專利名稱：汽車零部件約束反力測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械領域，尤其涉及車輛零部件動態強度模擬試驗臺架，特別是 一種汽車零部件約束反力測試裝置。
技術背景汽車由成千上萬個零部件組成。當其中一個零部件，特別是轉向柱支架，受到外力 負載作用時，該零件將受力傳遞或作用到周圍與之直接或間接相連的眾多其他零部件。換 言之，根據牛頓作用力與反作用力原理，直接或間接相連的眾多其他的零部件對該零部件 也有反作用力，或稱為約束反力，有時簡稱約束力，這種約束反力直接影響零部件乃至整個 汽車的功能和可靠性，因此在研發過程中，必須獲取這種約束反力，然而這種約束反力，不 但和外力負載、該零部件的結構有關，還和與之直接或間接相連的眾多其他零部件的結構 有關。也就是說，與之直接或間接相連的眾多其他零部件的剛度越大，則一般來說，約束反 力也越大。轉向系統是決定汽車主動安全性的關鍵總成，轉向系統的性能始終是各汽車廠 家和科研機構的重要課題，特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業化、車流密集化的今天， 汽車的操縱穩定性和安全性設計顯得尤為重要。轉向柱支架是連接轉向柱和其他零部件 (具有一定的剛度)的中間環節，即將來自方向盤、轉向柱的操作力(即外力負載)傳遞 給其他零部件，直至車身。而其他的零部件對轉向柱支架也有反作用力，或稱為約束反力。 現有技術中，由于轉向柱支架與其他零部件連接處的位置和結構原因，不容易直接從連接 處上測量轉向柱支架受到外力負載時，其他零部件通過連接處對轉向柱支架施加的約束反 力。轉向柱支架與轉向柱一樣，對汽車的安全性和可靠性有著非常重要的影響。因此，除了 必須的理論計算，還需對轉向柱支架進行耐久性臺架試驗，需要確定汽車零部件與其他零 部件連接處的約束反力，即待測處的受力狀態。現有技術中，缺乏針對轉向柱支架的耐久性 臺架試驗的有效方法。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種汽車零部件約束反力測試裝置，所述的這種汽車 零部件約束反力測試裝置要解決現有技術中不易直接測量汽車零部件特別是轉向柱支架 受到外力負載時的約束反力、同時缺乏耐久性試驗方法的技術問題。本實用新型的這種汽車零部件約束反力測試裝置由一個加載機構、一個測力機構 和一個臺架構成，其中，所述的臺架上設置有兩個軸承，所述的兩個軸承位于同一軸線上， 所述的加載機構由一個支架和一個加力機構構成，所述的支架由一個中間板和兩個轉動臂 構成，所述的中間板的兩端分別與所述的兩個轉動臂的一端固定連接，兩個轉動臂的另一 端各自與一個所述的軸承連接，中間板的中部設置有一個通孔，所述的加力機構由一個傳 力桿、一個拉力調節螺栓、一個壓力調節螺栓、一個右彈簧座、一個左彈簧座、一個內螺紋固 定套、一個內螺紋固定套螺母和一個彈簧構成，所述的傳力桿的前端設置有傳力桿軸肩，所 述的內螺紋固定套從中間板的一側穿過中間板中部的通孔，所述的內螺紋固定套螺母在中間板的另一側與內螺紋固定套鎖固，所述的右彈簧座和左彈簧座均設置在內螺紋固定套 內，所述的彈簧設置在右彈簧座和左彈簧座之間，所述的拉力調節螺栓位于內螺紋固定套 與傳力桿軸肩之間，所述的壓力調節螺栓位于內螺紋固定套與傳力桿螺母之間，拉力調節 螺栓、壓力調節螺栓、右彈簧座、彈簧和左彈簧座均與內螺紋固定套共軸，拉力調節螺栓、壓 力調節螺栓、右彈簧座和左彈簧座中均設置有軸向通孔，傳力桿穿過拉力調節螺栓、內螺紋 固定套、右彈簧座、彈簧、左彈簧座和壓力調節螺栓，傳力桿的后端設置有一個傳力桿螺母， 所述的測力機構由一個力傳感器構成，所述的力傳感器設置在傳力桿的前端端面上。進一步的，所述的拉力調節螺栓通過螺紋與內螺紋固定套的一端連接，或者與內 螺紋固定套脫開。進一步的，所述的壓力調節螺栓通過螺紋與內螺紋固定套的另一端連接，或者與 內螺紋固定套的另一端脫開。進一步的，所述的臺架上設置有一個被測汽車零部件固定裝置，所述的被測汽車 零部件固定裝置位于所述的兩個軸承之間，并且被測汽車零部件的待測處與兩個軸承共 線。進一步的，任意一個所述的轉動臂均垂直于所述的兩個軸承的軸線。進一步的，所述的傳力桿的后端連接有一個拉線位移傳感器。進一步的，所述的彈簧的彈性系數在測試轉向柱支架時為500N/20mm。進一步的，所述的臺架上相向設置有兩個短支撐軸，所述的兩個短支撐軸位于同 一軸線上，所述的兩個軸承各自設置在一個所述的短支撐軸上，所述的兩個轉動臂各自與 一個所述的軸承的外保持架固定連接。本實用新型的工作原理是首先在規定的外力負載情況下，在實車上，對被測零部 件例如轉向柱支架的特征位置，如應變較大位置進行應變測量，并進行記錄。然后從實車上 拆除被測零部件，轉移到測試裝置上。對被測零部件施加與實車上的外力負載相等的負載， 并且利用加載機構對被測汽車零部件與其他零部件連接處加載不同的模擬約束反力，在此 過程中，在同樣的特征位置上測量并觀察應變量，調節所施加的約束力或拉力的數值，并通 過旋轉整個加載機構來調節約束力的方向，即進行約束力的數值和方向的二維搜索，直到 在測試裝置上的被測零部件特征位置上的應變量與實車上在同樣規定的外力負載下所測 取的應變量相等或相近，這時測力機構上力傳感器顯示的數值即為對被測零件的約束力的 數值，計算加載機構旋轉過的角度得到約束反力的方向。在實現上述方法的測試裝置中，通 過兩個軸承將加載機構安裝在臺架上并支撐整個加載機構，并可以使整個加載機構圍繞兩 個軸承的短支撐軸軸線旋轉。拉線位移傳感器的拉線的另一端連接在測量盤上。測量盤與 連接軸固定連接。連接軸與被測汽車零部件例如轉向柱支架連接處相接觸。約束反力通過 連接軸施加在連接處上，當整個加載機構繞著固定軸線轉動時，拉線的長度跟隨角度發生 變化，這樣就可以將拉線長短變化換算為角度，間接測量得到不同的模擬約束反力的角度。 力傳感器用于測量約束反力的大小。壓力調節螺栓和拉力調節螺栓可以在內螺紋固定套中 改變左彈簧座和右彈簧座的位置，從而改變彈簧的位置及其變形量，以產生不同的模擬約 束反力。具體的，當測量拉力時，首先將壓力調節螺栓與內螺紋固定套脫離，內螺紋固定套 右側的拉力調節螺栓被逐漸擰進內螺紋固定套，右彈簧座、彈簧、左彈簧座以及壓力調節螺 栓依次向左運動。當壓力調節螺栓接觸到傳力桿后端的傳力桿螺母時，就停止向左運動，此時彈簧開始被壓縮，由于拉力調節螺栓和內螺紋固定套通過內螺紋連接，而內螺紋固定套 與中間板固定，所以彈簧的力依次加載在左彈簧座、壓力調節螺栓和傳力桿螺母上，方向向 左，從而使傳力桿的運動趨勢向左，即加載機構對被測零件的待測處施加了拉力。當兩個彈 簧座相互接觸時，加載拉力達到最大值。反之，當測量壓力時，首先將拉力調節螺栓與內螺 紋固定套脫離，內螺紋固定套左側的壓力調節螺栓被逐漸擰進內螺紋固定套，左彈簧座、彈 簧、右彈簧座以及拉力調節螺栓依次向右運動。當拉力調節螺栓接觸到傳力桿前端的傳力 桿軸肩時，就停止向右運動，此時彈簧開始被壓縮，由于壓力調節螺栓和內螺紋固定套通過 內螺紋連接，而內螺紋固定套與中間板固定，所以彈簧的力依次加載在右彈簧座、拉力調節 螺栓和傳力桿螺母上，方向向右，從而使傳力桿的運動趨勢向右，即加載測力機構對被測零 件的待測處施加了壓力。當兩個彈簧座相互接觸時，加載壓力達到最大值。本實用新型與已有技術相比較，其效果是積極和明顯的。本實用新型在規定的外 力負載下，利用加載機構對被測汽車零部件施加不同的模擬約束拉力或者壓力，同時旋轉 整個加載機構來調節約束反力的方向，進行約束反力的數值和方向的二維搜索，直到在測 試裝置上的被測零部件特征位置上的應變量與實車上在同樣規定的外力負載下所測取的 應變量相等或相近，當達到上述狀態時，可從測力機構的力傳感器中取得約束反力的數值， 計算加載機構旋轉過的角度得到約束反力的方向。測量精確度得到提高，并且操作簡便。
圖1是本實用新型中的測試汽車零部件約束反力裝置的示意圖。圖2是本實用新型中的測試汽車零部件約束反力裝置中的拉線位移傳感器的示 意圖。圖3是本實用新型中的測試汽車零部件約束反力裝置中的加力機構的示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的汽車零部件約束反力測試裝置，由一個加載 機構、一個測力機構和一個臺架(圖中未示)構成，其中，其中，所述的臺架上設置有一個軸 承1和一個軸承2，所述的軸承1和軸承2位于同一軸線上，所述的加載機構由一個支架和 一個加力機構構成，所述的支架由一個中間板8和兩個轉動臂9構成，所述的中間板8的兩 端分別與所述的兩個轉動臂9的一端固定連接，兩個轉動臂9的另一端各自與軸承1和軸 承2連接，中間板8的中部設置有一個通孔，所述的加力機構由一個傳力桿13、一個拉力調 節螺栓7、一個壓力調節螺栓6、一個右彈簧座12、一個左彈簧座11、一個內螺紋固定套16、 一個內螺紋固定套螺母17和一個彈簧10構成，所述的傳力桿13的前端設置有傳力桿軸肩 15，所述的內螺紋固定套16從中間板8的一側穿過中間板8中部的通孔，所述的內螺紋固 定套螺母17在中間板8的另一側與內螺紋固定套16鎖固，所述的右彈簧座12和左彈簧座 11均設置在內螺紋固定套16內，所述的彈簧10設置在右彈簧座12和左彈簧座11之間，所 述的拉力調節螺栓7可以通過螺紋與內螺紋固定套16的一端連接，也可以與內螺紋固定套 16的一端脫開，拉力調節螺栓7位于內螺紋固定套16與傳力桿軸肩15之間，所述的壓力調 節螺栓6可以通過螺紋與內螺紋固定套16的另一端連接，也可以與內螺紋固定套16的另 一端脫開，壓力調節螺栓6位于內螺紋固定套16與傳力桿螺母14之間，拉力調節螺栓7、壓力調節螺栓6、彈簧10、右彈簧座12和左彈簧座11均與內螺紋固定套16共軸，拉力調節螺 栓7、壓力調節螺栓6、右彈簧座12和左彈簧座11中均設置有軸向通孔，傳力桿13穿過拉 力調節螺栓7、內螺紋固定套16、右彈簧座12、彈簧10、左彈簧座11和壓力調節螺栓6，傳力 桿13的后端設置有一個傳力桿螺母14，傳力桿13的前端端面連接有一個力傳感器4。進一步的，所述的臺架上設置有一個被測汽車零部件固定裝置，所述的被測汽車 零部件固定裝置位于所述的一個軸承1和一個軸承2之間，并且被測汽車零部件的待測處 22與軸承1、軸承2三者共線。進一步的，任意一個所述的轉動臂9均垂直于軸承1和軸承2的軸線。進一步的，所述的傳力桿13的后端連接有一個拉線位移傳感器3。進一步的，所述的彈簧10的彈性系數在測試轉向柱支架時為500N/20mm。進一步的，所述的臺架上相向設置有兩個短支撐軸20，所述的兩個短支撐軸20位 于同一軸線上，所述的軸承1和軸承2各自設置在一個短支撐軸20上，兩個轉動臂9各自 與軸承1和軸承2的外保持架固定連接。在本發明的一個優選實施例中，其工作過程為通過軸承1和軸承2將加載機構安 裝在臺架上并支撐整個加載機構，并可以使整個加載機構圍繞與軸承1和軸承2共軸的短 支撐軸20旋轉，軸承1和軸承2使用內孔為IOmm的球軸承。中間板8通過兩根轉動臂9 與軸承1和軸承2連接。拉線位移傳感器3作為旋轉角度的測量使用。拉線位移傳感器3 的拉線21的另一端連接在測量盤18上。測量盤18與連接軸5固定連接。連接軸5與被 測汽車零部件19例如轉向柱支架連接處22相接觸。約束反力通過連接軸5施加在連接處 22上，當整個加載機構繞著固定軸線轉動時，拉線會跟隨角度的變化而長短會發生變化，這 樣就可以根據拉線長短變化換算為角度，通過間接測量得到約束反力的角度。力傳感器4 用于測量約束反力的大小。壓力調節螺栓6和拉力調節螺栓7為兩個帶螺紋的可以單獨左右旋進或者旋出內 螺紋固定套16的調節螺栓。壓力調節螺栓6和拉力調節螺栓7之間設置有一個彈簧10、一 個左彈簧座11和一個右彈簧座12，約束反力通過彈簧10變形產生。這些部件是加載約束 反力的核心部件。具體的工作原理當測量拉力時，首先將壓力調節螺栓6與內螺紋固定套16脫 離，內螺紋固定套右側的拉力調節螺栓7逐漸擰進內螺紋固定套16時，右彈簧座12、彈簧 10、左彈簧座11以及脫離了內螺紋固定套16的壓力調節螺栓6依次向左運動。當壓力調 節螺栓6接觸到傳力桿I3左側的傳力桿螺母14時，就無法再向左運動，此時彈簧10開始 壓縮，由于拉力調節螺栓7和內螺紋固定套16通過內螺紋連接，而內螺紋固定套16在中間 板8固定不動，所以彈簧10的力依次加載在左彈簧座11、壓力調節螺栓6和傳力桿螺母14 上，方向向左，從而使傳力桿13向左，即加載機構對被測零件19的待測處22施加了拉力。 直到彈簧座11和彈簧座12相互接觸，此時加載拉力達到最大值。反之，當測量壓力時，首 先將拉力調節螺栓7與內螺紋固定套16脫離，內螺紋固定套16左側的壓力調節螺栓6逐 漸擰進內螺紋固定套16時，左彈簧座11、彈簧10、右彈簧座12以及脫離了內螺紋固定套16 的拉力調節螺栓7依次向右運動。當拉力調節螺栓7接觸到傳力桿13右側的傳力桿軸肩 15時，就無法再向右運動，此時彈簧10開始壓縮，由于壓力調節螺栓6和內螺紋固定套16 通過內螺紋連接，而內螺紋固定套16在中間板8固定不動，所以彈簧10的力依次加載在右彈簧座12、拉力調節螺栓7和傳力桿螺母15上，方向向右，從而使傳力桿13向右，即加載機 構對被測零件19的連接處22施加了壓力。直到兩個彈簧座11和12接觸，此時加載壓力 達到最大值。在選擇彈簧10時，為了保證加載一定大小的力以及力的調節精度，選用了彈性系 數適量的螺旋彈簧，當載荷為500N時壓縮20mm。此外，傳力桿軸肩15也可以由設置在傳力桿13前端的螺母構成。試驗過程如下首先在規定的外力負載情況下，在實車上，對被測零部件(特別是轉向柱支架)的 特征位置，如應變較大位置進行應變測量，并進行記錄。然后從實車上拆除被測零部件(特別是轉向柱支架)，裝到加載機構上。對被測零部件施加同樣的規定的外力負載，在同樣的特征位置上測量并觀察應變量。通過旋轉壓力調節螺栓6或者拉力調節螺栓7，調節所施加的約束反力或拉力的 數值；通過旋轉整個加載機構，調節約束反力的方向，即進行約束反力的數值和方向的二維 搜索，直到在測試裝置上的被測零部件特征位置上的應變量與實車上在同樣規定的外力負 載下所測取的應變量相等或相近，這時加載機構上力傳感器4顯示的數值即為對被測零件 的約束反力的數值，而拉線位移傳感器3的數值經過換算，可以得到約束反力的方向。
權利要求一種汽車零部件約束反力測試裝置，由一個加載機構、一個測力機構和一個臺架構成，其特征在于所述的臺架上設置有兩個軸承，所述的兩個軸承位于同一軸線上，所述的加載機構由一個支架和一個加力機構構成，所述的支架由一個中間板和兩個轉動臂構成，所述的中間板的兩端分別與所述的兩個轉動臂的一端固定連接，兩個轉動臂的另一端各自與一個所述的軸承連接，中間板的中部設置有一個通孔，所述的加力機構由一個傳力桿、一個拉力調節螺栓、一個壓力調節螺栓、一個右彈簧座、一個左彈簧座、一個內螺紋固定套、一個內螺紋固定套螺母和一個彈簧構成，所述的傳力桿的前端設置有傳力桿軸肩，所述的內螺紋固定套從中間板的一側穿過中間板中部的通孔，所述的內螺紋固定套螺母在中間板的另一側與內螺紋固定套鎖固，所述的右彈簧座和左彈簧座均設置在內螺紋固定套內，所述的彈簧設置在右彈簧座和左彈簧座之間，所述的拉力調節螺栓位于內螺紋固定套與傳力桿軸肩之間，所述的壓力調節螺栓位于內螺紋固定套與傳力桿螺母之間，拉力調節螺栓、壓力調節螺栓、右彈簧座、彈簧和左彈簧座均與內螺紋固定套共軸，拉力調節螺栓、壓力調節螺栓、右彈簧座和左彈簧座中均設置有軸向通孔，傳力桿穿過拉力調節螺栓、內螺紋固定套、右彈簧座、彈簧、左彈簧座和壓力調節螺栓，傳力桿的后端設置有一個傳力桿螺母，所述的測力機構由一個力傳感器構成，所述的力傳感器設置在傳力桿的前端端面上。
2.如權利要求1所述的汽車零部件約束反力測試裝置，其特征在于所述的拉力調節 螺栓通過螺紋與內螺紋固定套的一端連接，或者與內螺紋固定套脫開，所述的壓力調節螺 栓通過螺紋與內螺紋固定套的另一端連接，或者與內螺紋固定套的另一端脫開。
3.如權利要求1所述的汽車零部件約束反力測試裝置，其特征在于所述的臺架上設 置有一個被測汽車零部件固定裝置，所述的被測汽車零部件固定裝置位于所述的兩個軸 承之間，并且被測汽車零部件的待測處與兩個軸承共線。
4.如權利要求1所述的汽車零部件約束反力測試裝置，其特征在于任意一個所述的 轉動臂均垂直于所述的兩個軸承的軸線。
5.如權利要求1所述的汽車零部件約束反力測試裝置，其特征在于所述的傳力桿的 后端連接有一個拉線位移傳感器。
6.如權利要求1所述的汽車零部件約束反力測試裝置，其特征在于所述的彈簧的彈 性系數在測試轉向柱支架時為500N/20mm。
7.如權利要求1所述的汽車零部件約束反力測試裝置，其特征在于所述的臺架上相 向設置有兩個短支撐軸，所述的兩個短支撐軸位于同一軸線上，所述的兩個軸承各自設置 在一個所述的短支撐軸上，所述的兩個轉動臂各自與一個所述的軸承的外保持架固定連 接。
專利摘要一種測試汽車零部件約束反力的裝置，由加載機構、測力機構和臺架構成，臺架上設置有兩個軸承，兩個軸承與待測處三者位于同一軸線上，加載機構通過轉動臂與軸承連接。加載機構中設置有彈簧和彈簧位置及變形量調整螺栓。利用加載機構對被測汽車零部件施加不同的模擬約束拉力或者壓力，同時旋轉整個加載機構來調節約束反力的方向，進行約束反力的數值和方向的二維搜索，直到在測試裝置上的被測零部件特征位置上的應變量與實車上在同樣規定的外力負載下所測取的應變量相等或相近，當達到上述狀態時，可從測力機構的力傳感器中取得約束反力的數值，計算加載機構旋轉過的角度得到約束反力的方向。測量精確度得到提高，并且操作簡便。
文檔編號G01M99/00GK201680982SQ201020167520
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者何稚樺, 劉新田, 徐兆坤, 李錦 申請人:上海工程技術大學