一种纵置复合材料板簧性能测试装置及测试方法与流程

本发明涉及板簧检测技术领域,涉及一种纵置复合材料板簧性能测试装置及测试方法。

背景技术：

随着全球能源紧缺及环境污染问题的日益突显，对汽车进行轻量化处理显得尤为重要。有研究表明如果汽车整车重量降低10％，则燃油效率可提高6％-8％，有效地减少二氧化碳排放。在汽车用零部件中，复合材料板簧的减重效果突出，与传统钢质板簧相比，横置板弹簧减重78％左右、轻型纵置板弹簧减重63％左右、重型纵置板弹簧减重66％～70％左右。此外，复合材料板簧的疲劳性能能够达到钢板板簧的2～10倍。由此可见，复合材料板簧在汽车工业领域具有广阔的应用前景。

汽车在行驶过程中，板簧在不同路况下所经历的运动状态也会有所不同。在起伏路况状态下会产生上跳、下压运动，即板簧受到厚度方向上的载荷作用；在加速以及制动、减速过程中会对板簧长度方向产生挤压；另外，在汽车转向时板簧则会受到的宽度方向上的侧倾力。传统钢板弹簧疲劳测试方法大多是通过垂直方向的位移和载荷得到板簧的刚度以及垂直循环载荷作用下的疲劳寿命，作为各向同性的钢质板簧这种疲劳测试方式可靠性尚可。然对于复合材料板簧而言，由于其多是通过叠层热压、rtm成型或缠绕成型实现，导致复合材料板簧在各个方向上的各向异性，且层间剪切强度也不高。显然，传统钢板簧的疲劳测试方式已不适用于复合材料板簧的疲劳性能评价，难以预判复合材料板簧是否能够满足整车的要求。

申请号为201610655823.7的中国专利公开了一种汽车纵置复合材料板簧性能测试装置，但只局限于复合材料板簧垂直方向上的疲劳测试，而不能检测其它方向上的性能。因此，需要开发适用于复合材料板簧全面进行疲劳性能测试的专用设备。

复合材料板簧在汽车行驶过程中由于路况不同，其所受到的力也有所不同。在起伏路况状态下会产生上跳、下压，即复合材料板簧受到厚度方向上的载荷作用；在加速以及制动、减速过程中会对板簧长度方向产生挤压；另外，在汽车转向时板簧则会受到的宽度方向上的侧倾力。而现有钢板弹簧或复合材料板板簧只做简单的上下受力疲劳台架试验,考虑到复合材料板簧本身的各向异性特点，有必要对复合材料板簧的疲劳测试设备进行重新设计，从而实现对复合材料板簧厚度、长度以及宽度方向上的疲劳性能全方位测试，更真实地反映复合材料板簧在车辆行驶过程中所受到的载荷的状况，获得更可靠的复合材料板簧疲劳寿命数据。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种纵置复合材料板簧性能测试装置及测试方法。本发明的测试装置能够实现对复合材料板簧厚度、长度以及宽度方向上的疲劳性能全方位测试，更真实地反映复合材料板簧在车辆行驶过程中所受到的载荷的状况，获得更可靠的复合材料板簧疲劳寿命数据。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的第一目的是提供一种纵置复合材料板簧性能测试装置，包括：

基座，所述基座上两侧对称设置有一对导轨；

一对滑动件，所述滑动件分别位于两侧的导轨上，且可相对导轨滑动；

待测试板簧，所述待测试板簧的两端分别固定在两侧的滑动件上；

转向加载装置，所述转向加载装置设置在待测试板簧上，载荷加载系统通过转向加载装置在不同方向上对待测试板簧进行测试。

进一步的方案，所述转向加载装置包括固定件和转向件，所述的固定件固定连接在待测试板簧的中部，所述转向件连接在固定件上，并可相对固定件转动。

进一步的方案，所述转向件包括第一转向件和第二转向件，所述第一转向件与固定件连接，并可围绕与待测试板簧的中心轴平行的轴旋转；所述第二转向件与第一转向件连接，并可围绕与待测试板簧的中心轴垂直的轴旋转。

进一步的方案，所述的第一转向件为转向法兰，所述的转向法兰水平设置在固定件上部，并围绕待测试板簧的中心轴沿顺时针和/或逆时针方向旋转；

优选的，所述的转向法兰每次旋转的角度为90度。

进一步的方案，所述的第二转向件包括载荷输出杆，所述的载荷输出杆包括第一输出杆和第二输出杆，所述第一输出杆的一端与第一转向件固定连接，另一端与第二输出杆旋转连接；所述第二输出杆围绕与待测试板簧的中心轴垂直的轴沿顺时针和/或逆时针方向旋转；

优选的，所述第一输出杆与转向法兰垂直设置；

优选的，所述第二转向件还包括输出杆固定件，所述输出杆固定件安装在第一输出杆和第二输出杆的连接处，以固定两者的相对位置；

优选的，所述第二输出杆的自由延伸的端部设有加载点，所述加载点与载荷加载系统对接，优选的，所述加载点的直径大于第二输出杆的直径。

进一步的方案，所述的基座上设有第一基座固定装置，通过第一基座固定装置将基座与待测试板簧长度方向平行的侧面与水平面固定；

优选的，第一基座固定装置包括第一基座固定孔和第一基座固定件，第一基座固定孔设置在基座与待测试板簧长度方向平行的侧面上，第一基座固定件穿过第一基座固定孔与水平面固定。

进一步的方案，所述的基座上设有第二基座固定装置，通过第二基座固定装置将基座与待测试板簧宽方向平行的侧面与水平面固定；

优选的，第二基座固定装置包括第二基座固定孔和第二基座固定件，第二基座固定孔设置在基座与待测试板簧宽度方向平行的侧面上，第二基座固定件穿过第二基座固定孔与水平面固定。

本发明的第二目的是提供一种如上任意一种方案或者组合方案所述的纵置复合材料板簧性能测试装置的测试方法，所述载荷加载系统与所述转向加载装置对接，通过调整转向加载装置的旋转角度和/或方向、基座与水平面的相对位置，在待测试板簧的长度、宽度以及厚度的方向上分别对待测试板簧进行性能测试；

优选的，调整所述第一输出杆和第二输出杆均垂直于转向法兰并固定，所述基座水平放置，载荷加载系统与第二输出杆端部对接并施加载荷，在待测试板簧的厚度方向上进行测试。

进一步的方案，所述第一输出杆垂直于转向法兰，调整第二输出杆与转向法兰平行并与待测试板簧的长度方向一致并固定；调整基座，使基座的长度方向上与水平面垂直，并利用第二基座固定装置固定；载荷加载系统在待测试板簧的长度方向上进行测试。

进一步的方案，所述第一输出杆垂直于转向法兰，调整第二输出杆与转向法兰平行并固定，转动转向法兰，使第二输出杆与待测试板簧的宽度方向一致；调整基座，使基座的宽度方向上与水平面垂直，并利用第一基座固定装置固定；载荷加载系统在待测试板簧的宽度方向上进行测试。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种纵置复合材料板簧疲劳性能测试装置可实现在复合材料板簧厚度、长度以及宽度方向上的加载测试，对复合材料板簧施加循环载荷，并改变频率来模拟复合材料，能够较真实地模拟复合材料板簧在实际装车工况中所受到的力，具有较好的疲劳寿命可靠性。

2、本发明提供的一种纵置复合材料板簧疲劳性能测试装置可以配合传统钢质板簧疲劳测试台架使用，在原来测试台架的基础上，通过调整复合材料板簧疲劳性能测试装置中的载荷输出杆、转向法兰及基座的安装方式，实现不同方向上的疲劳性能测试，可操作性强，实现起来简单，并能够节约设备成本。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1所示为复合材料板簧厚度方向疲劳测试装置的侧面结构示意图。

图2所示为复合材料板簧厚度方向疲劳测试装置的立体结构示意图。

图3所示为复合材料板簧长度方向疲劳测试装置的侧面结构示意图。

图4所示为复合材料板簧长度方向疲劳测试装置的立体结构示意图。

图5所示为复合材料板簧宽度方向疲劳测试装置的侧面结构示意图。

图6所示为复合材料板簧宽度方向疲劳测试装置的立体结构示意图。

图中：1基座，2上导轨，3下导轨，4滑车，5车轮，6待测试板簧，7固定件，8转向法兰，9载荷输出杆，10第一输出杆，11第二输出杆，12输出杆固定件，13加载点，14第一基座固定装置，15第二基座固定装置，16吊耳连接销钉，17滑车固定螺栓。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种纵置复合材料板簧性能测试装置，包括：

基座1，所述基座1上两侧对称设置有一对导轨；

一对滑动件，所述滑动件分别位于两侧的导轨上，且可相对导轨滑动；

待测试板簧6，所述待测试板簧6的两端分别固定在两侧的滑动件上；

转向加载装置，所述转向加载装置设置在待测试板簧6上，载荷加载系统通过转向加载装置在不同方向上对待测试板簧6进行测试。

基座1的两侧对称设置有一对导轨，每个导轨均包括上导轨2和下导轨3。滑动件可以为滑车4或者其他可以与导轨相对滑动的结构，滑车4的下部具有车轮5。上导轨2和下导轨3为凹槽设计，可将滑车4的车轮5限定在上导轨2和下导轨3内，滑车4还可以随意取下和摆放到导轨上。待测试复合材料板簧两端的卷耳可以安装到对应的滑车4中，并可通过吊耳连接销钉16进行固定。

本方案的纵置复合材料板簧性能测试装置还包括转向加载装置，通过调节转向加载装置的方向，配合改变基座1的安装位置，能够实现对复合材料板簧厚度、长度以及宽度方向上的疲劳性能全方位测试，更真实地反映复合材料板簧在车辆行驶过程中所受到的载荷的状况，获得更可靠的复合材料板簧疲劳寿命数据。

所述转向加载装置包括固定件7和转向件，所述的固定件7固定连接在待测试板簧6的中部，所述转向件连接在固定件7上，并可相对固定件7转动。

固定件7即为板簧固定装置，具体可以为板簧固定夹板，固定在待测试板簧的中部。板簧固定夹板包括上夹板和下夹板，上夹板和下夹板通过板簧固定螺栓进行固定。转向件连接在固定件7上，并且可相对固定件7转动，如此能够实现载荷加载系统在不同的方向上对转向件施力，进而传递到待测试板簧6上，对待测试板簧6的厚度、长度以及宽度方向上的疲劳性能都能够进行全方位测试。

其中，所述转向件包括第一转向件和第二转向件，所述第一转向件与固定件7连接，并可围绕与待测试板簧6的中心轴平行的轴旋转；所述第二转向件与第一转向件连接，并可围绕与待测试板簧6的中心轴垂直的轴旋转。

参照图1，所述的第一转向件为转向法兰8，所述的转向法兰8水平设置在固定件7上部，并围绕待测试板簧的中心轴沿顺时针和/或逆时针方向旋转。优选的，所述的转向法兰8每次旋转的角度为90度。

所述的第二转向件包括载荷输出杆9，所述的载荷输出杆9包括第一输出杆10和第二输出杆11，所述第一输出杆10的一端与第一转向件固定连接，另一端与第二输出杆11旋转连接；所述第二输出杆11围绕与待测试板簧6的中心轴垂直的轴沿顺时针和/或逆时针方向旋转0-90度；所述第一输出杆10与转向法兰8垂直设置。

所述第二转向件还包括输出杆固定件12，所述输出杆固定件12安装在第一输出杆10和第二输出杆11的连接处，以固定两者的相对位置。输出杆固定件12可以为输出杆固定螺钉。因此也可以说，载荷输出杆9的第二输出杆11可以输出杆固定螺钉为轴，顺时针、逆时针各旋转0-90度。

因此，转向法兰8实现了整个转向件在水平方向内的旋转，并且能够同时带动载荷输出杆9进行同步的旋转。而载荷输出杆9的第一输出杆10和第二输出杆11可以相对在竖直方向内，围绕水平轴进行旋转，从而即可以调节实现第二输出杆11的方向与待测试板簧6的长度方向一致，也能够调节实现第二输出杆11的方向与待测试板簧6的宽度方向一致，有利于载荷加载系统与第二输出杆11对接后，在待测试板簧6的长度方向和宽度方向上进行施力检测。

为了达到更好的对接施力检测的效果，所述第二输出杆11的自由延伸的端部设有加载点13，所述加载点13与载荷加载系统对接，优选的方案，所述加载点13的直径大于第二输出杆11的直径。

本方案中，基座1的安装位置可根据复合材料板簧在不同方向上的不同测试要求而改变，基座1的四个侧面均可进行固定。为了对不同放置方式的基座1进行固定，基座1上设置多种固定装置，以便在各个位置都能够进行固定，具体方式包括：

所述的基座1上设有第一基座固定装置14，通过第一基座固定装置14将基座1与待测试板簧6长度方向平行的侧面与水平面固定；

作为一种优选的实施方式，第一基座固定装置14包括第一基座固定孔和第一基座固定件，第一基座固定孔设置在基座1与待测试板簧6长度方向平行的侧面上，第一基座固定件穿过第一基座固定孔与水平面固定。

所述的基座1上设有第二基座固定装置，通过第二基座固定装置将基座1与待测试板簧6宽度方向平行的侧面与水平面固定；

作为一种优选的实施方式，第二基座固定装置包括第二基座固定孔和第二基座固定件，第二基座固定孔设置在基座1与待测试板簧6宽度方向平行的侧面上，第二基座固定件穿过第二基座固定孔与水平面固定。

本方案的测试装置可以在同一基座1上，通过改变载荷输出杆9的第二输出杆11的状态、转向法兰8的角度以及基座1的相对位置从而实现复合材料板簧在不同路况下的疲劳测试。

当不对第二输出杆11进行旋转，用输出杆固定螺钉将第一输出杆10和第二输出杆11进行固定，使第二输出杆11与转向法兰8垂直，最后调整基座1的放置位置，使复合材料板簧在长度方向上与水平面呈平行放置，调整位置使加载点13与伺服液压驱动系统进行对接，如图1所示。之后再进行加载并通过第二输出杆11开始施加载荷，如此便可对复合材料板簧厚度方向上的疲劳性能进行测试。

当第二输出杆11旋转90度后，用输出杆固定螺钉将第一输出杆10和第二输出杆11进行固定，再旋转转向法兰8，使第二输出杆11与复合材料板簧的长度方向平行，最后调整基座1的放置位置，使复合材料板簧在长度方向上与水平面呈垂直放置，调整位置使加载点13与伺服液压驱动系统进行对接，并利用第二基座固定孔和第二基座固定件(长度方向疲劳测试时)将基座1进行固定，如图3所示。另外，将与施加载荷方向同向一端的滑车4用滑车固定螺栓17固定，之后再进行加载并通过第二输出杆11开始施加载荷，如此便可对复合材料板簧长度方向上的疲劳性能进行测试。

当第二输出杆11旋转90度后，用输出杆固定螺钉将第一输出杆10和第二输出杆11进行固定，再旋转转向法兰8，使第二输出杆11与复合材料板簧的宽度方向平行，最后调整基座1的放置位置，使复合材料板簧在宽度方向上与水平面垂直放置，调整位置使加载点13与伺服液压驱动系统进行对接，并利用第一基座固定孔和第一基座固定件(宽度方向疲劳测试时)将基座1进行固定，如图5所示。另外，将两端的滑车4用滑车固定螺栓17进行固定，之后再进行加载并通过第二输出杆11开始施加载荷，如此便可对复合材料板簧宽度方向上的疲劳性能进行测试。

另外，本发明还提供一种如上任意一种方案或者组合方案所述的纵置复合材料板簧性能测试装置的测试方法，具体包括如下：

所述载荷加载系统与所述转向加载装置对接，通过调整转向加载装置的旋转角度和/或方向、基座1与水平面的相对位置，在待测试板簧6的长度、宽度以及厚度的方向上分别对待测试板簧6进行性能测试，能够实现对复合材料板簧厚度、长度以及宽度方向上的疲劳性能全方位测试，更真实地反映复合材料板簧在车辆行驶过程中所受到的载荷的状况，获得更可靠的复合材料板簧疲劳寿命数据。

具体的，测试情况及方法包括以下几种：

情况1，当模拟复合材料板簧在起伏路况状态下产生上跳、下压运动的疲劳性能时，由于复合材料板簧主要受到厚度方向上的载荷作用，此时需施加连续、循环的厚度方向力。

测试步骤为：

调整所述第一输出杆10和第二输出杆11均垂直于转向法兰8并固定，所述基座1水平放置，载荷加载系统与第二输出杆11端部对接并施加载荷，在待测试板簧6的厚度方向上进行测试，如图1所示。

具体的，将两个滑车4装入上导轨2与下导轨3之间，滑车4能够在上导轨2与下导轨3之间自由滑动。将待测试复合材料板簧两端卷耳安装到对应的滑车4中，此时可不需吊耳连接销钉16进行固定；将待测试复合材料板簧的中央部位通过板簧固定装置固定并与转向法兰8连接，转向法兰8顶部的第二输出杆11垂直于转向法兰8方向进行安装，并用输出杆固定螺钉进行固定；基座1水平方向放置，之后可以进行加载并通过第二输出杆11开始施加载荷。

此时试验载荷范围为0.7倍满载载荷-1.9倍满载载荷，频率范围为0.1-3hz。疲劳测试过程中就时刻观察复合材料板簧状况，若复合材料板簧出现裂纹、分层或断裂等情况，即可停止试验，同时记录其循环次数，即为复合材料板簧的疲劳寿命。

情况2，当模拟复合材料板簧在加速以及制动、减速过程中的疲劳性能时，由于复合材料板簧主要受到其长度方向上的载荷作用，此时需施加连续、循环的长度方向力。

测试步骤为：

所述第一输出杆10垂直于转向法兰8，调整第二输出杆11与转向法兰8平行并与待测试板簧6的长度方向一致并固定；调整基座1，使基座1的长度方向上与水平面垂直，并利用第二基座固定装置固定；载荷加载系统在待测试板簧6的长度方向上进行测试。

具体的，将两个滑车4装入上导轨2与下导轨3之间，滑车4能够在上导轨2与下导轨3之间自由滑动。将与施加载荷方向同向一端的滑车4用滑车固定螺栓17固定；将待测试复合材料板簧两端卷耳安装到对应的滑车4中，并用吊耳连接销钉16进行固定；将待测试复合材料板簧的中央部位通过板簧固定装置固定并与转向法兰8连接，转向法兰8顶部的第二输出杆11转向平行于转向法兰8的方向进行安装，并用输出杆固定螺钉进行固定；调整基座1，使基座1的长度方向上与水平面垂直放置，并利用第二基座固定孔和第二基座固定件(长度方向疲劳测试时)将基座1进行固定，如图3所示。将与施加载荷方向同向一端的滑车4用滑车固定螺栓17固定；之后可以进行加载并通过第二输出杆11开始施加载荷。

此时试验载荷范围为0.7倍满载载荷-1.9倍满载载荷，频率范围为0.1-3hz。疲劳测试过程中就时刻观察复合材料板簧状况，若复合材料板簧出现裂纹、分层或断裂等情况，即可停止试验，同时记录其循环次数，即为复合材料板簧的疲劳寿命。

情况3，当模拟复合材料板簧在汽车转向时受到侧倾力的疲劳性能时，由于复合材料板簧主要受到宽度方向上的载荷作用，此时需施加连续、循环的宽度方向力。

测试步骤为：

所述第一输出杆10垂直于转向法兰8，调整第二输出杆11与转向法兰8平行并固定，转动转向法兰8，使第二输出杆11与待测试板簧6的宽度方向一致；调整基座1，使基座1的宽度方向上与水平面垂直，并利用第一基座固定装置14固定；载荷加载系统在待测试板簧6的宽度方向上进行测试。

具体的，将两个滑车4装入上导轨2与下导轨3之间，滑车4能够在上导轨2与下导轨3之间自由滑动。将待测试复合材料板簧两端卷耳安装到对应的滑车4中，并用吊耳连接销钉16进行固定；将待测试复合材料板簧的中央部位通过板簧固定装置固定并与转向法兰8连接，转向法兰8顶部的第二输出杆11转向平行于转向法兰8的方向进行安装，并用输出杆固定螺钉进行固定；调整转向法兰8旋转90度并固定；调整基座1，使基座1在宽度方向上与水平面垂直放置，使此时的第二输出杆11垂直于水平面，并利用第一基座固定孔和第一基座固定件(宽度方向疲劳测试时)将基座1进行固定，如图5所示。将两端的滑车4用滑车固定螺栓17进行固定；之后可以进行加载并通过第二输出杆11开始施加载荷。

此时试验载荷范围为0.7倍满载载荷-1.9倍满载载荷，频率范围为0.1-3hz。疲劳测试过程中就时刻观察复合材料板簧状况，若复合材料板簧出现裂纹、分层或断裂等情况，即可停止试验，同时记录其循环次数，即为复合材料板簧的疲劳寿命。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。