CN116558809A - 一种转向中间轴耐久试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转向中间轴耐久试验平台，涉及转向中间轴耐久度测试技术领域，包括三自由度平移部件、二自由度偏转部件、平衡部件和激振部件。三自由度平移部件具备空间内的三个移动方向互相垂直的移动自由度，二自由度偏转部件具备平面内的两个转动轴线互相垂直的转动自由度，共计五个自由度，可全真模拟不同种类转向中间轴的实际工作时的安装状态；通过设置平衡部件，抵消了三自由度平移部件沿重力方向运动时的零部件重力，提高了驱动的响应速度与使用寿命；二自由度偏转部件采用球形齿轮‑齿盘机构，结构简单紧凑；激振部件基于4‑RPS并联机构，即通过四个内置的致动组件，模拟转向中间轴在车辆内安装时受到车辆颠簸影响的工况。
Description
技术领域
本发明涉及转向中间轴耐久度测试技术领域，特别涉及一种转向中间轴耐久试验平台。
背景技术
转向中间轴作为汽车的关键安全件，一旦失效，会造成汽车驾驶的安全事故，故而，转向中间轴耐久度的好坏，是一个需要重点研究的课题。其核心不仅在于设计与制造上，还在于成品检验上。
本公司作为专业生产制造转向中间轴的厂商，研制过多种转向中间轴耐久度的测试试验装置，如公开号为CN113375925A的专利提出的一种汽车转向内拉杆双工位耐久试验装置，该装置包括伺服直线缸加载系统和伺服摆动系统，二者呈T字形排布，在对不同种类的产品进行测试时，只需更对应的接头就可以满足多种不同规格产品的测试需要，且可同时对多个转向中间轴进行测试。
但是，本公司在实践过程中发现，上述装置只能适应固定工位的产品测试，并不能很好地模拟产品的实装状态，也不能模拟车辆颠簸对转向中间轴的影响，因此需要研发一款功能更加多样化的新型试验平台。
发明内容
本发明的目的是提供一种可全真模拟不同种类转向中间轴的实际工作时的安装状态的、可模拟振动工况的、可实时传输并反馈转向中间轴两端的转速和力矩数据的转向中间轴耐久试验平台。
针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种转向中间轴耐久试验平台，包括三自由度平移部件、二自由度偏转部件、平衡部件、激振部件；三自由度平移部件固定安装在激振部件上；激振部件内置四个致动组件，基于4-RPS并联机构原理，用于模拟转向中间轴在车辆内安装时受到车辆颠簸影响的工况；三自由度平移部件具备空间内的三个移动方向互相垂直的移动自由度，分别为横向移动自由度、纵向移动自由度和竖向移动自由度；二自由度偏转部件挂载在三自由度平移部件横向移动自由度对应的运动副上；二自由度偏转部件内设置有一个球形齿轮-齿盘机构，使得二自由度偏转部件具备平面内的两个转动轴线互相垂直的转动自由度；三自由度平移部件的输出端挂载有驱动测试反馈组件；球形齿轮-齿盘机构内设置有负载测试反馈组件；驱动测试反馈组件的输出端设置有一个可更换种类及规格的第一接头；负载测试反馈组件的输出端设置有一个可更换种类及规格的第二接头；第一接头和第二接头用于固定连接待测转向中间轴的两端；驱动测试反馈组件随三自由度平移部件输出端的运动为竖向移动；平衡组件固定安装在三自由度平移部件上；平衡组件采用滑轮组结构；平衡组件的内部机构输入端与三自由度平移部件输出端的驱动部联动；平衡组件的内部机构输出端与三自由度平移部件的输出端固定连接；平衡组件用于抵消三自由度平移部件输出端做竖向移动时的自身重力。
进一步地，三自由度平移部件还包括大理石平台、第一电机、第一支座、第一丝杠、第二支座、第一框架、第二电机、第一斜齿轮、第二丝杠、第三支座、第一支板、第二框架、第三丝杠、第三电机、锁紧螺柱；大理石平台上设置有用于滑动配合第一框架的轨道；所述轨道两端分别固定安装有第一支座和第二支座；第一丝杠两端分别与第一支座和第二支座铰接；第一电机固定安装在第一支座上；第一电机输出轴与第一丝杠固连；第一框架与第一丝杠螺纹配合；第二电机固定安装在第一框架上；第二电机的输出轴上固定安装有一个第一斜齿轮；第三支座固定安装在第一框架上；第二丝杠第一端与第一斜齿轮固连；第二丝杠第二端与第三支座铰接；第一支板与第二丝杠螺纹配合，且第一支板与第一框架滑动配合；第一支板为三自由度平移部件的输出端；第一支板两侧各铰接有一个锁紧螺柱；第二框架固定安装在大理石平台上；第三丝杠两端分别铰接在第二框架上；第三电机固定安装在第二框架上；第三电机输出轴与第三丝杠固连。
进一步地，驱动测试反馈组件包括驱动电机、第一减速器、第一传感器；驱动电机、第一减速器和第一传感器均固定安装在第一支板上；驱动电机输出轴与减速器输入轴固连；减速器输出轴与第一传感器输入轴固连；第一传感器输出轴与第一接头固连。
进一步地，二自由度偏转部件还包括第一支架、螺套、第三框架、第四丝杠、第四电机、滑块、第五电机；第一支架与第二框架滑动配合；螺套固定安装在第一支架上；螺套与第三丝杠螺纹配合；第四电机固定安装在第一支架上；第三框架与第一支架滑动配合；第三框架与第四电机输出轴固连；第四丝杠两端分别铰接在第三框架上；第五电机固定安装在第三框架上；第五电机输出轴与第四丝杠固连；滑块滑动安装在第三框架内；滑块与第四丝杠螺纹配合。
进一步地，球形齿轮-齿盘机构包括第一铰支座、第二传感器、第二支架、方框、第二减速器、法兰盘、磁粉制动器、球齿轮、盘形齿条；方框外部的左右两侧均铰接在第一支架上；方框内部的前后两侧各铰接有一个第一铰支座；第二支架两侧各与一个第一铰支座固定连接；第二传感器和第二减速器均固定安装在第二支架上；第二传感器输出轴与第二接头固连；第二传感器输入轴与第二减速器输出轴固连；磁粉制动器通过法兰盘与第二减速器固连；磁粉制动器输出轴与第二减速器输入轴固连；球齿轮固定安装在磁粉制动器上；盘形齿条固定安装在滑块上；球齿轮与盘形齿条互相啮合；第一铰支座转动轴线和方框转动轴线的交点与球齿轮的球心重合；第二传感器、第二减速器和磁粉制动器构成了负载测试反馈组件。
进一步地，平衡部件包括第三支架、第一花轴、第二弹簧、第二斜齿轮和两套滑轮组；第三支架固定安装在第一框架上；第二斜齿轮铰接在第三支架中部；第二斜齿轮与第一斜齿轮互相啮合；第二斜齿轮两侧各固定安装有一个第一花轴；每个第一花轴上套设有一个第二弹簧；每个第二弹簧的第一端与第三支架的中部接触配合；第三支架两侧各安装有一套互相呈对称布置的滑轮组。
进一步地，滑轮组包括预紧螺柱、滑套、第一弹簧、滑杆、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、钢丝绳、吊扣、第一花套；预紧螺柱与第三支架铰接；滑套与第三支架滑动配合；滑套还与预紧螺柱螺纹配合；滑杆插入滑套内且与滑套滑动配合；滑杆上套设有一个第一弹簧；第一弹簧两端分别与滑套和滑杆固定连接；第一滑轮铰接在第三支架底部；第二滑轮铰接在滑杆上；第三滑轮和第四滑轮分别铰接在第三支架顶部；第一花套套设在第一花轴上；第一花套上的内花键与第一花轴上的外花键滑动配合；第一花套第一端与该滑轮组所在侧的第二弹簧第二端接触配合；第一花套第二端插入第三支架并与第三支架滑动配合；钢丝绳第一端与第一花套第一端固定连接；钢丝绳第二端在第一花套上紧密地螺旋缠绕多圈后，依次穿过并搭接在第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮上；吊扣顶部与钢丝绳第二端固定连接；吊扣底部与锁紧螺柱螺纹配合。
进一步地，三自由度平移部件和平衡部件之间的传动参数满足下述关系式：
式中：Z1为第一斜齿轮齿数；Z2为第二斜齿轮齿数；P为第二丝杠导程，单位为mm；r为钢丝绳半径，单位为mm；R为第一花套第二端的外圆半径，单位为mm；k为调整系数，取值范围为0.95至1.05。
进一步地，激振部件还包括下底板、第二铰支座、防护栏、控制器、上底板、球铰支座；四组第二铰支座固定安装在下底板上；防护栏固定安装在下底板上；四组球铰支座固定安装在上底板上；每组第二铰支座与一个致动组件第一端铰接；每组球铰支座与一个致动组件第二端铰接；上底板与大理石平台固定连接；控制器与防护栏可拆卸地固定连接；第一电机、第二电机、驱动电机、第三电机、第四电机、第五电机、第一传感器、第二传感器和磁粉制动器均与控制器电连接。
进一步地，致动组件包括螺纹花套、预紧螺母、第三弹簧、第二花轴、偏心轴、工字架、球头、第六电机；螺纹花套底部用于与第二铰支座铰接；预紧螺母套设在螺纹花套上且与螺纹花套螺纹配合；第二花轴第一端插入螺纹花套内；第二花轴上的外花键与螺纹花套上的内花键滑动配合；第三弹簧套设在螺纹花套上；第三弹簧两端分别与预紧螺母和第二花轴第二端接触配合；工字架固定安装在第二花轴第二端；第六电机固定安装在工字架上；偏心轴与第六电机输出轴固连；第六电机与控制器电连接；球头固定安装在工字架上；球头用于与球铰支座铰接。
本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）三自由度平移部件具备空间内的三个移动方向互相垂直的移动自由度，二自由度偏转部件具备平面内的两个转动轴线互相垂直的转动自由度，共计五个自由度，可全真模拟不同种类转向中间轴的实际工作时的安装状态，从而实现真实安装条件下的转向中间轴的性能测试；（2）通过设置平衡部件，抵消了三自由度平移部件沿重力方向运动时的零部件重力，提高了驱动的响应速度与使用寿命；（3）二自由度偏转部件采用球形齿轮-齿盘机构，结构简单紧凑；（4）激振部件基于4-RPS并联机构，即通过四个内置的致动组件，模拟转向中间轴在车辆内安装时受到车辆颠簸影响的工况，从而实现振动条件下的转向中间轴的性能测试；（5）磁粉制动器可提供阻力矩，以模拟转向中间轴实际工作中的负载，并通过第一传感器和第二传感器，实时反馈转向中间轴两端的转速和力矩数据，便于数据分析；（6）采用大理石平台，刚度大，长期使用不会像钢板一样产生形变，稳定性和精度都高。
附图说明
图1为本发明的总装结构示意图。
图2为本发明三自由度平移部件的结构示意图一。
图3为本发明三自由度平移部件的结构示意图二。
图4为本发明三自由度平移部件的局部结构放大示意图。
图5为本发明二自由度偏转部件的结构示意图。
图6为本发明球齿轮的零件结构示意图。
图7为本发明盘形齿条的零件结构示意图。
图8为本发明平衡部件的结构示意图一。
图9为本发明平衡部件的结构示意图二。
图10为本发明激振部件的结构示意图。
图11为本发明致动组件的结构示意图。
图中：1-三自由度平移部件；2-二自由度偏转部件；3-平衡部件；4-激振部件；101-大理石平台；102-第一电机；103-第一支座；104-第一丝杠；105-第二支座；106-第一框架；107-第二电机；108-第一斜齿轮；109-第二丝杠；110-第三支座；111-驱动电机；112-第一支板；113-第一减速器；114-第一传感器；115-第一接头；116-第二框架；117-第三丝杠；118-第三电机；119-锁紧螺柱；201-第一支架；202-螺套；203-第一铰支座；204-第二传感器；205-第二接头；206-第二支架；207-方框；208-第二减速器；209-法兰盘；210-磁粉制动器；211-球齿轮；212-盘形齿条；213-第三框架；214-第四丝杠；215-第四电机；216-滑块；217-第五电机；301-第三支架；302-预紧螺柱；303-滑套；304-第一弹簧；305-滑杆；306-第一滑轮；307-第二滑轮；308-第三滑轮；309-第四滑轮；310-钢丝绳；311-吊扣；312-第一花套；313-第一花轴；314-第二弹簧；315-第二斜齿轮；401-下底板；402-第二铰支座；403-致动组件；404-防护栏；405-控制器；406-上底板；407-球铰支座；40301-螺纹花套；40302-预紧螺母；40303-第三弹簧；40304-第二花轴；40305-偏心轴；40306-工字架；40307-球头；40308-第六电机。
具体实施方式
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，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
图1至图11为本发明的优选实施例，整机占地面积长1.45米、宽0.6米；以图1所示状态为例，第一接头115夹持部位在竖直方向上，距离地面的高度调节范围为1.29米至1.53米；第二接头205夹持部位在竖直状态下距离地面的高度为1米；第二接头205在竖直状态时，第一接头115夹持部位距离第二传感器204轴线的距离调节范围为0.175米至0.68米；二自由度偏转部件2在三自由度平移部件1上的移动范围为负85毫米至正85毫米；整体设计在满足测试试验需要的前提下，考虑到了人机工程学，特别方便使用者操作。
如图1所示，三自由度平移部件1固定安装在激振部件4上；激振部件4内置四个致动组件403，基于4-RPS并联机构原理，用于模拟转向中间轴在车辆内安装时受到车辆颠簸影响的工况；三自由度平移部件1具备空间内的三个移动方向互相垂直的移动自由度，分别为横向移动自由度、纵向移动自由度和竖向移动自由度；二自由度偏转部件2挂载在三自由度平移部件1横向移动自由度对应的运动副上；二自由度偏转部件2内设置有一个球形齿轮-齿盘机构，使得二自由度偏转部件2具备平面内的两个转动轴线互相垂直的转动自由度；三自由度平移部件1的输出端挂载有驱动测试反馈组件；球形齿轮-齿盘机构内设置有负载测试反馈组件；驱动测试反馈组件的输出端设置有一个可更换种类及规格的第一接头115；负载测试反馈组件的输出端设置有一个可更换种类及规格的第二接头205；第一接头115和第二接头205用于固定连接待测转向中间轴的两端；驱动测试反馈组件随三自由度平移部件1输出端的运动为竖向移动；平衡组件固定安装在三自由度平移部件1上；平衡组件采用滑轮组结构；平衡组件的内部机构输入端与三自由度平移部件1输出端的驱动部联动；平衡组件的内部机构输出端与三自由度平移部件1的输出端固定连接；平衡组件用于抵消三自由度平移部件1输出端做竖向移动时的自身重力。
如图2、图3和图4所示，三自由度平移部件1中，大理石平台101上设置有用于滑动配合第一框架106的轨道；所述轨道两端分别固定安装有第一支座103和第二支座105；第一丝杠104两端分别与第一支座103和第二支座105铰接；第一电机102固定安装在第一支座103上；第一电机102输出轴与第一丝杠104固连；第一框架106与第一丝杠104螺纹配合；第二电机107固定安装在第一框架106上；第二电机107的输出轴上固定安装有一个第一斜齿轮108；第三支座110固定安装在第一框架106上；第二丝杠109第一端与第一斜齿轮108固连；第二丝杠109第二端与第三支座110铰接；第一支板112与第二丝杠109螺纹配合，且第一支板112与第一框架106滑动配合；第一支板112为三自由度平移部件1的输出端；第一支板112两侧各铰接有一个锁紧螺柱119；第二框架116固定安装在大理石平台101上；第三丝杠117两端分别铰接在第二框架116上；第三电机118固定安装在第二框架116上；第三电机118输出轴与第三丝杠117固连；驱动测试反馈组件包括驱动电机111、第一减速器113、第一传感器114；驱动电机111、第一减速器113和第一传感器114均固定安装在第一支板112上；驱动电机111输出轴与减速器输入轴固连；减速器输出轴与第一传感器114输入轴固连；第一传感器114输出轴与第一接头115固连。
如图5、图6和图7所示，二自由度偏转部件2中，第一支架201与第二框架116滑动配合；螺套202固定安装在第一支架201上；螺套202与第三丝杠117螺纹配合；第四电机215固定安装在第一支架201上；第三框架213与第一支架201滑动配合；第三框架213与第四电机215输出轴固连；第四丝杠214两端分别铰接在第三框架213上；第五电机217固定安装在第三框架213上；第五电机217输出轴与第四丝杠214固连；滑块216滑动安装在第三框架213内；滑块216与第四丝杠214螺纹配合；方框207外部的左右两侧均铰接在第一支架201上；方框207内部的前后两侧各铰接有一个第一铰支座203；第二支架206两侧各与一个第一铰支座203固定连接；第二传感器204和第二减速器208均固定安装在第二支架206上；第二传感器204输出轴与第二接头205固连；第二传感器204输入轴与第二减速器208输出轴固连；磁粉制动器210通过法兰盘209与第二减速器208固连；磁粉制动器210输出轴与第二减速器208输入轴固连；球齿轮211固定安装在磁粉制动器210上；盘形齿条212固定安装在滑块216上；球齿轮211与盘形齿条212互相啮合；第一铰支座203转动轴线和方框207转动轴线的交点与球齿轮211的球心重合；第二传感器204、第二减速器208和磁粉制动器210构成了负载测试反馈组件；在本实施例中，球齿轮211和盘形齿条212均为4个齿。
如图8和图9所示，平衡部件3中，第三支架301固定安装在第一框架106上；第二斜齿轮315铰接在第三支架301中部；第二斜齿轮315与第一斜齿轮108互相啮合；第二斜齿轮315两侧各固定安装有一个第一花轴313；每个第一花轴313上套设有一个第二弹簧314；每个第二弹簧314的第一端与第三支架301的中部接触配合；第三支架301两侧各安装有一套互相呈对称布置的滑轮组；在每一个滑轮组中，预紧螺柱302与第三支架301铰接；滑套303与第三支架301滑动配合；滑套303还与预紧螺柱302螺纹配合；滑杆305插入滑套303内且与滑套303滑动配合；滑杆305上套设有一个第一弹簧304；第一弹簧304两端分别与滑套303和滑杆305固定连接；第一滑轮306铰接在第三支架301底部；第二滑轮307铰接在滑杆305上；第三滑轮308和第四滑轮309分别铰接在第三支架301顶部；第一花套312套设在第一花轴313上；第一花套312上的内花键与第一花轴313上的外花键滑动配合；第一花套312第一端与该滑轮组所在侧的第二弹簧314第二端接触配合；第一花套312第二端插入第三支架301并与第三支架301滑动配合；钢丝绳310第一端与第一花套312第一端固定连接；钢丝绳310第二端在第一花套312上紧密地螺旋缠绕多圈后，依次穿过并搭接在第一滑轮306、第二滑轮307、第三滑轮308和第四滑轮309上；吊扣311顶部与钢丝绳310第二端固定连接；吊扣311底部与锁紧螺柱119螺纹配合。
如图10和图11所示，激振部件4中，四组第二铰支座402固定安装在下底板401上；防护栏404固定安装在下底板401上；四组球铰支座407固定安装在上底板406上；每组第二铰支座402与一个致动组件403第一端铰接；每组球铰支座407与一个致动组件403第二端铰接；上底板406与大理石平台101固定连接；控制器405与防护栏404可拆卸地固定连接；第一电机102、第二电机107、驱动电机111、第三电机118、第四电机215、第五电机217、第一传感器114、第二传感器204和磁粉制动器210均与控制器405电连接；在每个致动组件403中，螺纹花套40301底部用于与第二铰支座402铰接；预紧螺母40302套设在螺纹花套40301上且与螺纹花套40301螺纹配合；第二花轴40304第一端插入螺纹花套40301内；第二花轴40304上的外花键与螺纹花套40301上的内花键滑动配合；第三弹簧40303套设在螺纹花套40301上；第三弹簧40303两端分别与预紧螺母40302和第二花轴40304第二端接触配合；工字架40306固定安装在第二花轴40304第二端；第六电机40308固定安装在工字架40306上；偏心轴40305与第六电机40308输出轴固连；第六电机40308与控制器405电连接；球头40307固定安装在工字架40306上；球头40307用于与球铰支座407铰接。
本发明的工作原理：本发明使用时，假设选定了某种型号的待测转向中间轴，需事先通过控制器405驱动三自由度平移部件1和二自由度偏转部件2中的第一电机102、第二电机107、第三电机118、第四电机215和第五电机217，使得装置调整至图1所示的状态，然后在第一传感器114上安装匹配该型号转向中间轴的第一接头115、第二传感器204上安装匹配该型号转向中间轴的第二接头205；接着，手动将待测转向中间轴的第一端安装在第一接头115上、将待测转向中间轴的第二端安装在第二接头205上；然后，通过驱动第一电机102调节待测转向中间轴第一端的纵向位移、通过驱动第二电机107调节待测转向中间轴第一端的竖向位移、通过驱动第三电机118调节待测转向中间轴第二端的横向位移；通过第四电机215和第五电机217驱动盘形齿条212做平面内的二自由度移动，进一步驱动球齿轮211转动，进而带动待测转向中间轴第二端做左右偏转或前后偏转运动；上述位姿调节的最终目的，是使得该型号待测转向中间轴的位姿，和其在对应型号汽车中的安装位姿保持一致，从而全真还原其工作环境。
在上述调节待测转向中间轴位姿的过程中，第一框架106和大理石平台101的接触面上、第一支架201和第二框架116的接触面上、滑块216和第三框架213的接触面上、第三框架213和第一支架201的接触面上，均可设置滚动体，通过滚动摩擦，来改善传动性能；但是，这种方法不能单纯地应用在竖向移动的第一支板112和第一框架106之间，因为第一支板112及其附属组件的重力，会对第二丝杠109造成很大的压力，故而，为了消除重力影响，需要引入平衡部件3。
平衡部件3中，巧妙地设置了两个滑轮组，如图8或图9所示，在每个滑轮组中，钢丝绳310分别与第一滑轮306、第二滑轮307和第三滑轮308的切点组成了一个力矩三角形，第一弹簧304只需要给第二滑轮307提供一个很小的拉力，就可以在吊扣311所在端产生一个较大的拉力，这个较大的拉力，可以用来平衡第一支板112及其附属组件的重力；通过锁紧螺柱119与吊扣311之间的螺纹配合，可以绷紧钢丝绳310，再通过预紧螺柱302调节滑套303的位移，进而拉动第一弹簧304，从而实现第一弹簧304的拉力调节。
特别的，为了使得第一支板112发生多少位移、钢丝绳310就带动吊扣311跟随运动多少位移，这就需要由第一斜齿轮108驱动的第二丝杠109带动第一支板112的位移是多少，第二斜齿轮315就带动第一花套312卷绕钢丝绳310的长度是多少，而第一斜齿轮108和第二斜齿轮315之间为啮合关系，故而，可以得知三自由度平移部件1和平衡部件3之间的传动参数需要满足以下关系式：
式中：Z1为第一斜齿轮108齿数；Z2为第二斜齿轮315齿数；P为第二丝杠109导程，单位为mm；r为钢丝绳310半径，单位为mm；R为第一花套312第二端的外圆半径，单位为mm；k为调整系数，取值范围为0.95至1.05；通过观察上述等式可知，导程和半径可以灵活设计，但是在“π”的作用下，很难使得两个齿数参数取整数，在精准状态下，上述等式中是不含整系数k的，而引入调整系数k的目的，是为了便于齿数取整，这样做的后果，会使得第一支板112的位移和吊扣311的位移不相等，有微小的误差，这种微小的误差带来的波动，由第一弹簧304来补偿，进而可以忽略不计其带来的重力平衡效果的差异。
进一步地，第三支架301安装第一花套312的部位设置了一个小凸台，凸台贴紧钢丝绳310，使得钢丝绳310中心线在第一花套312以外的部分位于同一个平面内；以第一支板112上升为例，第一支板112上升多少，吊扣311就跟着上升多少，反映到钢丝绳310上，就是钢丝绳310在第一花套312上缠绕了多少长度；当钢丝绳310往第一花套312上缠绕时，由于第三支架301上凸台的作用，会反作用于第一花套312在第一花轴313上向着第二斜齿轮315的方向滑动，从而克服第二弹簧314的弹力，压缩第二弹簧314；反过来，当钢丝绳310从第一花套312上抽离时，在第二弹簧314的作用下，时刻压紧第一花套312，使得第一花套312向远离第二斜齿轮315的方向滑动，从而使得钢丝绳310始终贴紧凸台，以保证钢丝绳310中心线在第一花套312以外的部分时刻位于同一个平面内，从而保证了滑轮组传力的稳定性。
待测转向中间轴的位姿设定好了之后，通过控制器405设定驱动电机111的转速、转向以及磁粉制动器210的阻力矩大小；待测转向中间轴两端的转速和扭矩参数，通过第一传感器114和第二传感器204实时传递至控制器405，并显示在控制器405的屏幕上，使用者可实时观察；以上数据，可拷贝导出至计算机中，便于进行数据分析。
在本实施例中，磁粉制动器210的品牌为海博斯（Hibles），型号为PB-25B2，最大输出扭矩25Nm；第一传感器114和第二传感器204均采用动态扭矩传感器，可实时测量转速和扭矩数据，最大测量扭矩为300Nm；第一减速器113减速比为30；第二减速器208减速比为10；由于磁粉制动器210输出轴与第二减速器208输入轴固连，故第二减速器208起到了阻力矩放大的作用，考虑到减速器的传动效率，磁粉制动器210在第二减速器208的作用下，可向第二接头205提供最大至200Nm的有效负载；驱动第一接头115的驱动电机111，采用110型步进电机，额定输出扭矩8Nm，在第一减速器113作用下，可有效匹配第二接头205承受的负载。
激振部件4的设置，是为了模拟振动环境，每一个致动组件403在激振部件4内的安装，都构成了一个RPS运动支链，通过设置第三弹簧40303承重，通过预紧螺母40302调节第三弹簧40303的预紧力，通过第六电机40308驱动偏心轴40305旋转激振；通过控制器405控制四个第六电机40308的转速，可实现上底板406上下跳动、前后俯仰和左右偏转的运动，以模拟汽车在路面行驶的状况，从而实现对应状况下的转向中间轴耐久度测试。
Claims (10)
1.一种转向中间轴耐久试验平台，包括三自由度平移部件（1）、二自由度偏转部件（2）、平衡部件（3）、激振部件（4），其特征在于：三自由度平移部件（1）固定安装在激振部件（4）上；激振部件（4）内置四个致动组件（403），基于4-RPS并联机构原理，用于模拟转向中间轴在车辆内安装时受到车辆颠簸影响的工况；三自由度平移部件（1）具备空间内的三个移动方向互相垂直的移动自由度，分别为横向移动自由度、纵向移动自由度和竖向移动自由度；二自由度偏转部件（2）挂载在三自由度平移部件（1）横向移动自由度对应的运动副上；二自由度偏转部件（2）内设置有一个球形齿轮-齿盘机构，使得二自由度偏转部件（2）具备平面内的两个转动轴线互相垂直的转动自由度；三自由度平移部件（1）的输出端挂载有驱动测试反馈组件；球形齿轮-齿盘机构内设置有负载测试反馈组件；驱动测试反馈组件的输出端设置有一个可更换种类及规格的第一接头（115）；负载测试反馈组件的输出端设置有一个可更换种类及规格的第二接头（205）；第一接头（115）和第二接头（205）用于固定连接待测转向中间轴的两端；驱动测试反馈组件随三自由度平移部件（1）输出端的运动为竖向移动；平衡组件固定安装在三自由度平移部件（1）上；平衡组件采用滑轮组结构；平衡组件的内部机构输入端与三自由度平移部件（1）输出端的驱动部联动；平衡组件的内部机构输出端与三自由度平移部件（1）的输出端固定连接；平衡组件用于抵消三自由度平移部件（1）输出端做竖向移动时的自身重力。
2.如权利要求1所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：三自由度平移部件（1）还包括大理石平台（101）、第一电机（102）、第一支座（103）、第一丝杠（104）、第二支座（105）、第一框架（106）、第二电机（107）、第一斜齿轮（108）、第二丝杠（109）、第三支座（110）、第一支板（112）、第二框架（116）、第三丝杠（117）、第三电机（118）、锁紧螺柱（119）；大理石平台（101）上设置有用于滑动配合第一框架（106）的轨道；所述轨道两端分别固定安装有第一支座（103）和第二支座（105）；第一丝杠（104）两端分别与第一支座（103）和第二支座（105）铰接；第一电机（102）固定安装在第一支座（103）上；第一电机（102）输出轴与第一丝杠（104）固连；第一框架（106）与第一丝杠（104）螺纹配合；第二电机（107）固定安装在第一框架（106）上；第二电机（107）的输出轴上固定安装有一个第一斜齿轮（108）；第三支座（110）固定安装在第一框架（106）上；第二丝杠（109）第一端与第一斜齿轮（108）固连；第二丝杠（109）第二端与第三支座（110）铰接；第一支板（112）与第二丝杠（109）螺纹配合，且第一支板（112）与第一框架（106）滑动配合；第一支板（112）为三自由度平移部件（1）的输出端；第一支板（112）两侧各铰接有一个锁紧螺柱（119）；第二框架（116）固定安装在大理石平台（101）上；第三丝杠（117）两端分别铰接在第二框架（116）上；第三电机（118）固定安装在第二框架（116）上；第三电机（118）输出轴与第三丝杠（117）固连。
3.如权利要求2所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：驱动测试反馈组件包括驱动电机（111）、第一减速器（113）、第一传感器（114）；驱动电机（111）、第一减速器（113）和第一传感器（114）均固定安装在第一支板（112）上；驱动电机（111）输出轴与减速器输入轴固连；减速器输出轴与第一传感器（114）输入轴固连；第一传感器（114）输出轴与第一接头（115）固连。
4.如权利要求3所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：二自由度偏转部件（2）还包括第一支架（201）、螺套（202）、第三框架（213）、第四丝杠（214）、第四电机（215）、滑块（216）、第五电机（217）；第一支架（201）与第二框架（116）滑动配合；螺套（202）固定安装在第一支架（201）上；螺套（202）与第三丝杠（117）螺纹配合；第四电机（215）固定安装在第一支架（201）上；第三框架（213）与第一支架（201）滑动配合；第三框架（213）与第四电机（215）输出轴固连；第四丝杠（214）两端分别铰接在第三框架（213）上；第五电机（217）固定安装在第三框架（213）上；第五电机（217）输出轴与第四丝杠（214）固连；滑块（216）滑动安装在第三框架（213）内；滑块（216）与第四丝杠（214）螺纹配合。
5.如权利要求4所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：球形齿轮-齿盘机构包括第一铰支座（203）、第二传感器（204）、第二支架（206）、方框（207）、第二减速器（208）、法兰盘（209）、磁粉制动器（210）、球齿轮（211）、盘形齿条（212）；方框（207）外部的左右两侧均铰接在第一支架（201）上；方框（207）内部的前后两侧各铰接有一个第一铰支座（203）；第二支架（206）两侧各与一个第一铰支座（203）固定连接；第二传感器（204）和第二减速器（208）均固定安装在第二支架（206）上；第二传感器（204）输出轴与第二接头（205）固连；第二传感器（204）输入轴与第二减速器（208）输出轴固连；磁粉制动器（210）通过法兰盘（209）与第二减速器（208）固连；磁粉制动器（210）输出轴与第二减速器（208）输入轴固连；球齿轮（211）固定安装在磁粉制动器（210）上；盘形齿条（212）固定安装在滑块（216）上；球齿轮（211）与盘形齿条（212）互相啮合；第一铰支座（203）转动轴线和方框（207）转动轴线的交点与球齿轮（211）的球心重合；第二传感器（204）、第二减速器（208）和磁粉制动器（210）构成了负载测试反馈组件。
6.如权利要求5所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：平衡部件（3）包括第三支架（301）、第一花轴（313）、第二弹簧（314）、第二斜齿轮（315）和两套滑轮组；第三支架（301）固定安装在第一框架（106）上；第二斜齿轮（315）铰接在第三支架（301）中部；第二斜齿轮（315）与第一斜齿轮（108）互相啮合；第二斜齿轮（315）两侧各固定安装有一个第一花轴（313）；每个第一花轴（313）上套设有一个第二弹簧（314）；每个第二弹簧（314）的第一端与第三支架（301）的中部接触配合；第三支架（301）两侧各安装有一套互相呈对称布置的滑轮组。
7.如权利要求6所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：滑轮组包括预紧螺柱（302）、滑套（303）、第一弹簧（304）、滑杆（305）、第一滑轮（306）、第二滑轮（307）、第三滑轮（308）、第四滑轮（309）、钢丝绳（310）、吊扣（311）、第一花套（312）；预紧螺柱（302）与第三支架（301）铰接；滑套（303）与第三支架（301）滑动配合；滑套（303）还与预紧螺柱（302）螺纹配合；滑杆（305）插入滑套（303）内且与滑套（303）滑动配合；滑杆（305）上套设有一个第一弹簧（304）；第一弹簧（304）两端分别与滑套（303）和滑杆（305）固定连接；第一滑轮（306）铰接在第三支架（301）底部；第二滑轮（307）铰接在滑杆（305）上；第三滑轮（308）和第四滑轮（309）分别铰接在第三支架（301）顶部；第一花套（312）套设在第一花轴（313）上；第一花套（312）上的内花键与第一花轴（313）上的外花键滑动配合；第一花套（312）第一端与该滑轮组所在侧的第二弹簧（314）第二端接触配合；第一花套（312）第二端插入第三支架（301）并与第三支架（301）滑动配合；钢丝绳（310）第一端与第一花套（312）第一端固定连接；钢丝绳（310）第二端在第一花套（312）上紧密地螺旋缠绕多圈后，依次穿过并搭接在第一滑轮（306）、第二滑轮（307）、第三滑轮（308）和第四滑轮（309）上；吊扣（311）顶部与钢丝绳（310）第二端固定连接；吊扣（311）底部与锁紧螺柱（119）螺纹配合。
8.如权利要求7所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：三自由度平移部件（1）和平衡部件（3）之间的传动参数满足下述关系式：
；
式中：Z1为第一斜齿轮（108）齿数；Z2为第二斜齿轮（315）齿数；P为第二丝杠（109）导程，单位为mm；r为钢丝绳（310）半径，单位为mm；R为第一花套（312）第二端的外圆半径，单位为mm；k为调整系数，取值范围为0.95至1.05。
9.如权利要求8所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：激振部件（4）还包括下底板（401）、第二铰支座（402）、防护栏（404）、控制器（405）、上底板（406）、球铰支座（407）；四组第二铰支座（402）固定安装在下底板（401）上；防护栏（404）固定安装在下底板（401）上；四组球铰支座（407）固定安装在上底板（406）上；每组第二铰支座（402）与一个致动组件（403）第一端铰接；每组球铰支座（407）与一个致动组件（403）第二端铰接；上底板（406）与大理石平台（101）固定连接；控制器（405）与防护栏（404）可拆卸地固定连接；第一电机（102）、第二电机（107）、驱动电机（111）、第三电机（118）、第四电机（215）、第五电机（217）、第一传感器（114）、第二传感器（204）和磁粉制动器（210）均与控制器（405）电连接。
10.如权利要求9所述的一种转向中间轴耐久试验平台，其特征在于：致动组件（403）包括螺纹花套（40301）、预紧螺母（40302）、第三弹簧（40303）、第二花轴（40304）、偏心轴（40305）、工字架（40306）、球头（40307）、第六电机（40308）；螺纹花套（40301）底部用于与第二铰支座（402）铰接；预紧螺母（40302）套设在螺纹花套（40301）上且与螺纹花套（40301）螺纹配合；第二花轴（40304）第一端插入螺纹花套（40301）内；第二花轴（40304）上的外花键与螺纹花套（40301）上的内花键滑动配合；第三弹簧（40303）套设在螺纹花套（40301）上；第三弹簧（40303）两端分别与预紧螺母（40302）和第二花轴（40304）第二端接触配合；工字架（40306）固定安装在第二花轴（40304）第二端；第六电机（40308）固定安装在工字架（40306）上；偏心轴（40305）与第六电机（40308）输出轴固连；第六电机（40308）与控制器（405）电连接；球头（40307）固定安装在工字架（40306）上；球头（40307）用于与球铰支座（407）铰接。
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2023
- 2023-07-10 CN CN202310839014.1A patent/CN116558809B/zh active Active
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