专利名称：悬架运动学与全工况弹性试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种不用整车装卡，适合于悬架零部件单独试验的结构，它更适合于测试悬架零部件本身的特性，而且设备的占地面积较小也是其特点。 本发明提供的"悬架运动学与全工况弹性试验机"(以下简称"试验机")，可以是双轴式也可以是单轴式的，包括加载台A、六自由度测量机构B、车身挟持系统C、轮距调整系统E(双轴试验机还有轴距调整系统F)以及数据采集与处理系统。其主要特点如下
试验机的加载台A具有四个方向运动(垂向Z、纵向X、横向Y和绕Z轴的转动e z)的生成与测定能力；同时具有六分力(纵向力Fx、横向力Fy、回正力矩Mz、垂向力Fz、纵倾力矩My和侧倾力矩Mx)的测定能力。其结构特征在于四个方向运动中的Z向运动机构是由一个垂向移动平台A14、导向柱A6、垂直作动缸A19、垂直位移传感器组成A18 ;其它三个方向运动(纵向X、横向Y和绕Z轴的转动ez)机构是由三个重叠的水平运动平台和设在其间的三个作动缸(如A4、A10)、滚动导轨(如A5、A11)、位移传感器和位于作动缸前端的拉压传感器(如A13、A20)组成。[OOO9] 加载台A设有六分力测量系统；其中纵向力Fx、横向力Fy、回正力矩Mz分别由设在作动缸(如A4、 A10)端部的拉压传感器(如A13、 A20)测出；垂向力Fz、纵倾力矩My和侧倾力矩Mx是由紧贴轮胎接地面下的三分力传感器A2测出。这样的六分力测量系统中，所有作动缸(如A4、A10)的摩擦力都成为内力而不影响轮胎六分力的测量精度。
六自由度测量机构B是坐落在加载台A的垂向运动平台A14之上，它测量的垂向位移是车轮的垂直变形。轮心的垂直位移可由车轮的垂直变形与A14的垂直位移相减得到，这样布置测量机构B可以避免在测车轮极限跳动时，因各运动分量间数量相差过大而造成的测量机构设计的困难。六自由度测量机构B是由两套相同的两杆(横杆B2和竖杆B4)三轴(两横轴B3和一竖轴B7)测量系统组成。横杆B2的内端用球铰Bl与车轮铰接，外端通过旋转轴B3与竖杆B4的上端连接，其相对转角通过光电编码器B3S测定；竖杆B4的下端通过旋转轴B3与回转轴B7铰接，其上的光电编码器B3S测量其相对转角。回转轴B7支撑在套筒B5上，相对转角通过光电编码器B3S测量。套筒B5安装在支座B6上，整个结构固接于加载台A上的垂向运动平台A14上。两个测量臂系统可输出六路信号，其中有一个信号是非独立的，添加一个精密倾角传感器B8(测定绕两个球铰B1连线的转角)，即可完成车轮六个自由度的精确测定。 —种不用整车装卡，适合于悬架零部件单独试验的结构，它更适合于测试悬架零部件本身的特性。其车轮六自由度测量系统与整车K&C试验机上设置的完全相同，加载系统也与整车K&C试验机上的基本相同，其特点在于将被测前悬架或后悬架(或其副车架)固定在一套特制的夹具上，使被测悬架的支撑点固定，承受试验台施加的载荷，其试验方法与整车单轴K&C台相同。
图1为本发明整车K&C试验机的基本结构
图2为本发明K&C试验机的加载台结构
图3为本发明K&C试验机的六分力测量系统结构
图4为本发明悬架部件K&C试验机的结构
具体实施例方式
如图1所示为整车K&C试验机的基本结构。 它是由加载台A、六自由度测量机构B、车身挟持系统C、轮距调整系统E(双轴试验机还有轴距调整系统F)以及数据采集与处理系统组成。被试车辆V的被试悬架的车轮支承在加载台A上，车身的裙边处由车身挟持系统C夹紧，加载台A向车轮加力，由六自由度测量机构B测量车轮的变形。 如图2所示为K&C试验机的加载台结构。 加载台由三层平台、垂向作动缸A19与运动平台A14构成一个加力总成随导向柱A6沿套筒A17轴线方向滑动，其间设有导向块A7以防止导向柱A6转动。套筒A17与滑座A8固结，安置在箱体A9上，箱体A9上平面制成两条平行导轨面且尽量接近垂向运动平台A14，由手轮A16和相应丝杆带动运动平台A14在箱体导轨面上移动，以调整左右两个加载台的距离，以便适合不同轮距汽车的试验。
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所述加载台A具有垂向Z、纵向X、横向Y和绕Z轴转动的9z向这四个方向的运动的生成与测定能力，并具有对纵向力Fx、横向力Fy、回正力矩Mz、垂向力Fz、纵倾力矩My和侧倾力矩Mx的六分力测定能力；四个方向运动中形成垂向Z运动的运动机构是由一个垂向移动平台A14、导向柱A6、垂直作动缸A19、垂直位移传感器A18组成；纵向X、横向Y和绕Z轴的转动9 z这三个方向的运动机构是由三个重叠的水平运动平台，即第一水平运动平台A12、第二水平运动平台A3、第三水平运动平台Al，设在在三个重叠的水平运动平台间的三个作动缸，即X向作动缸A4、 Y向作动缸、ez向作动缸A10，沿X方向的滚动导轨A5、沿Y方向的滚动导轨All、止推滚动轴承和对应于这三方向的位移传感器组成；纵向力Fx、横向力Fy、回正力矩Mz分别由设在X向作动缸A4、Y向作动缸和e z向作动缸A10端部的拉压传感器A13、 A20测出；垂向力Fz、纵倾力矩My和侧倾力矩Mx是由紧贴轮胎接地面下的三分力传感器测出，这样的设置方式使所有作动缸的摩擦力都成为内力而不影响轮胎六分力的测量精度。 垂向运动平台A14与第一水平运动平台A12之间沿X向平行设置两个沿X方向的滚动导轨A5，该两条沿X方向的滚动导轨A5之间的空间设置X向作动缸A4 ;第一水平运动平台A12和第二水平运动平台A3之间沿Y向平行设置两个沿Y方向的滚动导轨All，该两条沿Y方向的滚动导轨A11之间的空间设置Y向作动缸，第二水平运动平台A3和第三水平运动平台Al之间设置止推滚动轴承，止推滚动轴承的侧面设置9 z向作动缸AIO， e z向作动缸A10驱动第三水平运动平台Al作绕Z轴的旋转运动。 垂直位移传感器A18、X向位移传感器和Y向位移传感器是光栅尺位移传感器，9 z向位移传感器是光电编码器。 加载台A的三个重叠的水平运动平台、垂向作动缸A19与垂向运动平台A14构成一个加力头总成随导向柱A6沿套筒A17轴线方向滑动，其间设有导向块A7以防止导向柱A6转动；套筒A17与滑座A8固结，安置在箱体A9上，箱体A9上平面制成两条平行导轨面且尽量接近垂向运动平台A14，由手轮A16和相应丝杆带动垂向运动平台A14在箱体导轨面上移动，以调整左右两个加载台A的距离，以便适合不同轮距汽车的试验。
图3所示为K&C试验机的车轮位移六自由度测量系统的结构。
六自由度测量机构B坐落在垂向运动平台A14之上，它测量的垂向位移是车轮的垂直变形；轮心的垂直位移可由车轮的垂直变形与垂向运动平台A14的垂直位移相减得到，这样布置六自由度测量机构B可以避免在测车轮极限跳动时，因各运动分量间数量相差过大而造成的测量机构设计的困难；六自由度测量机构B是由两套相同的两杆，即横杆B2和竖杆B4，以及三轴，即两横轴B3和一竖轴B7组成；横杆B2的内端用球铰Bl与车轮铰接，外端通过旋转横轴B3与竖杆B4的上端连接，其相对转角通过光电编码器B3S测定；竖杆B4的下端通过旋转横轴B3与回转竖轴B7铰接，其上的光电编码器B3S测量其相对转角；回转竖轴B7支撑在套筒B5上，相对转角通过光电编码器B3S测量；套筒B5安装在支座B6上，整个结构固接于加载台A上的垂向运动平台A14上；两个测量臂系统可输出六信号中有一个信号是非独立的，添加一个用于测定绕两个球铰Bl连线的转角的精密倾角传感器B8，即可完成车轮六个自由度的精确测定；六自由度测量机构B通过连接螺杆B9与被测车轮连接。 图4所示是一种不用整车装卡，适合于悬架零部件单独试验的结构，它更适合于测试悬架零部件本身的特性。其车轮六自由度测量系统B与整车K&C台完全相同，加载系统A及轮距调整机构E也与整车K&C台相同。悬架部件K&C试验机还包括模拟车身件M、N，夹具体K，模拟车身调整机构H、 J，支撑柱D组成。 模拟车身件分为M、N两部分，可以通过调整机构H、 J沿夹具体K的导轨移动，满足不同轮距的被测悬架N的装卡要求。四个支撑柱D固定夹具体K，承受悬架的各方向载荷。加载台A给车轮施加四个方向的载荷，并同时测量车轮受到的力，车轮测量系统B测量车轮的六自由度位移，包括轮心的三个位移及车轮的侧倾角、前束角、车轮转动角。轮距调整结构E调整加载台与车轮的相对位置，满足不同轮距测试悬架的试验要求。
权利要求
悬架运动学与全工况弹性试验机，其特征在于其为双轴式或者是单轴式，所述试验机包括加载台(A)、六自由度测量机构(B)、车身挟持系统(C)、轮距调整系统(E)和数据采集与处理系统；被试车辆的被试悬架的车轮支承在加载台(A)上，车身的裙边处由车身挟持系统(C)夹紧，加载台(A)向车轮加力，由六自由度测量机构(B)测量车轮的变形。
2. 权利要求1所述的试验机，其特征在于其为双轴式，并且还具有轴距调整系统(F)。
3. 权利要求1所述的试验机，其特征在于所述加载台(A)具有垂向Z、纵向X、横向 Y和绕Z轴转动的ez向这四个方向的运动的生成与测定能力，并具有对纵向力Fx、横向 力Fy、回正力矩Mz、垂向力Fz、纵倾力矩My和侧倾力矩Mx的六分力测定能力；四个方向运 动中形成垂向Z运动的运动机构是由一个垂向移动平台(A14)、导向柱(A6)、垂直作动缸 (A19)、垂直位移传感器(A18)组成；纵向X、横向Y和绕Z轴的转动9 z这三个方向的运动 机构是由三个重叠的水平运动平台，即第一水平运动平台(A12)、第二水平运动平台(A3)、 第三水平运动平台(A1)，设在在三个重叠的水平运动平台间的三个作动缸，即X向作动缸 (A4)、Y向作动缸、9z向作动缸(A10)，沿X方向的滚动导轨(A5)、沿Y方向的滚动导轨 (All)、止推滚动轴承和对应于这三方向的位移传感器组成；纵向力Fx、横向力Fy、回正力 矩Mz分别由设在X向作动缸(A4)、 Y向作动缸和9 z向作动缸(A10)端部的拉压传感器 (A13、A20)测出；垂向力Fz、纵倾力矩My和侧倾力矩Mx是由紧贴轮胎接地面下的三分力传 感器测出，这样的设置方式使所有作动缸的摩擦力都成为内力而不影响轮胎六分力的测量 精度。
4. 权利要求3所述的试验机，其特征在于垂向运动平台(A14)与第一水平运动平台 (A12)之间沿X向平行设置两个沿X方向的滚动导轨(A5)，该两条沿X方向的滚动导轨(A5) 之间的空间设置X向作动缸(A4);第一水平运动平台(A12)和第二水平运动平台(A3)之 间沿Y向平行设置两个沿Y方向的滚动导轨(A11)，该两条沿Y方向的滚动导轨(All)之间 的空间设置Y向作动缸，第二水平运动平台(A3)和第三水平运动平台(Al)之间设置止推 滚动轴承，止推滚动轴承的侧面设置9 z向作动缸(AIO)， e z向作动缸(A10)驱动第三水 平运动平台(Al)作绕Z轴的旋转运动。
5. 权利要求3所述的试验机，其特征在于垂直位移传感器(A18) 、 X向位移传感器和 Y向位移传感器是光栅尺位移传感器，9 z向位移传感器是光电编码器。
6. 权利要求3、4或5所述的试验机，其特征在于加载台(A)的三个重叠的水平运动 平台、垂向作动缸(A19)与垂向运动平台(A14)构成一个加力头总成随导向柱(A6)沿其套 筒轴线方向滑动，其间设有导向块(A7)以防止导向柱(A6)转动；套筒与滑座(A8)固结，安 置在箱体(A9)上，箱体(A9)上平面制成两条平行导轨面且尽量接近垂向运动平台(A14)， 由手轮(A16)和相应丝杆带动垂向运动平台(A14)在箱体导轨面上移动，以调整左右两个 加载台(A)的距离，以便适合不同轮距汽车的试验。
7. 权利要求1、2或3所述的试验机，其特征在于六自由度测量机构(B)坐落在垂向运 动平台(A14)之上，它测量的垂向位移是车轮的垂直变形；轮心的垂直位移可由车轮的垂 直变形与垂向运动平台(A14)的垂直位移相减得到，这样布置六自由度测量机构(B)可以 避免在测车轮极限跳动时，因各运动分量间数量相差过大而造成的测量机构设计的困难； 六自由度测量机构(B)是由两套相同的两杆，即横杆(B2)和竖杆(B4)，以及三轴，即两横 轴(B3)和一竖轴(B7)组成；横杆(B2)的内端用球铰(Bl)与车轮铰接，外端通过旋转横轴(B3)与竖杆(B4)的上端连接，其相对转角通过光电编码器(B3S)测定；竖杆(B4)的下端通过旋转横轴(B3)与回转竖轴(B7)铰接，其上的光电编码器(B3S)测量其相对转角；回转竖轴(B7)支撑在一个套筒上，相对转角通过光电编码器(B3S)测量；套筒安装在支座(B6)上，整个结构固接于加载台(A)上的垂向运动平台(A14);两个测量臂系统可输出六信号中有一个信号是非独立的，添加一个用于测定绕两个球铰(Bl)连线的转角的精密倾角传感器(B8)，即可完成车轮六个自由度的精确测定；六自由度测量机构(B)通过连接螺杆(B9)与被测车轮连接。
全文摘要
一种悬架运动学与全工况弹性试验机，是由具有六分力测定能力的加载台(A)、车轮六自由度运动测量机构(B)、车身挟持系统(C)、轮距调整系统(E)以及数据采集与处理系统组成，其还可包含轴距调整系统(F)。根据用户需要和夹持方式的不同可组成整车用试验机和单独悬架系统试验机，以适应汽车悬架系统各向运动学特性和全工况变形特性测试的不同要求。
文档编号G01M17/007GK101776526SQ201010101069
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者付民政, 李宁, 郭孔辉 申请人:郭孔辉;付民政;李宁