方；并且作动缸30通过夹板40与设置在滑座20上的钢板弹簧连接。
即将板簧固定在滑座20上之后，再将作动缸30的输出端通过夹板40在板簧的中间部位进行固定，利用作动缸30的动作为板簧提供激励载荷，以便于完成后续的定振幅和定载荷试验。
本方案中，夹板40的结构包括上板41和下板42，上板41、下板42通过长型螺栓连接；钢板弹簧的中部在长型螺栓的锁紧作用下被夹持在上板41、下板42之间。
本方案中，主要目的在于测试板簧在不同条件下的动刚度，其中的不同条件具体包括振幅不变而频率变化的确情况和载荷不变而频率的变化情况；因此为了获得具体的试验数据，以方便总结动刚度的变化规律，这里还设置了载荷传感器101和位移传感器102；具体的，载荷传感器101设置在作动缸30与钢板弹簧之间以检测钢板弹簧受到的载荷力，这里的载荷传感器101具体安装在推杆与作动缸30之间，作动缸30的前端通过推杆与上板41固定；位移传感器102设置在作动缸30的尾部以检测钢板弹簧的振幅位移。
本方案中还设置了控制器50，控制器50与载荷传感器101、位移传感器102信号连接；用以接收和反馈位移数据及载荷数据信息，通过处理载荷与位移数据得出板簧动刚度曲线；同时还可以通过该控制器50远程控制作动缸30以对钢板弹簧施加不同幅值和频率的激振载荷；比如可以控制作动缸30在保持载荷相同的条件下，分别提供0.5Hz、1Hz、1.5Hz、2Hz、2.5Hz、3Hz等变频率，以方便得出板簧的动载荷及位移数据。
针对以上提出的装置，本方案提出了具体的试验方法，一种钢板弹簧动刚度试验方法，所述试验方法需要通过利用如上所述的装置实现；具体包括以下步骤，参见图4：
S1:根据钢板弹簧的弦长调整两个滑座20之间的间距；使得钢板弹簧的两端的卷耳孔通过销轴与滑座20固定；
S2:在钢板弹簧的中部安装上板41、下板42并锁定；
S3:将带有位移传感器和载荷传感器的作动缸与上板进行固定；并保证位移传感器102和载荷传感器101与控制器50信号连接；
S4:远程操作控制器50，使得控制器50控制作动缸30在定振幅变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，得出关于动刚度K的线性方程式y＝kx+b，参见图2；
S5:远程操作控制器50，使得控制器50控制作动缸30在定载荷变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，得出关于动刚度K的线性方程式y＝mx+n，参见图3；
S6:计算振幅加载及载荷加载下板簧动刚度比值η＝k/m，得出动刚度加载系数η，根据公式：实际载荷加载＝理论计算载荷/η；计算出实际载荷加载。
需要注意的是，这里的安装在滑座20上的板簧为单片簧，按照以上方法测试了刚度系数之后，再依次采集两片簧、三片簧、及多片板簧的动刚度数据，分析得出其动刚度变化规律。
可选的，这里的变频率为采集0.5Hz、1Hz、1.5Hz、2Hz、2.5Hz、3Hz。
本技术方案通过设计专用的试验装置来完成对振幅加载与载荷加载板簧动刚度之间的关系，即作动缸30在控制器50的作用下分别在振幅相同、载荷相同的情况，通过改变频率的方式作用在钢板弹簧上，利用控制器50处理载荷与振幅数据得出钢板弹簧的动刚度曲线，采用线性回归数据方法，得出板簧(钢板弹簧)的动刚度系数；参照此方法，依次采集两片簧、三片簧、及多片板簧的动刚度数据，分析得出其动刚度变化规律，为以后钢板弹簧的疲劳寿命预测和评价提供支持。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢板弹簧动刚度试验方法，其特征在于，所述试验方法需要通过利用钢板弹簧动刚度试验装置实现；
所述钢板弹簧动刚度试验装置包括：
滑座(20)；所述滑座(20)为一对且间隔可滑动的设置在底板(10)上；所述滑座(20)用于支撑钢板弹簧；
作动缸(30)，设置在两个所述滑座(20)连线中心的正上方；所述作动缸(30)通过夹板(40)与设置在所述滑座(20)上的钢板弹簧连接；
载荷传感器(101)，设置在所述作动缸(30)与所述钢板弹簧之间以检测钢板弹簧受到的载荷力；
位移传感器(102)，设置在所述作动缸(30)的尾部以检测钢板弹簧的振幅位移；
控制器(50)，与所述载荷传感器(101)、位移传感器(102)信号连接；所述控制器(50)用于远程控制所述作动缸(30)以对钢板弹簧施加不同幅值和频率的激振载荷；
所述控制器(50)控制作动缸(30)在定振幅变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，以及控制作动缸(30)在定载荷变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷；
所述试验方法包括以下步骤：
S1:根据钢板弹簧的弦长调整两个滑座(20)之间的间距；使得钢板弹簧的两端的卷耳孔通过销轴与滑座(20)固定；
S2:在钢板弹簧的中部安装上板(41)、下板(42)并锁定；
S3:将带有位移传感器(102)和载荷传感器(101)的作动缸(30)与上板(41)进行固定；并保证位移传感器(102)和载荷传感器(101)与控制器(50)信号连接；
S4:远程操作控制器(50)，使得控制器(50)控制作动缸(30)在定振幅变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，得出关于动刚度K的线性方程式y＝kx+b；
S5:远程操作控制器(50)，使得控制器(50)控制作动缸(30)在定载荷变频率的条件下对钢板弹簧施加载荷，得出关于动刚度K的线性方程式y＝mx+n；
S6:计算振幅加载及载荷加载下钢板弹簧动刚度比值η＝k/m，得出动刚度加载系数η，根据公式：实际载荷加载＝理论计算载荷/η；计算出实际载荷加载。
2.根据权利要求1所述的一种钢板弹簧动刚度试验方法，其特征在于，所述滑座(20)通过滑轮与所述底板(10)可滑动连接，两个所述滑座(20)相对可移动的设置以满足不同弦长的钢板弹簧。
3.根据权利要求2所述的一种钢板弹簧动刚度试验方法，其特征在于，每个所述滑座(20)内设置有垫板，所述钢板弹簧的两端分别通过所述垫板与所述滑座(20)固定。
4.根据权利要求3所述的一种钢板弹簧动刚度试验方法，其特征在于，每个所述垫板相对于所述滑座(20)可上下调节的设置。
5.根据权利要求4所述的一种钢板弹簧动刚度试验方法，其特征在于，所述夹板(40)包括上板(41)和下板(42)，所述上板(41)、下板(42)通过长型螺栓连接；所述钢板弹簧的中部被夹持在所述上板(41)、下板(42)之间。
6.根据权利要求5所述的一种钢板弹簧动刚度试验方法，其特征在于，所述作动缸(30)的前端通过推杆与所述上板(41)固定，所述载荷传感器(101)安装在所述推杆与所述作动缸(30)之间。
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