CN116973133B - 一种自行车架后制动器疲劳测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自行车架后制动器疲劳测试装置及方法，包括前置限位组件、中置固定组件、后置传动组件；前置限位组件与自行车架头管固定连接，用于限制自行车架车架上下移动；中置固定组件与自行车架中轴固定连接，用于固定自行车架；后置传动组件与自行车架尾钩、制动器固定连接，用于传动力矩至制动器。本发明有益效果：提高车架后制动器疲劳测试的精确性。
Description
技术领域
本发明属于自行车性能测试技术领域，尤其是涉及一种自行车架后制动器性能测试装置及方法。
背景技术
现有的自行车大多由车架、前叉、车头组件、车轮、传动系统、车座与座管、制动系统、变速系统、悬挂系统等组件组成。其中，碟刹是一种常见的制动系统，它与车架连接，提供制动功能。根据新版的自行车标准ISO4210-6:2023，车架和制动组件在组装后需要进行疲劳测试。然而，尽管自行车的基本结构已经形成了行业标准，但目前市场上缺乏能够精确测试车架后制动器疲劳极限及其相关参数的设备。尤其是后碟刹制动测试设备的标准化还存在较大的缺口。因此，为确保自行车的安全性和可靠性，需要进一步开发和推广适合测试车架后制动器的疲劳极限的设备。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种自行车架后制动疲劳测试装置及方法，以提高车架后制动器疲劳测试的精确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自行车架后制动器疲劳测试装置。
进一步的，包括自行车架、制动器，前置限位组件、中置固定组件、后置传动组件；前置限位组件与自行车架头管固定连接，用于限制自行车架车架上下移动；中置固定组件与自行车架中轴固定连接，用于固定自行车架；后置传动组件与自行车架尾钩、制动器固定连接，用于传动力矩至制动器。
进一步的，所述前置限位组件包括滑轨、滑台、轴承座、导柱、固定块，滑轨与滑台滑动连接，轴承座固定在滑台上；导柱的一端设有通孔，导柱通过此通孔与轴承座转动连接，固定块穿过导柱并与其固定连接，固定块与自行车架头管固定连接。
进一步的，所述中置固定组件包括底座、卡板、固定轴，卡板固定在底座上，固定轴固定在卡板上；固定轴穿过自行车架中轴，用于固定自行车架。
进一步的，所述后置传动组件包括升降台、气缸、传动臂、轮轴、转轴，气缸固定在升降台上，传动臂的一端通过转轴与气缸的输出端连接，轮轴与传动臂的另一端转动连接；制动器包括卡钳、碟片，卡钳与自行车架固定连接，轮轴穿过碟片并与自行车架尾钩固定连接，传动臂与碟片固定连接。
进一步的，所述气缸的伸缩方向为水平方向，碟片与卡钳摩擦连接，用于传递力矩至卡钳与自行车架的连接部。
进一步的，一种自行车架后制动器疲劳测试方法，基于所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置，包括力传感器、计算机，计算机连接气缸、力传感器，用于控制气缸的运作，力传感器安装在所述气缸的输出端，用于记录气缸的输出信息并传输至计算机；测试方法包括静态制动疲劳测试、紧急制动疲劳测试。
进一步的，静态制动疲劳测试包括以下步骤：
S1、安置自行车架：利用中置固定组件和后置传动组件固定自行车架，调整导柱角度使自行车架处于正常姿态；
S2、模拟车轮半径：调节升降台的高度，同时更改传动臂与气缸输出端的相对连接位置，使传动臂保持竖向，轮轴与转轴的直线距离为车轮半径R；
S3、向前推动并判断工况：计算机控制气缸向前推动，力传感器测得向前力F1并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸的向前力F1，F1到达阈值则转到S4；F1始终小于阈值则转到S8；
S4、维持静态推动力：计算机控制气缸停止向前推动但维持向前力F1作为支撑力达t1时间，并且计算机记录气缸的推动次数N；
S5、向后拉动并判断工况：计算机控制气缸向后拉动，力传感器测得向后力F2并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸的向后力F2，F2到达阈值则转到S6；F2始终小于阈值则转到S8；
S6、维持静态拉动力：计算机控制气缸停止向后拉动但维持向后力F2作为支撑力达t2时间；
S7、判断作用次数：计算机判断推动次数N是否大于设定值，若N大于或等于设定值则转到S8，若N小于设定值则回到S3；
S8、停止测试：计算机控制气缸复位停止测试，并输出全程疲劳变化曲线图；
根据全程疲劳变化曲线图和推动次数N评价制动器的疲劳强度。
进一步的，紧急制动疲劳测试包括以下步骤：
T1、安置自行车架：利用中置固定组件和后置传动组件固定自行车架，调整导柱角度使自行车架处于正常姿态；
T2、模拟车轮半径：调节升降台的高度，同时更改传动臂与气缸输出端的相对连接位置，使传动臂保持竖向，轮轴与转轴的直线距离为车轮半径R；
T3、向前推动并判断工况：计算机控制气缸向前推动，力传感器测得向前力F1并发出信号至计算机，期间计算机判断气缸的向前力F1，并记录气缸的推动次数N和向前力F1，F1到达阈值则转到T4；F1始终小于阈值则转到T6；
T4、向后拉动并判断工况：计算机控制气缸向后拉动，力传感器测得向后力F2并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸的向后力F2，F2到达阈值则转到T5；F2始终小于阈值则转到T6；
T5、判断作用次数：计算机判断推动次数N是否大于设定值，若N大于或等于设定值则转到T6，若N小于设定值则回到T3；
T6、停止测试：计算机控制气缸复位停止测试，并输出全程疲劳变化曲线图；
根据全程疲劳变化曲线图和推动次数N评价制动器的疲劳强度。
相对于现有技术，本发明所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置及方法具有以下有益效果：
（1）本发明所述的测试装置，利用前置限位组件调整自行车架正常骑行的姿态，中置固定组件固定自行车架，后置传动组件传动力矩给制动器，通过前置限位组件、中置固定组件、后置传动组件模拟出自行车架的后制动器更加真实受力环境，提高了车架后制动器疲劳测试的精确性；
（2）本发明所述的测试方法，设有静态制动疲劳测试和紧急制动疲劳测试两种测试方法，利用力传感器能够精确控制输出力，同时计算机可精确读取疲劳测试过程中的负载力变化，从而可以精确定量后制动器的破裂强度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的测试装置轴测图示意图；
图2为本发明实施例所述的测试装置俯视图示意图；
图3为本发明实施例所述的测试装置（带自行车架）正视图示意图；
图4为本发明实施例所述的测试装置（带自行车架）轴测图示意图；
图5为本发明实施例所述的测试装置（带自行车架）局部轴测图示意图；
图6为本发明实施例所述的静态制动疲劳测试流程图示意图；
图7为本发明实施例所述的紧急制动疲劳测试流程图示意图。
附图标记说明：
1-前置限位组件；101-滑轨；102-滑台；103-轴承座；104-导柱；105-固定块；2-中置固定组件；201-底座；202-卡板；203-固定轴；3-后置传动组件；301-升降台；302-气缸；303-传动臂；304-轮轴；305-转轴；4-自行车架；5-卡钳；6-碟片；7-力传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图5所示，一种自行车架后制动器疲劳测试装置，制动器采用现有常见的碟刹制动器，安装在自行车架4后轮处，用于制动后轮。测试装置包括前置限位组件1、中置固定组件2、后置传动组件3。前置限位组件1与自行车架4头管固定连接，用于限制自行车架4车架上下移动，但能够支撑自行车前后平动。中置固定组件2与自行车架4中轴固定连接，中轴作为自行车架4的主承载力位置，通过固定自行车架4中轴继而固定自行车架4的平动和旋转。后置传动组件3与自行车架4尾钩和制动器固定连接，用于传动力矩至制动器上。
具体的，前置限位组件1包括滑轨101、滑台102、轴承座103、导柱104、固定块105，滑轨101与滑台102进行滑动连接，轴承座103固定在滑台102上。导柱104的一端设有通孔，导柱104通过此通孔与轴承座103转动连接，配合滑台102使导柱104获得一个移动自由度和一个旋转自由度，固定块105穿过导柱104并与导柱104固定连接，固定块105与自行车架4头管固定连接。
具体的，中置固定组件2包括底座201、卡板202、固定轴203，卡板202固定在底座201上，固定轴203固定在卡板202上，固定轴203穿过自行车架4中轴，继而固定自行车架4。
具体的，后置传动组件3包括升降台301、气缸302、传动臂303、轮轴304、转轴305，气缸302固定在升降台301上。传动臂303的一端通过转轴305与气缸302的输出端连接，并且传动臂303的此端设有多个安装孔，传动臂303通过安装孔与转轴305进行转动连接，转轴305则是与气缸302输出端固定连接，使得传动臂303获得一个旋转自由度。轮轴304与传动臂303的另一端转动连接。后置传动组件3的轮轴304、中置固定组件2的固定轴203、前置限位组件1的导柱104三者作用点因在同一平面上，因使自行车架4可以按照带有轮胎的自然姿态安置在测试装置上，同时不受到额外的作用力。
制动器包括卡钳5、碟片6，卡钳5与自行车架4固定连接，轮轴304穿过碟片6并与自行车架4尾钩固定连接，传动臂303与碟片6固定连接。气缸302的伸缩方向为水平方向，碟片6与卡钳5摩擦连接，用于传递力矩至卡钳5与自行车架4的连接部。传动原理是：当气缸302水平推动时，传动臂303与轮轴304形成一个杠杆原理，传动臂303为杠杆，轮轴304成为支点，气缸302水平的推力传递到碟片6则转变成力矩，制动器与自行车架4的连接部位受到传动力的作用。
一种自行车架后制动器疲劳测试方法，基于该测试装置，包括力传感器7、计算机。计算机连接气缸302、力传感器7，力传感器7安装在气缸302的输出端，力传感器7可记录气缸302的负载力并且传输信号至计算机，用于控制气缸302的运作。测试方法包括静态制动疲劳测试、紧急制动疲劳测试。
实施例1，如图6所示，静态制动疲劳测试包括以下步骤：
S1、安置自行车架4：利用中置固定组件2和后置传动组件3固定自行车架4，调整导柱104角度使自行车架4处于正常姿态，并使卡钳5与碟片6摩擦连接，轮轴304具有转动的意图；
S2、模拟车轮半径：调节升降台301的高度，同时调试传动臂303的安装孔与气缸302连接，在改动传动臂303与气缸302输出端的相对连接位置时，使传动臂303保持竖向，轮轴304与转轴305的直线距离为车轮半径R，R优选与自行车架4配对的车轮最大半径相同；
S3、向前推动并判断工况：计算机控制气缸302向前推动，力传感器7测得向前力F1并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸302的向前力F1，若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F1到达设定的阈值则转到S4，该阈值可根据不同的自行车架4或工况下调整；若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F1始终小于设定的阈值则转到S8，表示制动器的安装部位或后置传动组件3发生破坏性的形变或断裂；
S4、维持静态推动力：计算机控制气缸302停止向前推动但维持向前力F1作为支撑力达t1时间，使制动器持续受到稳定的力矩作用，计算机记录气缸302的推动次数N；
S5、向后拉动并判断工况：计算机控制气缸302向后拉动，力传感器7测得向后力F2并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸302的向后力F2，若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F2到达设定的阈值则转到S6，该阈值可根据不同的自行车架4或工况下调整；若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F2始终小于设定的阈值则转到S8，表示制动器的安装部位或后置传动组件3发生破坏性的形变或断裂；
S6、维持静态拉动力：计算机控制气缸302停止向后拉动但维持向后力F2作为支撑力达t2时间，使制动器持续受到稳定的力矩作用；
S7、判断作用次数：计算机判断推动次数N是否大于设定值，若N大于或等于设定值则转到S8，若N小于设定值则回到S3；
S8、停止测试：计算机控制气缸302复位停止测试，并根据向前力F1和向后力F2的变化输出全程疲劳变化曲线图；
根据全程疲劳变化曲线图和推动次数N评价制动器的疲劳强度，推动次数未达到设定值可能是制动器与自行车架4连接部位发生断裂。
实施例2，如图7所示，紧急制动疲劳测试包括以下步骤：
T1、安置自行车架4：安置自行车架4：利用中置固定组件2和后置传动组件3固定自行车架4，调整导柱104角度使自行车架4处于正常姿态，并使卡钳5与碟片6摩擦连接，轮轴304具有转动的意图；
T2、模拟车轮半径：调节升降台301的高度，同时调试传动臂303的安装孔与气缸302连接，在改动传动臂303与气缸302输出端的相对连接位置时，使传动臂303保持竖向，轮轴304与转轴305的直线距离为车轮半径R，R优选与自行车架4配对的最大车轮半径相同；
T3、向前推动并判断工况：计算机控制气缸302向前推动，力传感器7测得向前力F1并发出信号至计算机，期间计算机判断气缸302的向前力F1，并记录气缸302的推动次数N和向前力F1，若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F1到达设定的阈值则转到T4，该阈值可根据不同的自行车架4或工况下调整；若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F1始终小于设定的阈值则转到T6，表示制动器的安装部位或后置传动组件3发生破坏性的形变或断裂；
T4、向后拉动并判断工况：计算机控制气缸302向后拉动，力传感器7测得向后力F2并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸302的向后力F2，若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F2到达设定的阈值则转到T5，该阈值可根据不同的自行车架4或工况下调整；若在标准工作周期时间或气缸302标准行程内，F2始终小于设定的阈值则转到T6，表示制动器的安装部位或后置传动组件3发生破坏性的形变或断裂；
T5、判断作用次数：计算机判断推动次数N是否大于设定值，若N大于或等于设定值则转到T6，若N小于设定值则回到T3；
T6、停止测试：计算机控制气缸302复位停止测试，并根据向前力F1和向后力F2的变化输出全程疲劳变化曲线图；
根据全程疲劳变化曲线图和推动次数N评价制动器的疲劳强度。
静态制动疲劳测试与紧急制动疲劳测试区别在于向前力F1和向后力F2的控制，静态制动疲劳测试会控制向前力F1和向后力F2到达设定值后维持一段时间模拟自行车静止时制动器受到的力；紧急制动疲劳测试则是当向前力F1达到设定值后立即向后拉动，当向后力F2达到设定值后立即向前推动，以此反复运动模拟自行车运动时多次紧急制动受到的力。推动次数N优选20000次。
具体的，本技术方案中涉及的信息传输、信号处理、控制方式、控制逻辑均采用现有技术即可实现，包括力传感器7、计算机、气缸302皆是采用现有的设备。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)
1.一种自行车架后制动器疲劳测试装置，包括自行车架(4)、制动器，其特征在于：包括前置限位组件(1)、中置固定组件(2)、后置传动组件(3)；
前置限位组件(1)与自行车架(4)头管固定连接，用于限制自行车架(4)车架上下移动；
中置固定组件(2)与自行车架(4)中轴固定连接，用于固定自行车架(4)；
后置传动组件(3)与自行车架(4)尾钩、制动器固定连接，用于传动力矩至制动器；
所述后置传动组件(3)包括气缸(302)；
在进行自行车架后制动器疲劳测试过程中，包括力传感器(7)、计算机，计算机连接气缸(302)、力传感器(7)，用于控制气缸(302)的运作，力传感器(7)安装在所述气缸(302)的输出端，用于记录气缸(302)的输出信息并传输至计算机；
测试方法包括静态制动疲劳测试；
静态制动疲劳测试包括以下步骤：
S1、安置自行车架(4)：利用中置固定组件(2)和后置传动组件(3)固定自行车架(4)，调整导柱(104)角度使自行车架(4)处于正常姿态；
S2、模拟车轮半径：调节升降台(301)的高度，同时更改传动臂(303)与气缸(302)输出端的相对连接位置，使传动臂(303)保持竖向，轮轴(304)与转轴(305)的直线距离为车轮半径R；
S3、向前推动并判断工况：计算机控制气缸(302)向前推动，力传感器(7)测得向前力F1并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸(302)的向前力F1，F1到达阈值则转到S4；F1始终小于阈值则转到S8；
S4、维持静态推动力：计算机控制气缸(302)停止向前推动但维持向前力F1作为支撑力达t1时间，并且计算机记录气缸(302)的推动次数N；
S5、向后拉动并判断工况：计算机控制气缸(302)向后拉动，力传感器(7)测得向后力F2并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸(302)的向后力F2，F2到达阈值则转到S6；F2始终小于阈值则转到S8；
S6、维持静态拉动力：计算机控制气缸(302)停止向后拉动但维持向后力F2作为支撑力达t2时间；
S7、判断作用次数：计算机判断推动次数N是否大于设定值，若N大于或等于设定值则转到S8，若N小于设定值则回到S3；
S8、停止测试：计算机控制气缸(302)复位停止测试，并输出全程疲劳变化曲线图；
根据全程疲劳变化曲线图和推动次数N评价制动器的疲劳强度。
2.根据权利要求1所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置，其特征在于：所述前置限位组件(1)包括滑轨(101)、滑台(102)、轴承座(103)、导柱(104)、固定块(105)，滑轨(101)与滑台(102)滑动连接，轴承座(103)固定在滑台(102)上；
导柱(104)的一端设有通孔，导柱(104)通过此通孔与轴承座(103)转动连接，固定块(105)穿过导柱(104)并与其固定连接，固定块(105)与自行车架(4)头管固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置，其特征在于：所述中置固定组件(2)包括底座(201)、卡板(202)、固定轴(203)，卡板(202)固定在底座(201)上，固定轴(203)固定在卡板(202)上；
固定轴(203)穿过自行车架(4)中轴，用于固定自行车架(4)。
4.根据权利要求1所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置，其特征在于：所述后置传动组件(3)包括升降台(301)、传动臂(303)、轮轴(304)、转轴(305)，气缸(302)固定在升降台(301)上，传动臂(303)的一端通过转轴(305)与气缸(302)的输出端连接，轮轴(304)与传动臂(303)的另一端转动连接；
制动器包括卡钳(5)、碟片(6)，卡钳(5)与自行车架(4)固定连接，轮轴(304)穿过碟片(6)并与自行车架(4)尾钩固定连接，传动臂(303)与碟片(6)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置，其特征在于：所述气缸(302)的伸缩方向为水平方向，碟片(6)与卡钳(5)摩擦连接，用于传递力矩至卡钳(5)与自行车架(4)的连接部。
6.一种自行车架后制动器疲劳测试方法，基于权利要求1-5所述的一种自行车架后制动器疲劳测试装置，其特征在于： 测试方法包括紧急制动疲劳测试。
7.根据权利要求6所述的一种自行车架后制动器疲劳测试方法，其特征在于：紧急制动疲劳测试包括以下步骤：
T1、安置自行车架(4)：利用中置固定组件(2)和后置传动组件(3)固定自行车架(4)，调整导柱(104)角度使自行车架(4)处于正常姿态；
T2、模拟车轮半径：调节升降台(301)的高度，同时更改传动臂(303)与气缸(302)输出端的相对连接位置，使传动臂(303)保持竖向，轮轴(304)与转轴(305)的直线距离为车轮半径R；
T3、向前推动并判断工况：计算机控制气缸(302)向前推动，力传感器(7)测得向前力F1并发出信号至计算机，期间计算机判断气缸302的向前力F1，并记录气缸302的推动次数N和向前力F1，F1到达阈值则转到T4；F1始终小于阈值则转到T6；
T4、向后拉动并判断工况：计算机控制气缸(302)向后拉动，力传感器(7)测得向后力F2并发出信号至计算机，期间计算机记录并判断气缸(302)的向后力F2，F2到达阈值则转到T5；F2始终小于阈值则转到T6；
T5、判断作用次数：计算机判断推动次数N是否大于设定值，若N大于或等于设定值则转到T6，若N小于设定值则回到T3；
T6、停止测试：计算机控制气缸(302)复位停止测试，并输出全程疲劳变化曲线图；
根据全程疲劳变化曲线图和推动次数N评价制动器的疲劳强度。
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