一种钢板弹簧悬架系统综合试验台的制作方法

本发明涉及汽车钢板弹簧悬架试验领域，具体涉及一种钢板弹簧悬架系统综合试验台。

背景技术：

目前，针对测量钢板弹簧刚度的台架仅限于径向刚度。当对钢板弹簧进行径向刚度测试时，一般将板簧总成安装在测试台架上，钢板弹簧一端通过销轴与台架固定，保障其转动自由度。另一端通过销轴与滑动小车相连接，保证其可绕销轴转动以及沿长度方向的移动自动度。在钢板弹簧骑马螺栓处施加载荷，从而可以测量其径向刚度。而针对钢板弹簧悬架系统(包含摆耳和卷耳的系统)的纵向角钢度、径向刚度以及进行钢板弹簧、摆耳与车桥的匹配等的测量试验台还没有出现。

钢板弹簧悬架系统的刚度与汽车的偏频紧密相关，在汽车的起步和减速阶段，钢板弹簧悬架系统的纵向角钢度对整车的舒适性等非常重要。另外，在汽车的运行过程中，实际起作用的是钢板弹簧悬架系统。而现在针对钢板弹簧悬架系统的匹配等还缺少相关的试验台架。同时桥壳的刚度实验大多数针对于弯曲刚度及强度，对于桥壳扭转刚性的试验台还比较缺乏。所以急需一种试验台去测量钢钢板弹簧悬架系统的纵向角刚度、径向刚度、车桥或桥壳扭转刚度、强度试验台。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测量功能多样化、操作简便钢板弹簧悬架系统综合试验台。

为达到上述的目的，本发明采取的技术方案是：一种钢板弹簧悬架系统综合试验台，所述的试验台包括底座，底座的上表面上设置多条相互平行的、用于安装螺栓的燕尾槽，所述底座的上方中央位置设置被测件系统，被测件系统包括水平设置的H型框架，H型框架的两条纵梁各自外侧的侧边上分别设置前吊耳、后吊耳，所述前吊耳的耳座与第一调整片连接，所述的后吊耳的耳座与第二调整片连接，所述的第一调整片、第二调整片分别与框架之间构成可拆卸式连接；所述的前吊耳、后吊耳分别与钢板弹簧主簧两端设置的摆耳、卷耳构成可拆卸式连接；钢板弹簧主簧和其上方设置的钢板弹簧副簧套在倒置的U型骑马螺栓内，骑马螺栓下端的螺纹杆部分与车桥两侧的桥壳构成可拆卸式连接，车桥左右两侧的桥壳内设置的半轴分别与一个车轮通过螺栓连接，车轮的轮毂内侧设置制动器，制动器通过螺栓连接固定在车桥的桥壳上；

所述框架下端面的4个角点分别与一个安装板连接，安装板分别与其下方设置的垂向加载系统、垂直位移测量系统构成可拆卸式连接，垂向加载系统、垂直位移测量系统和底座之间构成可拆卸式连接；

所述车轮的轮毂外侧面与装夹系统构成可拆卸式连接，所述的装夹系统包括水平放置的圆筒型连接件，连接件的一个端面设置的连接法兰与车轮的轮毂外侧面构成可拆卸式连接，圆筒型连接件的另一个端面设置的连接法兰与传力齿轮的一个端面连接；

所述的圆筒型连接件靠近传力齿轮一端的连接法兰还与角度测量系统中的前端面安装板构成可拆卸式连接，前端面安装板与传递杆的一端连接，传递杆的另一端与角度传感器壳体内设置的旋转部连接，角度传感器的壳体与后端面安装板的一端端面连接，后端面安装板的另一端端面与竖直放置的工字型固定板的竖直侧面连接，固定板的上端面与龙门架的水平梁底面之间构成可拆卸式连接，固定板的下端面与底架之间构成可拆卸式连接，所述的龙门架的两条支腿各自的下部相对的两个侧面分别通过螺栓与一个直角板的竖直侧面连接，直角板的水平面通过螺栓固定在辅助支板上，辅助支板与底座构成可拆卸式连接；

所述的连接件的外侧面附近设置后桥抱死系统中的圆柱夹具，所述的后桥抱死系统还包括圆柱夹具上设置的夹钳，夹钳与连接件的外侧面之间具有1mm-2mm间隙；所述的夹钳依次与传力杆、电磁制动器连接，所述的圆柱夹具、电磁制动器安装在支架上，支架的底部与底架构成可拆卸式连接；

所述的传力齿轮与扭矩加载及测量系统中的第二传动小齿轮啮合，所述的扭矩加载及测量系统包括加载电机，加载电机的底座安装在移动底板上；所述加载电机的输出端依次连接梅花联轴器、扭矩传感器输入端，扭矩传感器的输出端依次连接梅花联轴器、第一传动小齿轮的转轴，第一传动小齿轮与第一传动大齿轮啮合，第一传动大齿轮依次连接第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第二传动小齿轮，所述的第一行星齿轮组包括与第一传动大齿轮的转轴同轴设置且共同旋转的第一太阳轮，第一太阳轮外侧设置第一行星架，第一行星架上套设第一行星轮，第一行星轮分别与第一太阳轮、第一齿圈啮合；所述的第一行星架和第二行星齿轮组中第二太阳轮的转轴共同旋转；第二太阳轮的外侧设置第二行星架，第二行星架上套设第二行星轮，第二行星轮分别与第二太阳轮、第二齿圈啮合；所述的第二行星架和第二传动小齿轮的转轴共同旋转；

所述的第一传动大齿轮的转轴、第二传动小齿轮的转轴分别安装在减速机构箱体两端面设置的通孔内，减速机构箱体和基角焊接，基角通过螺栓连接固定在移动底板上；减速机构箱体的侧面上开有矩形小孔；

所述的第一排行星齿轮组的第一齿圈的外侧面、第二排行星齿轮组的第二齿圈的外侧面分别与保护系统中的一个圆环形制动带的内侧面接触；所述的保护系统还包括直动式电磁制动器，所述的制动带的两端在减速机构箱体的内腔中形成一个带有缺口的圆环形状，制动带的两个端头伸出减速机构箱体侧面上设置的矩形小孔与电磁制动器上安装制动蹄连接，制动蹄可推动制动带移动，使制动带分别与第一齿圈、第二齿圈紧贴并连接成一个整体；

所述的电磁制动器安装在矩形架上，矩形架的下端通过螺栓与撤离系统中的移动底板连接；所述的撤离系统还包括设置在底座上相应位置处的滑轨，滑轨附近设置与其平行的丝杠，滑轨与框架的两条纵梁相互垂直设置；所述的滑轨上安装与其相适应的滑块，移动底板的底面与滑块的上表面固定连接；所述滑块的侧面还与安装在丝杠上的导块固定连接，丝杠的一端依次连接梅花联轴器、步进电机，另一端通过轴承安装在滑轨上，步进电机的底座安装在滑轨上。

优选的，所述的垂向加载系统包括竖直设置的蜗杆，蜗杆的上端依次与第一上垫板、安装板通过螺栓连接，蜗杆的下端依次与第一下垫板、底座通过螺栓连接，第一上垫板的下底面设置与蜗杆相啮合的蜗轮，蜗轮与设置在第一上垫板下底面的驱动电机连接。

优选的，所述的垂直位移测量系统包括竖直设置的直线位移传感器，位移传感器的下端依次与第二下垫板、底座通过螺栓连接，位移传感器的上端依次与推杆、第二上垫板、安装板构成可拆卸式连接。

优选的，所述的第一小齿轮齿数为20，第一大齿轮齿数为60，第二小齿轮齿数为100，传力齿轮齿数为150；所述的第一太阳轮、第二太阳轮齿数为14，第一行星轮、第二行星轮齿数为42，第一齿圈、第二齿圈齿数为98；所述的第一小齿轮、第一大齿轮、第二小齿轮、传力齿轮的模数为2.5，压力角为20°，厚度为30mm。

优选的，所述的梅花联轴器的内径18mm，外径40mm，最大扭矩60N·m；所述的加载电机为220V三相交流电机，额定功率7KW，所述的扭矩传感器的测量范围0-100N·m。

根据上述任意一种钢板弹簧悬架系统综合试验台进行试验方法，所述的试验方法包括安装、校正、测量；所述的测量步骤中，当角度传感器采集的角度信号维持不变或者减小时，表示加载电机提供的扭矩不足，导致钢板弹簧主簧将要发生回弹，此时减小电磁制动器上的制动力，使第一行星齿轮组空转保护加载电机。

所述的钢板弹簧悬架系统综合试验台包括以下系统：被测试件系统，装夹系统，扭矩加载及测量系统，旋转角度测量系统，后桥抱死系统，交流电机保护系统，扭矩加载及测量系统，撤离系统，垂向加载系统，垂直位移测量系统。

当进行钢板弹簧悬架系统纵向角刚度测试时，垂直方向的加载系统起到固定框架的作用，撤离垂直位移测量系统。首先扭矩加载及测量系统中交流电机提供扭矩，经过扭矩传感器及减速机构后，通过齿轮啮合的方式扭转经过装夹系统固定的钢板弹簧悬架系统。通过旋转角度测量系统测量钢板弹簧悬架系统的扭转角度。当扭到指定角度时，由抱死系统抱死跟随钢板弹簧悬架系统扭转的圆柱型连接件，防止钢板弹簧反弹。之后关闭交流电机，松开扭矩加载及测量系统中制动带，让第一行星齿轮组、第二行星齿轮组中的第一行星齿轮、第二行星齿轮自转，释放板簧施加在扭矩架加载系统上的压力。同时使用撤离系统撤走扭矩加载及测量系统，防止板簧回弹时损坏加载系统。之后释放抱死系统，让钢板弹簧悬架系统在扭转后自由回转，在整个测试过程中，扭矩传感器测量交流电机的扭矩，经过传动比转换后计算出施加在钢板弹簧悬架系统上的扭矩，角度传感器测量钢板弹簧悬架系统的扭转角度和抱死系统释放后的自由扭转衰减情况，通过扭矩传感器和角度传感器上的数据，就可以计算出钢板弹簧悬架系统的纵向角刚度及板簧经过扭转释放后的扭转频率。

当进行钢板弹簧悬架系统径向刚度时，撤离扭矩加载及测量系统和抱死系统，垂直方向的加载系统起加载作用。首先使用装夹系统中圆柱型连接件固定后桥的垂直方向的位移，之后使用分别安装在框架四角的步进电机，采用固定的转速和固定的脉冲频率同步工作，施加扭矩在蜗杆上，推动框架往上移动。同时因为蜗轮蜗杆机构的单向传动特性，可以保护步进电机。在试验过程中，位移传感器测量钢板弹簧悬架系统的垂向位移，由步进电机的矩频特性曲线计算步进电机的扭矩大小，就可以测量出钢板弹簧悬架系统的径向刚度。

当进行桥壳扭转刚性或强度试验时，扭矩加载方式和进行钢板弹簧悬架系统纵向角刚度测试时相同。撤离钢板弹簧悬架系统、H型框架、轮胎、垂向加载系统及垂直位移测量系统，同时撤离右侧的扭矩加载及测量系统，只保留右侧的装夹系统。首先在右侧通过装夹系统固定后桥。之后扭矩加载及测量系统中交流电机提供扭矩，经过扭矩传感器及减速机构后，通过齿轮啮合的方式扭转经过装夹系统固定的桥壳。通过扭矩传感器、角度传感器和应变片的数据，计算桥壳的扭转强度及刚度。

本发明的有益效果为：试验台可以对钢板弹簧主簧及其两端分别设置的吊耳和摆耳、钢板弹簧副簧及其两端分别设置的吊耳和摆耳、框架共同组成的钢板弹簧悬架系统进行纵向角钢度、径向刚度进行精确测量，同时可以对钢板弹簧悬架系统进行动态测试，也可以作为钢板弹簧悬架系统与车桥的匹配等的测量试验台，还可以将钢板弹簧悬架系统与车桥连接，进行桥壳扭转刚强度试验；本试验台可分别进行多个试验，各试验操作步骤操作简便，具有很强的实用性。

附图说明

图1为综合试验台进行纵向角刚度或径向刚度试验时爆炸轴测图；

图2为被测试件系统结构示意图；

图3为装夹系统结构示意图；

图4为扭矩加载及测量系统结构示意图；

图5为扭矩加载及测量系统局部结构示意图；

图6为撤离系统轴测图；

图7为垂向加载系统、垂直位移测量系统结构示意图；

图8为综合试验台进行桥壳扭转试验示意图；

图9为应变片设置位置示意图。

具体实施方式

本申请中所述的钢板弹簧悬架系统包括：钢板弹簧主簧103及其两端分别设置的摆耳和卷耳、钢板弹簧副簧106及其两端分别设置的摆耳和卷耳、前吊耳211、后吊耳210、框架208；

如图1-图7所示的一种钢板弹簧悬架系统综合试验台，包括底座214，底座214的上表面上设置多条相互平行的、用于安装螺栓的燕尾槽，所述底座214的上方中央位置设置被测件系统1，被测件系统1包括水平设置的H型框架208，框架208的两条纵梁各自外侧的侧边上分别设置前吊耳211、后吊耳210，所述前吊耳211的耳座与第一调整片213连接，所述的后吊耳210的耳座与第二调整片212连接，所述的第一调整片213、第二调整片212分别与框架208之间构成可拆卸式连接，可以是螺栓式的可拆卸式连接，也可以是卡扣式的可拆卸式连接，也可以是粘接式的可拆卸式连接；所述的前吊耳211、后吊耳210分别与钢板弹簧主簧103两端设置的摆耳104、卷耳构成可拆卸式连接；钢板弹簧主簧103和其上方设置的钢板弹簧副簧106套在倒置的U型骑马螺栓105内，骑马螺栓105下端的螺纹杆部分与车桥102两侧的桥壳构成可拆卸式连接，车桥102左右两侧的桥壳内设置的半轴分别与一个车轮101通过螺栓连接，车轮101的轮毂内侧设置制动器，制动器通过螺栓连接固定在车桥102的桥壳上；

所述框架208下端面的4个角点分别与一个安装板209连接，安装板209分别与其下方设置的垂向加载系统8、垂直位移测量系统9构成可拆卸式连接，垂向加载系统8、垂直位移测量系统9和底座214之间构成可拆卸式连接；

所述车轮101的轮毂外侧面与装夹系统2构成可拆卸式连接，所述的装夹系统2包括水平放置的圆筒型连接件205，连接件205的一个端面设置的连接法兰206与车轮101的轮毂外侧面构成可拆卸式连接，连接件205的另一个端面设置的连接法兰206与传力齿轮207的一个端面连接；

所述的圆筒型连接件205靠近传力齿轮207一端的连接法兰206还与角度测量系统4中的前端面安装板404构成可拆卸式连接，前端面安装板404与传递杆402的一端连接，传递杆402的另一端与角度传感器403壳体内设置的旋转部连接，角度传感器403的壳体与后端面安装板401的连接，后端面安装板401与竖直放置的工字型固定板204的竖直侧面连接，固定板204的上端面与龙门架201的水平梁底面之间构成可拆卸式连接，固定板204的下端面与底架214之间构成可拆卸式连接，所述的龙门架201的两条支腿各自的下部相对的两个侧面分别通过螺栓与一个直角板203的竖直侧面连接，直角板203的水平面通过螺栓固定在辅助支板202上，辅助支板202与底座214构成可拆卸式连接；

所述的连接件205的外侧面附近设置后桥抱死系统5中的圆柱夹具505，所述的后桥抱死系统5还包括圆柱夹具505上设置的夹钳501，夹钳501与连接件205的外侧面之间具有1mm-2mm间隙；所述的夹钳501依次与传力杆504、电磁制动器502连接，所述的圆柱夹具505、电磁制动器502安装在支架503上，支架503的底部与底架214构成可拆卸式连接；

所述的传力齿轮207与扭矩加载及测量系统3中的第二传动小齿轮307啮合，所述的扭矩加载及测量系统3包括加载电机301，加载电机301的底座安装在移动底板701上；所述加载电机301的输出端依次连接梅花联轴器302、扭矩传感器303输入端，扭矩传感器303的输出端依次连接梅花联轴器302、第一传动小齿轮304的转轴，第一传动小齿轮304与第一传动大齿轮305啮合，第一传动大齿轮305依次连接第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第二传动小齿轮307，所述的第一行星齿轮组包括与第一传动大齿轮305的转轴同轴设置且共同旋转的第一太阳轮311，第一太阳轮311外侧设置第一行星架312，第一行星架312上套设第一行星轮310，第一行星轮310分别与第一太阳轮311、第一齿圈313啮合；所述的第一行星架312和第二行星齿轮组中第二太阳轮316的转轴共同旋转；第二太阳轮316的外侧设置第二行星架317，第二行星架317上套设第二行星轮，第二行星轮分别与第二太阳轮316、第二齿圈306啮合；所述的第二行星架317和第二传动小齿轮307的转轴共同旋转；

所述的第一传动大齿轮305的转轴、第二传动小齿轮307的转轴分别安装在减速机构箱体308两端面设置的通孔内，减速机构箱体308和基角309焊接，基角309通过螺栓连接固定在移动底板701上；减速机构箱体308的侧面上开有矩形小孔314；

所述的第一排行星齿轮组的第一齿圈313的外侧面、第二排行星齿轮组的第二齿圈306的外侧面分别与保护系统6中的一个圆环形制动带603的内侧面接触；所述的保护系统6还包括直动式电磁制动器601，所述的制动带603的两端在减速机构箱体308的内腔中形成一个带有缺口的圆环形状，制动带603的两个端头伸出减速机构箱体308侧面上设置的矩形小孔314与电磁制动器601上安装制动蹄602连接，制动蹄602可推动制动带603移动，使制动带603分别与第一齿圈313、第二齿圈306紧贴并连接成一个整体；

所述的电磁制动器601安装在矩形架604上，矩形架604的下端通过螺栓与撤离系统7中的移动底板701连接；所述的撤离系统7还包括设置在底座214上相应位置处的滑轨704，滑轨704附近设置与其平行的丝杠702，滑轨704与框架208的两条纵梁相互垂直设置；所述的滑轨704上安装与其相适应的滑块708，移动底板701的底面与滑块708的上表面固定连接；所述滑块708的侧面还与安装在丝杠702上的导块706固定连接，丝杠702的一端依次连接梅花联轴器705、步进电机703，另一端通过轴承安装在滑轨704上，步进电机703的底座安装在滑轨704上。

所述的垂向加载系统8包括竖直设置的蜗杆802，蜗杆802的上端依次与第一上垫板804、安装板209通过螺栓连接，蜗杆802的下端依次与第一下垫板801、底座214通过螺栓连接，第一上垫板804的下底面设置与蜗杆802相啮合的蜗轮805，蜗轮805与设置在第一上垫板804下底面的驱动电机连接。

所述的垂直位移测量系统9包括竖直设置的直线位移传感器902，位移传感器902的下端依次与第二下垫板901、底座214通过螺栓连接，位移传感器902的上端依次与推杆903、第二上垫板904、安装板209构成可拆卸式连接。

更好的实施方式是：所述的第一小齿轮304齿数为20，第一大齿轮305齿数为60，第二小齿轮307齿数为100，传力齿轮207齿数为150；所述的第一太阳轮311、第二太阳轮316齿数为14，第一行星轮310齿数为42，第一齿圈313、第二齿圈306齿数为98；所述的第一小齿轮304、第一大齿轮305、第二小齿轮307、传力齿轮207的模数均为2.5，压力角均为20°，厚度均为30mm。

更好的实施方式是：所述的梅花联轴器302的内径18mm，外径40mm，最大扭矩60N·m；所述的加载电机301为220V三相交流电机，额定功率7KW，所述的扭矩传感器403的测量范围0-100N·m。

所述的试验台的试验方法包括安装、校正、测量；所述的测量步骤中，当角度传感器403采集的角度信号维持不变或者减小时，表示加载电机301提供的扭矩不足，导致钢板弹簧主簧103将要发生回弹，此时减小电磁制动器601上的制动力，使第一行星齿轮组空转保护加载电机301。

所述的试验台可分别进行如下试验：

钢板弹簧悬架系统纵向角刚度试验：首先把被测试件系统1、装夹系统2、扭矩加载及测量系统3、旋转角度测量系统4、车桥抱死系统5、交流电机保护系统6、撤离系统7、垂向加载系统8及垂直位移测量系统9按照权利要求1中所述的连接关系进行连接，垂向加载系统8起到固定H型框架208的作用；开启交流电机保护系统6，使第一行星齿轮组中的第一齿圈313及第二行星齿轮组中的第二齿圈306被制动带603抱死。然后开启加载电机301，依次带动梅花联轴器302、扭矩传感器303旋转，扭矩传感器303输出轴通过梅花联轴器302依次带动第一传动小齿轮304、第一传动大齿轮305、第一太阳轮311、第一行星架312、第二太阳轮316第二行星架317、第二传动小齿轮307、传力齿轮207、连接件205旋转，连接件205带动钢板弹簧主簧103、钢板弹簧副簧106扭转。

当钢板弹簧主簧103、钢板弹簧副簧106扭转到设定的角度时，电磁制动器502动作抱死圆筒型连接件205，同时关闭加载电机301，并减小制动钳602的制动力，使扭矩加载及测量系统3中两组行星齿轮组空转，释放钢板弹簧主簧103、钢板弹簧副簧106施加在第二传动小齿轮307上的扭力。接着启动步进电机703，驱动移动底板701带动扭矩加载及测量系统3移动，使第二传动小齿轮307与传力齿轮207之间脱开；之后电磁制动器502释放，解除连接件205的抱死状态，这时车桥102、连接件205会在钢板弹簧主簧103、钢板弹簧副簧106的回弹作用下往复扭转。

试验过程中，通过测量扭矩传感器303和角度传感器403的数值，就可以计算出钢板弹簧主簧103及其两端分别设置的摆耳和卷耳、钢板弹簧副簧106及其两端分别设置的摆耳和卷耳组成的钢板弹簧悬架系统的纵向角刚度及整个被测件系统02经过扭转释放后的扭转频率。

钢板弹簧悬架系统径向刚度试验：撤出扭矩加载及测量系统3、撤离系统7；启动垂向加载系统8中与蜗轮805连接的驱动电机，蜗轮805旋转带动蜗杆802上下往复移动，与框架208连接的4个垂向加载系统8中的驱动电机采用固定的脉冲频率同步工作；钢板弹簧悬架系统发生垂向位移，位移传感器902采集钢板弹簧悬架系统的垂向位移参数，垂向位移参数和驱动电机的矩频特性曲线共同计算出钢板弹簧悬架系统的径向刚度。

钢板弹簧悬架系统动态特性试验：试验台各部分连接方式及加载方式与钢板弹簧悬架系统径向刚度试验一致，试验时只需通过垂向加载系统8中的驱动电机施加不同幅值的载荷，通过位移传感器902的数据和驱动电机的矩频特性曲线，计算悬架系统在不同幅值下的动刚度变化。

桥壳扭转刚强度试验：如图8所示的，车桥102两侧的车轮101的轮毂外侧分别依次与连接件205、旋转角度测量系统4、装夹系统2连接，两个连接件205中的一个与扭矩加载及测量系统3连接，另一个连接件205与扭矩加载及测量系统3解除连接；按照图9中a1-a12位置所示，依次在车桥102的桥壳上粘贴12个压力应变片，启动加载电机301，车桥102的桥壳在扭矩加载及测量系统3的作用下扭转。记录扭矩传感器303、角度传感器403、压力应变片的数据，可计算出车桥102桥壳强度及刚度。