专利名称：一种汽车车架刚度测试约束装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种汽车车架(身)刚度测试用约束装置，属于汽车产品测试技 术领域。
背景技术：
车架(身)作为汽车的承载基体支撑着发动机、离合器、变速器、转向器等相关部 件，承受着弯曲、扭转等多种载荷的作用。车架刚度不足会引起振动和噪声，也会使汽车的 乘坐舒适性、操作稳定性下降，但车架的扭转刚度又不宜过大，否则会使车架和悬架系统的 载荷增大导致轮胎的接地性变差。因此，对车架(身)的刚度进行测试、校核就显得尤为重 要。虽然，国内外对车架的刚度计算在理论上做出不少尝试，特别是有限元方法的应用为车 架刚度的计算提供了有效手段，但由于车架(身)本身结构的复杂性，这些方法都有一定的 局限性，通常只能做定性的比较计算，车架(身)的刚度最终还需通过实验测试来确定。
车架(身)刚度的测试是确定其刚度的重要手段之一，主要包括弯曲刚度及扭转刚 度的测试。我国的刘惟信及日本的小田柿浩三在其各自所著的《汽车设计》中给出了车架 刚度的简化计算公式及试验测试的基本要求。这些要求包括测试车架(身)的弯曲刚度时， 是在前后轴处设置刚性支撑并模拟实际负荷情况加载；测定车架(身)的扭转刚度时，应注 意车架在试验台架上的紧固情况，以避免试验装置对其刚度产生的影响。然而，这些文献中 均未给出测试的具体约束方法及约束装置的具体结构。实际上，目前国内各个汽车厂商在对车架(身)刚度进行测试时，所使用的约束方 法各不相同。如亚星_奔驰公司对其YBL6100C43aH新车型、广东福迪汽车有限公司对其 NHQ6470EG2Y型汽车和长安汽车集团对其“长安之星”微型客车，其车架(身)刚度测试所采 用的约束方法明显不同。约束方法不同，其对应的约束装置的复杂程度也不相同，越复杂的 约束装置，其通用性越差，造价也较高。目前，从所查找到的专利文献中，还未涉及对汽车车架(身)刚度测试时所采用的 约束方法及方法所对应装置。
发明内容
本发明提供一种用于测试汽车车架(身)刚度的约束装置，能够适用于不同车型， 且该约束装置因在测试时对车架的约束方法简单、易行，因此约束装置结构简单、通用性 好。本发明的技术方案为在进行汽车车架(身)刚度的测试时，约束主要考虑地面通 过车轮、前后悬架给车架传来的力和不同工况下所带来的特定限制，根据最小约束原理，充 分考虑车架的实际使用状况来实现其刚度测试约束，设汽车车架纵梁方向为X方向、横梁 方向为Y方向、垂直于地面方向为Z方向。弯曲工况模拟在满载状态下，四轮着地时汽车在良好路面勻速直线行驶的状态。 根据最小约束原理，弯曲刚度测试时，约束汽车后或前桥在车架(身)右或左纵梁上竖直投影点在x、Y、z三个方向的平动自由度；约束后或前桥在车架(身)左或右纵梁上竖直投影点 在X和Z两个方向的平动自由度；约束前或后桥在车架(身)左、右纵梁上竖直投影点在Z方 向平动自由度，使车架(身)在X和Y方向形成简支梁结构，实现车架(身)的最小约束。扭转工况模拟汽车在低速通过崎岖不平路面，产生的左、右两车轮一个悬空而另 一个被抬高时汽车的受力状态。其中包括车架前部扭转和后部扭转两种情况。当车架(身) 发生前部扭转时，汽车两后轮在同一高度位置，此时约束后桥在车架(身)右或左纵梁上竖 直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；约束后桥在车架左或右纵梁上竖直投影点在 X和Z两个方向的平动自由度；由于扭转时，两前轮一高一低，在车架前部横梁上一点其Z 坐标位置不发生改变，此时可约束前桥轴线与汽车中心对称平面交点的Z方向上平动自由 度。车架(身)发生后部扭转时，其约束与前部扭转相似，可约束前桥在车架(身)左或 右纵梁上竖直投影点在x、Y、z三个方向的平动自由度；约束前桥在车架右或左纵梁上竖直 投影点在X和Z两个方向的平动自由度；约束后桥轴线与汽车中心对称平面交点的Z方向 上平动自由度。本发明所述汽车车架(身)刚度测试用约束装置，其特征在于在采用上述 约束方 法进行的车架(身)刚度测试时，其弯曲刚度和扭转刚度测试约束装置均将车架(身)形成简 支梁结构，释放了相应约束位置处的三个旋转自由度；所述约束方法对应的装置包括约束 Z组件、约束XZ组件和约束XYZ组件。约束XYZ组件只包括旋转约束释放部分，由关节轴承、轴、轴支撑架等组成，构成 球铰结构，释放了相应约束位置处三个旋转自由度。约束XZ组件包括旋转约束释放和平动约束释放两部分；旋转约束释放部分与约 束Z组件相同，由关节轴承、轴、轴支撑架等组成，构成球铰结构，释放了相应约束位置处的 三个旋转自由度；平动约束释放部分包括滑块支撑板、滑块夹板、滑块组件，滑块组件设置 于一个滑块支撑板和一个滑块夹板之间，滑块组件上端通过螺钉与滑块支撑板相连，滑块 组件下端通过螺钉与滑块夹板相连，释放了相应约束位置处与滑块滑动方向平行的一个平 动自由度。约束Z组件包括旋转约束释放和平动约束释放两个部分；旋转约束释放部分与约 束Z组件相同，由关节轴承、轴、轴支撑架等组成，构成球铰结构，释放了相应约束位置处的 三个旋转自由度；平动约束释放部分包括两个滑块支撑板、一个滑块夹板和两个滑块组件。 两个滑块组件交叉垂直设置于一个滑块夹板上下两端，通过螺钉与滑块夹板相连，两个滑 块支撑板分别设置于两个滑块组件的上下两端，通过螺钉与滑块组件相连，可释放相应约 束位置处与两个滑块滑动方向平行的两个平动自由度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1 车架(身)弯曲刚度测试的约束位置及原理示意图。图2 车架(身)前部扭转刚度测试的约束位置及原理示意图。图3 车架(身)后部扭转刚度测试的约束位置及原理示意图。图4 约束Z组件结构组成主视图。
图5 约束Z组件结构组成左视图。
图6 约束XZ组件结构组成图。图7 约束XYZ组件结构组成图。图8 滑块支撑板结构示意图。图9 滑块夹板结构示意图。图中1-约束Z组件；2-约束XZ组件；3-约束XYZ组件；4_顶部支撑板；5_关 节轴承；6-关节轴承垫圈；7-螺母；8-轴；9-轴支撑架；10-滑块支撑板；11-螺栓；12-滑 块夹板；13-滑块组件；14-滑块支撑板螺钉；15-滑块夹板螺钉。
具体实施例方式车架(身)弯曲工况刚度测试的约束位置及原理，如图1所示。使用一个约束 XYZ 组件3，约束汽车后桥在车架(身)右纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度。 约束XYZ组件3的上方为夹具组件，使用双点画线表示，用于夹紧车架纵梁；底部为支撑组 件，同样使用双点画线表示，支撑在地基上。图1一图4中相应各处情况与此类似，不再说 明；使用一个约束XZ组件2，约束后桥在车架(身)左纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向 的平动自由度；使用两个约束Z组件1，约束前桥在车架左、右纵梁上竖直投影点在Z方向 平动自由度。由此，将车架(身)形成简支梁结构。车架(身)前部扭转刚度测试的约束位置及原理，如图2所示。使用一个约束XYZ 组件3，约束后桥在车架右纵梁上竖直投影点在X、Y、Z三个方向的平动自由度；使用一个约 束XZ组件2，约束后桥在车架左纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；使用 一个约束Z组件1，约束车架前部横梁上一点在Z方向上平动自由度。由此，将车架(身)形 成简支梁结构。车架(身)后部扭转刚度测试的约束位置及原理，如图3所示。使用一个约束XYZ 组件3，约束前桥在车架左纵梁上竖直投影点在Χ、Υ、Ζ三个方向的平动自由度；使用一个约 束XZ组件2，约束前桥在车架右纵梁上竖直投影点在X和Z两个方向的平动自由度；使用 一个约束Z组件1，约束车架后部横梁上一点在Z方向上平动自由度。由此，将车架(身)形 成简支梁结构。如图4所示为约束Z组件1的结构组成主视图，图5是其左视图。约束Z组件1包 括旋转约束释放部分和平动约束释放部分。在约束ζ组件1中，关节轴承5底部的孔与轴 8配合相连，使用关节轴承垫圈6和螺母7将其固定在轴支撑架9上，这样由关节轴承5、轴 8、轴支撑架9、关节轴承垫圈6和螺母7等即组成了约束Z组件1的旋转约束释放部分，构 成球铰结构，释放了相应约束位置处在X、Y、Z三个方向的旋转自由度。关节轴承5顶部与 支撑板4固连，顶部支撑板4通过螺栓与夹具组件相连。为释放约束位置处在X和Y两个方向的平动自由度，如图4所示，两个滑块组件13 交叉垂直设置于一个滑块夹板12上下两端。如图5所示，两个滑块组件13的通过滑块夹板 螺钉15与滑块夹板12相连。两个滑块支撑板10分别设置于两个滑块组件13上下两端， 如图4所示，通过滑块支撑板螺钉14与滑块组件13相连。这样，由滑块支撑板10、滑块夹 板12、滑块组件13等即构成了约束Z组件1的平动约束释放部分，释放了相应约束位置处 与两个滑块滑动方向平行的两个平动自由度。上端的滑块支撑板10通过螺栓11与轴支撑架9相连。图6所示为约束XZ组件2结构组成图，其旋转约束释放部分与约束Z组件1相同； 其平动约束释放部分，由滑块支撑板10、滑块夹板12和滑块组件13等构成，滑块组件13设 置于滑块支撑板10与滑块夹板12之间，滑块组件13上端通过滑块支撑板螺钉14与滑块 支撑板10相连，滑块组件13下端与约束Z组件1相同，通过滑块夹板螺钉15与滑块夹板 12相连，释放了相应约束位置处与滑块滑动方向平行的一个平动自由度。上端的滑块支撑 板10通过螺栓11与轴支撑架9连接。图7所示为约束XYZ组件3结构组成图，只包括与约束Z组件1相同的旋转约束 释放部分。图8为滑块支撑板10结构示意图，图9为滑块夹板12结构示意图。滑块支撑板 10、滑块夹板12和轴支撑架9上设置有呈正方形分布的孔，孔距和孔径尺寸相同，其分别在 所述约束Z组件1、约束XZ组件2和约束XYZ组件3中作为底部结构与支撑组件相连时，不 需要改 变支撑组件的结构。
权利要求
1. 一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于包括约束ζ组件(1)，约束\τ组件 (2)和约束CTZ组件(3)。
2.根据权利要求1所述一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于所述约束Z组 件(1)包括旋转约束释放和平动约束释放两个部分；所述旋转约束释放部分包括关节轴承 (5)、轴(8)、轴支撑架(9)、关节轴承垫圈(6)和螺母(7)，所述关节轴承(5)底部的孔与轴 (8)配合相连，通过关节轴承垫圈(6)和螺母(7)将关节轴承(6)固定在轴支撑架(9)上，构 成球铰结构，释放相应约束位置处的三个旋转自由度；所述平动约束释放部分包括滑块支 撑板(10)、滑块夹板(12)、滑块组件(13)、滑块支撑板螺钉(14)、滑块夹板螺钉(15);两个 滑块组件(13)交叉垂直设置于所述滑块夹板(12)上下两端，通过滑块夹板螺钉(15)与滑 块夹板(12)相连，两个滑块支撑板(10)分别设置于两个滑块组件(13)的上下两端，通过滑 块支撑板螺钉(14)与滑块组件(13)相连，释放了相应约束位置处与两个滑块滑动方向平 行的两个平动自由度；所述上端的滑块支撑板(10)通过螺栓(11)与轴支撑架(9)连接。
3.根据权利要求1所述一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于所述约束)(Ζ组 件(2)包括旋转约束释放和平动约束释放两个部分；所述旋转约束释放部分包括关节轴承 (5)、轴(8)、轴支撑架(9)、关节轴承垫圈(6)和螺母(7)，所述关节轴承(5)底部的孔与轴 (8)配合相连，通过关节轴承垫圈(6)和螺母(7)将关节轴承(6)固定在轴支撑架(9)上，构 成球铰结构，释放相应约束位置处的三个旋转自由度；所述平动约束释放部分包括滑块支 撑板(10)、滑块夹板(12)、滑块组件(13)、滑块支撑板螺钉(14)、滑块夹板螺钉(15)；所述 滑块组件(13)设置于滑块支撑板(10)与滑块夹板(12)之间，滑块组件(13)上端通过滑块 支撑板螺钉(14)与滑块支撑板(10)相连，滑块组件(13)下端通过滑块夹板螺钉(15)与滑 块夹板(12)相连，释放了相应约束位置处与滑块滑动方向平行的一个平动自由度；所述滑 块支撑板(10 )通过螺栓(11)与轴支撑架(9 )连接。
4.根据权利要求1所述一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于所述约束XYZ 组件(3)包括旋转约束释放部分；所述旋转约束释放部分包括关节轴承(5)、轴(8)、轴支撑 架(9)、关节轴承垫圈(6)和螺母(7)，所述关节轴承(5)底部的孔与轴(8)配合相连，通过 关节轴承垫圈(6)和螺母(7)将关节轴承(6)固定在轴支撑架(9)上，构成球铰结构，释放 相应约束位置处的三个旋转自由度。
5.根据权利要求1所述一种汽车车架刚度测试约束装置，其特征在于所述滑块支撑 板(10)、滑块夹板(12)和轴支撑架(9)上设置有呈正方形分布的孔，孔距和孔径尺寸相同， 其分别在所述约束Z组件(1)、约束TL组件(2)和约束XYZ组件(3)中作为底部结构与支 撑组件相连时，不需要改变支撑组件的结构。
全文摘要
本发明提供了一种汽车车架刚度测试约束装置及其对应约束方法，采用所述约束方法进行的车架刚度测试时，其弯曲刚度和扭转刚度的测试时均将车架形成简支梁结构，释放了相应约束位置处的三个旋转自由度和必要的平动自由度；本发明所述约束装置，通过球铰结构释放车架上相应约束位置处的三个旋转自由度；通过滑块结构释放相应约束位置处的平动自由度。因采用最小约束原理提出的车架约束弯曲和扭转测试约束方法，逼近车架的实际使用状况。同时，由于测试是在单独的白车架上进行，因此本发明所述约束装置结构及安装方法简单，完全可满足测试精度和可靠性要求。
文档编号G01M5/00GK102072803SQ20101060367
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者于志媛, 侯永涛, 包正山, 王国林, 郭九大 申请人:江苏大学