一种用于汽车模型风洞试验的支撑装置的制作方法

本发明属于汽车试验技术领域，具体涉及一种用于汽车模型风洞试验的支撑装置。

背景技术：

原始汽车模型风洞测力天平支撑系统的支撑机构为四轮定位支撑机构，如图1和图2所示，将四根定位支撑柱3上端穿过天平转盘2后，分别对齐插入汽车模型1四个车轮11底部预先钻好的定位孔中，定位支撑柱3下端通过螺纹和天平立柱4联接，实现汽车模型1的定位、固定；天平立柱4与天平测力系统的轮、轴距调节装置(图中没画出)连接；轮、轴距调节装置配合大、小偏心轮可使天平测力系统在一定范围内适合不同轮、轴距的汽车模型。测力试验时，风对汽车模型的作用力通过定位支撑柱3、天平立柱4以及轮、轴距调节装置传到天平测力系统的测力传感器，实现气动力的测量。

在长期的实验过程中表明，该种四轮定位支撑机构存在以下缺点：

①汽车侧倾试验不易操作，汽车模型不能打开，每次侧倾时布置侧倾软管不方便。

②汽车模型安装困难，支杆组件有内应力：车轮底部的钻孔直径只有2cm,不仅对模型安装造成一定的困难，安装误差会使得定位支撑柱3与垂直方向有夹角，造成定位支撑柱对汽车模型的内应力，对实验结果有影响。

③很难保证汽车模型水平，当车轮底部预先钻好的孔深度不一致时，会导致汽车模型俯仰角、侧倾角的安装误差，影响实验结果。

④汽车模型的姿态不可调，车轮底部的支撑方式使得模型的俯仰角，侧倾角不可调，使得试验单一化。

⑤无法进行车轮旋转试验，汽车模型的支撑安装牺牲了车轮的自由度，使得试验单一化。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对现有的四轮定位支撑机构存在的上述缺陷，提供一种新型的用于汽车模型风洞试验的支撑装置，既能消除支撑元件间的弯曲内应力、又能实现模型高度以及侧倾、俯仰角度可调节的风洞试验。

本发明采用如下技术方案实现：

一种用于汽车模型风洞试验的支撑装置，包括支撑汽车模型的定位支撑柱3，所述定位支撑柱3为伸缩结构，在定位支撑柱3的顶端通过至少有两个转动自由度的关节组件6与汽车模型底部连接，所述关节组件6设置于汽车模型1的底部靠近侧裙的位置。

进一步的，所述关节组件6包括关节支撑轴61、关节套62和关节座63；

所述关节座63固定设置在汽车模型的底部，所述关节套62转动装配在关节座63上，所述关节套62相对关节座63的转动形成关节组件的第一个转动自由度；

所述关节支撑轴61垂直于关节套轴线布置在关节套62上，所述定位支撑柱3的顶端固定设有关节头34，所述关节头34通过间隙配合套装在关节支撑轴61上，所述关节头34相对关节支撑轴61的转动形成关节组件的第二个转动自由度。

进一步的，所述关节座63通过法兰结构固定在汽车模型底部，所述关节套62转动套装在关节座63的关节套凸台631上，所述关节套62和关节套凸台631上分别设有位置对应的调节孔，通过调节锁紧螺钉62穿过重合的调节孔，实现关节套62和关节套凸台631之间的位置锁定。

进一步的，所述关节套62的同一径向两端设有同轴的两个关节支撑轴套621，所述关节支撑轴61插装在两个关节支撑轴套621之间。

进一步的，所述关节支撑轴61的两端设置伸出关节支撑轴套的螺纹段，在该螺纹段上螺接定位螺母611。

在本发明的支撑装置中，所述定位支撑柱3包括定位支撑柱下部31和定位杆支撑柱上部32，其中定位支撑柱下部32固定设置在试验系统的天平立柱上，定位支撑柱上部31通过螺纹结构与定位支撑柱下部32伸缩连接，所述定位支撑柱上部31顶端与关节组件连接。

进一步的，所述定位支撑柱上部31和定位支撑柱下部32之间的螺纹结构上设有定位支撑柱微调螺母33。

在本发明中，所述关节组件6优选设置在汽车模型1的内腔底面，所述汽车模型1通过可拆分的上车体12和下车体13拼装，所述定位支撑柱3穿过下车体13与汽车模型内部的关节组件连接。

进一步的，所述上车体12或下车体13上固定设有定位板，所述上车体12和下车体13通过定位板对齐，所述上车体12和下车体13之间通过连接板和连接螺钉固定连接。

本发明的定位支撑柱通过关节组件与汽车模型连接，通过关节组件可调整汽车俯仰角度和侧倾角度，同时关节组件的自由度还能够对定位支撑柱在安装过程中的内应力进行适应，避免影响到试验结果。具体的本发明具有如下几点有益效果：

(1)安装简单，定位支撑柱与汽车模型不会有内应力。本发明的支撑装置改变了原模型的单一固定刚性支撑的形式，在汽车模型的底部开孔直径可以达到10cm，定位支撑柱可以轻易地穿过汽车模型与内部的关节组件连接，不会与汽车模型壳体干涉，安装简单，且定位支撑柱通过具有自由度的关节组件进行支撑，不会因为与汽车模型刚性连接而产生弯曲内应力。

(2)调节汽车模型水平位置。本发明的支撑装置中定位支撑柱可伸缩调整，通过调节定位支撑柱上部和定位支撑柱下部之间的长度，微调汽车模型水平状态下的试验。

(3)汽车模型的姿态可调。通过可伸缩调整的定位支撑柱结合具有多个自由度的关节组件，实现对汽车模型的高度调整，关节组件中的关节轴设置在相应的位置，可作为汽车模型角度调整的摆动铰轴，同时还可实现汽车模型俯仰角、侧倾角可调，模拟汽车在上、下坡或转弯的行驶状态下进行风洞试验。

(4)调整方便。将关节组件设置在汽车内部，汽车模型采用上下分体式结构，可将模型打开后快速方便地对汽车模型的支撑状态进行调整。汽车模型在侧倾测试时也可打开汽车模型连接管路，侧倾模块也可方便地置于模型腹中，当管路有问题时，便于更换软管。

(5)可进行车轮旋转试验。本发明改变了支撑装置与汽车模型的支撑位置，解放了轮胎转动自由度，可对轮胎进行转动试验。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中的汽车模型支撑示意图。

图2为现有技术中的汽车模型支撑位置局部示意图。

图3为实施例中的支撑装置与汽车模型的整体示意图。

图4为实施例中的下车体及关节组件装配示意图。

图5为实施例中的定位支撑柱示意图。

图6为实施例中的关节组件示意图。

图7为实施例中的关节套示意图。

图8为实施例中的关节座示意图。

图9为实施例中的汽车模型在侧倾调整中的关节组件位置示意图。

图10为实施例中的汽车模型在俯仰调整中的关节组件位置示意图。

图中标号：

1-汽车模型，11-车轮，12-上车体，13-下车体；

2-天平转盘，

3-定位支撑柱，31-定位支撑柱下部，32-定位支撑柱上部，33-定位支撑柱微调螺母，34-关节头；

4-天平立柱，

51-前后定位板，52-侧面连接板，53-连接螺钉；

6-关节组件，61-关节支撑轴，611-定位螺母，62-关节套，621-关节支撑轴套，622-第一调节孔，63-关节座，631-关节套凸台，632-第二调节孔，64-调节锁紧螺钉。

具体实施方式

实施例

参见图3和图4，图示中的用于汽车模型风洞试验的支撑装置为本发明的优选实施方案，具体包括定位支撑柱3和关节组件6，定位支撑柱3一端与天平测试系统的天平立柱(如图1和图2所示)固定连接，另一端通过关节组件6连接到汽车模型1的底部，将汽车模型支撑在天平转盘上。

定位支撑柱3和关节组件6均为四组，分别对应汽车模型底部靠近侧裙的位置进行支撑，在汽车模型的两侧侧裙位置分别对称设置两组，可尽量靠近车轮位置设置，以提高汽车模型整体的支撑稳定性。

本实施例中的关节组件6设置在汽车模型1的内部，为了方便对汽车模型内部的关节组件进行调节，将汽车模型1设置为分体结构，包括沿车体水平外壁切分的上车体12和下车体13，在上车体12和下车体13的拼合处通过设置定位板和连接板将两个车体固定连接。

在本实施例中，下车体12的前后内壁固定设置前后定位板51，前后定位板51的下半部分别通过螺钉或其他固定连接方式紧固在下车体12上，前后定位板51的上半部突出下车体的顶面，在将上车体13罩装在下车体上时，可通过突出的前后定位板贴紧上车体前后内壁，实现上、下车体之间的快速对齐；下车体12和上车体13的左右侧面之间设置侧面连接板52，与定位板相同的是，侧面连接板52上半部和下半部分别与上车体和下车体的内部接触，不同是，在侧面连接板52的上半部和上车体12之间、以及侧面连接板52的下半部和下车体13之间分别通过连接螺钉53固定连接，将上、下车体固连成一个整体，在拆分汽车模型时，可通过拆开侧面连接板52与其中一个车体之间的连接螺钉53，即可完成两个车体的分离。

本实施例中的定位支撑柱3为通过螺纹连接的分体伸缩结构，如图5所示，该定位支撑柱3为通过螺纹连接的两段式柱体，其中定位支撑柱下部31底端与天平立柱固定连接，定位支撑柱下部31的顶端和定位支撑柱上部32的底端通过螺纹接头实现伸缩连接。该螺纹结构具体体现为：在其中一端设置套筒，另一端设置外螺纹段，将套筒端套装在螺纹段上，在螺纹段上还螺接一定位支撑柱微调螺母33，套筒端部通过定位支撑柱微调螺母33支撑定位，通过调节定位支撑柱微调螺母33在螺纹段上的位置，可调节定位支撑柱的整体高度。

在定位支撑柱上部32的顶端设置环形的关节头34，用于与关节组件6形成关节连接。

具体如图6至图8所示，关节组件6包括关节支撑轴61、关节套62和关节座63。

其中，关节座63固定设置在汽车模型1的下车体底部，采用以法兰结构与下车体13固定连接，关节座63的中心轴线上设置一筒形的关节套凸台631，在下车体上开孔与关节套凸台的内孔对接，用于定位支撑柱3穿过下车体与关节组件连接。关节套62为一筒形构件，其内径与关节套凸台631的外径之间形成间隙配合，将关节套62转动套装在在关节座63上，关节套62在同一径向方向的两端设有同轴的两个关节支撑轴套621，关节支撑轴61垂直于关节套的轴线并穿过两个关节支承轴套621，定位支撑柱上部穿过关节座和关节套，并将顶端的关节头34套装在关节支撑轴61上，关节头34和关节支撑轴61之间同样采用间隙配合，关节支撑柱3对关节组件及汽车模型形成支撑的同时，还能够相对与关节支撑轴61摆动和横向滑动。在关节支撑轴61的两端通过螺接定位螺母611，防止关节支撑轴从关节支承轴套中脱出。

本实施例中的定位支撑柱和关节组件之间形成两个转动自由度和一个直线滑动自由度，其中关节套62相对关节座63的转动形成关节组件的第一个转动自由度，该转动自由度在调节好汽车模型状态后需要保持，因此在关节套62上设有第一调节孔622，在关节座的关节套凸台631上设有位置对应的第二调节孔632，通过调节锁紧螺钉62穿过重合的调节孔，实现关节套62和关节套凸台631之间不同角度的位置锁定。

定位支撑柱的关节头34相对关节支撑轴61的转动形成关节组件的第二个转动自由度，同时关节头还可相对于关节支撑轴61之间还形成了关节支撑座的滑动直线自由度。通过调节定位支撑柱的伸缩可实现汽车模型的水平调整，以及汽车模型的整体高度调节，结合关节组件的两个转动自由度，可实现汽车模型的整体侧倾和俯仰调节，同时，定位支撑柱和关节组件之间的滑动自由度还可消除定位支撑柱在于汽车模型支撑受力情况下产生的内应力。

以下结合图9和图10详细说明本实施例如何调整汽车模型进行侧倾和俯仰测试。

如图9所示，图示中为汽车模型调整为侧倾状态下进行试验的状态，侧倾是指将汽车模型的车体左右两侧设置成不同高度，模拟车辆在转弯行驶过程中因离心力形成的车体侧倾试验。在侧倾状态下，要求汽车模型的其中一侧高度与另一侧高度不同，通常做法是在调平车体后，直接将其中一侧的定位支撑柱3调低或调高。同时还需要将关节组件6的关节支撑轴61通过关节套转动调节成沿车体前后方向(图中的x向)，这样，在调节汽车模型一侧的定位支撑柱高度时，定位支撑柱可以以关节支撑轴为铰轴，适应汽车模型在调整高度时车体左右两侧的上下摆动，避免采用刚性连接造成的内应力增加。

具体的试验步骤如下：

1.连接好定位支撑柱3与天平立柱。

2.打开汽车模型，将下车体13按照对应的位置穿过四根定位支撑柱；

3.拧开关节套62和关节座63之间的调节锁紧螺钉64，旋转关节套62，将其上连接的关节支撑轴61的轴线方向调整至与车体前后方向一致(如图9中的x向)；

4.将所有关节组件的关节支撑轴61的位置调整到位后，锁紧关节套62和关节座63之间的调节锁紧螺钉64，确保关节座与关节套之间无相对运动；

5.根据所需的侧倾角度调节同一侧的定位支撑柱3的长度；

6.盖上上车体12，并从侧面拧紧上、下车体之间的连接螺钉53，确保安全后，可以侧倾风洞试验。

如图10所示，图示中为汽车模型调整为俯仰状态下进行试验的状态，俯仰是指将汽车模型的车体前后设置成不同高度，模拟车辆在上坡或下坡行驶过程中形成的车体俯仰试验。在俯仰状态下，要求汽车模型车体的前后高度不同，通常做法是在调平车体后，直接将前方或后方的定位支撑柱3调低或调高。同时还需要将关节组件6的关节支撑轴61通过关节套转动调节成沿车体左右方向(图中的y向)，这样，在调节汽车模型一侧的定位支撑柱高度时，定位支撑柱可以以关节支撑轴为铰轴，适应汽车模型的前后上下摆动，避免采用刚性连接造成的内应力增加。

俯仰试验的具体步骤与侧倾试验相似，不同的仅仅是在第3步中将关节支撑轴61的轴线方向调整至与车体左右方向一致(如图10中的y向)，再调节同位于前方或后方的定位支撑柱的高度。

另外，本实施例中的定位支撑柱与关节组件连接的位置不占用轮胎区域，解放了轮胎的转动自由度，可在风洞试验下进行轮胎的转动试验。

以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。