本发明属于车辆领域，涉及一种具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置。
背景技术：
负重轮是履带车辆的支撑和行动部件，负重轮与车体之间连接通过平衡肘，平衡肘上连接有扭杆弹簧和旋转式减振器。由于特种车辆行驶在山区等恶劣路况下，因此，对于负重轮的耐久性等可靠程度要求较高。
负重轮不同于普通汽车的橡胶轮胎，负重轮结构上采用两瓣组合轮毂，轮鼓粘结有非充气式橡胶层，并与履带内侧接触，不与路面直接接触。例如，专利(cn203719922u)提出双轮鼓能量回收轮胎摩擦和滑移刚度特性测试装置，但是从其试验装置看出只适用于普通汽车轮胎，并不适用于负重轮。
负重轮与驱动轮鼓接触距离，需要通过调整机构来调整，专利(cn102401745a)虽然提出了等直径内外轮鼓路面模拟装置，但是并未有轮胎与轮鼓之间相对位置的调整装置。
普通轿车的轮鼓驱动试验台无法满足特种车辆负重轮的试验要求，因此针对负重轮特点，并且能够满足试验项目要求的试验装置必不可少，由于被测试对象——负重轮直径和宽度等尺寸是变化的，而由于试验台驱动轮鼓体积较大，必须采用固定形式，因此，需要一种调整装置来调节负重轮与驱动轮鼓相对位置，并且需要同时考虑调整便利性、调整精度要求等几个方面。
为了能模拟负重轮实际工况和减少振动，在平衡肘上连接有扭杆弹簧和旋转减振器。
技术实现要素：
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置，提高履带车辆负重轮的试验能力，解决负重轮耐久性试验、测试负重轮刚度特性、测试负重轮内侧与诱导齿摩擦特性、负重轮内侧与诱导齿摩擦时的耐久性试验、负重轮与驱动轮鼓之间相对位置可灵活调整等技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置，其包括：固定架11，其上安装电机17，电机17输出轴与驱动轮鼓1连接，由所述电机17驱动驱动轮鼓1做旋转运动；驱动轮鼓1靠近固定架11的一个侧面，且突出该侧面的边缘；驱动轮鼓1周向表面布置有带诱导齿的弧形底座10；
负重轮组件，包括安装在驱动轮鼓1表面一侧的负重轮2。
其中，所述带诱导齿的弧形底座10表面设置橡胶衬垫18，诱导齿突出橡胶衬垫18表面。
其中，所述负重轮组件包括l型基座15，其包括相垂直的水平基板和竖直基板，水平基板和竖直基板均垂直于固定架11并固定在固定架11另一个侧面上，该另一个侧面与驱动轮鼓1所靠近的侧面相邻；
水平基板上方布置底座12，底座12为长方体状结构，其靠近驱动轮鼓1的一侧表面上开设长方形凹槽，且凹槽上部和下部分别设置凹陷的轨道，轨道内布置滚针6。滑板3安装在长方形凹槽内，能够沿着滚针6运动，且被限定在凹陷的轨道内不会脱离；
长方形凹槽的端部侧壁上开设有螺纹孔，丝杠推进机构9穿过螺纹孔连接滑板3，通过转动丝杠推进机构9能够推动滑板3沿着底座12的长方形凹槽前后移动；
滑板3上安装有平衡肘附座13，平衡肘4通过轴承连接平衡肘附座13，平衡肘4的轴可以绕平衡肘附座13旋转；平衡肘4连接负重轮2，负重轮2中心可以绕平衡肘4旋转；
竖直基板上开设轨道槽，轨道槽内设置可滑动的扭杆弹簧附座14，扭杆弹簧5一端与扭杆弹簧附座14通过花键固定连接；另一端穿过底座12上开设的长条孔与所述平衡肘4连接，平衡肘4绕平衡肘附座13旋转，使扭杆弹簧5扭转，产生弹性力。
其中，还包括旋转减振器8和连接臂7，所述旋转减振器8固定于所述的平衡肘附座13上，通过所述的连接臂7与所述的平衡肘4连接，平衡肘4转动，使连接臂7转动，从而使旋转减振器8内部旋转，产生阻尼力。所述的旋转减振器8作为可选连接部件，当试验需要模拟实际工况时，与所述的扭杆弹簧5共同起到模拟车载减振系统对于负重轮2的载荷情况。
其中，所述滑板3上开设有螺纹孔，能够通过螺栓对底座12施加预紧力。
其中，通过更换具有不同刚度的所述的扭杆弹簧5，控制负重轮2与驱动轮鼓1之间的静态和动态接触载荷。
其中，所述扭杆弹簧5上设置有角度传感器16，角度传感器16与滑板3固定连接，测量扭杆弹簧5的扭转角度。
其中，沿所述平衡肘4的轴，从负重轮2所在的外侧到相对的内侧，依次设置外螺母23、外调整环26、轴承28、中间环27、轴承28、内调整环25、内螺母24；外螺母23、内螺母24与平衡肘4的轴是螺纹连接；外调整环26、中间环27、内调整环25与平衡肘4轴是接触关系。通过调节外螺母23、内螺母24、以及改变内调整环25、外调整环26和中间环27的轴向尺寸，可以调整负重轮2内侧与诱导齿产生摩擦时的接触距离。
其中，带弧形底座的诱导齿10是在履带车辆的履带板基础上，将履带板做成弧形，弧形直径与驱动轮鼓相等，在侧面布置有螺纹孔20，驱动轮鼓侧面外边缘处布置有通孔，插入螺栓21将带弧形底座的诱导齿10固定于驱动轮鼓周向；带弧形底座的诱导齿的上表面固定有橡胶衬垫18，橡胶衬垫18通过螺栓19固定于带诱导齿弧的形底座的上表面，模拟履带板内侧橡胶。
其中，在模拟车辆实际减振系统时，所述扭杆弹簧5和旋转减振器8互相配合，形成弹性阻尼系统；旋转减振器8选用叶片式液压减振器。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置，具有以下优点：
(1)实现负重轮在模拟实际工况下的特性和耐久性等多种试验；
(2)负重轮与驱动轮鼓之间相对位置可灵活调整，方便负重轮的安装和调整；
(3)诱导齿的弧形底座是真实车辆履带板的模拟，不同于车辆履带板之处在于弧形底座，可拆卸更换成具有不同形状诱导齿的弧形底座，可以与不同规格负重轮配套使用；
(4)通过调节负重轮内侧与诱导齿之间的距离，使负重轮内侧与诱导齿产生压力，通过电机施加的旋转力，可以获得负重轮内侧与诱导齿的摩擦系数，从而测试负重轮内侧与诱导齿的摩擦特性；
(5)通过调节负重轮内侧与诱导齿之间的距离，使负重轮内侧与诱导齿产生压力，电机带动驱动轮鼓旋转，带动负重轮旋转，测试负重轮内侧与诱导齿产生摩擦力时的耐久性；
(6)具有扭杆弹簧，实现负重轮与驱动轮鼓的弹性接触，通过测量扭杆弹簧的扭转角度，再根据几何结构，计算出负重轮与驱动轮鼓之间的接触压力，实现定量控制；
(7)可以选择不同阻尼力的旋转减振器与扭杆弹簧配合使用，模拟负重轮在实际车辆上所受到的动态力，以及降低试验过程中的振动。
附图说明
图1是本发明的一种具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置的三维结构示意图；
图2是电机在固定架上面安装形式，以及与驱动轮鼓的连接方式示意图；
图3是本发明的角度传感器的安装方式示意图；
图4是带诱导齿的弧形底座以及上面的橡胶衬垫安装方式示意图；
图5是带诱导齿的弧形底座在驱动轮鼓上的安装方式示意图；
图6是负重轮(双边)、平衡肘、拉臂、旋转减振器总成；
图7是本发明的一种具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置的结构机械原理示意图；
图8是负重轮(单边)在本试验装置上的安装方式示意图；
图9是滚针、底座、滑板、丝杆推进机构总成剖面示意图；
图10是本发明的l型基座(15)结构示意图；
图11是本发明的底座(12)结构示意图；
图12是本发明的平衡肘(4)预安装夹角原理图；
图13是本发明的扭杆弹簧(5)安装方式示意图；
图14是本发明的调整负重轮内侧与诱导齿产生摩擦时的接触距离示意图；
图15为图14的侧视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1、图2、图3和图4所示，一种具有弹性阻尼元件和诱导齿弧形底座的负重轮试验装置，包括驱动轮鼓1、带诱导齿的弧形底座10、橡胶衬垫18、固定架11、底座12、滑板3、滚针6、丝杠推进机构9、负重轮被测试对象2、平衡肘4、平衡肘附座13、扭杆弹簧5、扭杆弹簧附座14、l型基座15、旋转减振器8、连接臂7、角度传感器16、电机17、外螺母23、内螺母24、内调整环25、外调整环26、中间环27、轴承28等。
其中，电机17安装在固定架11上，且电机17输出轴与驱动轮鼓1连接，由所述电机17驱动驱动轮鼓1做旋转运动；驱动轮鼓1靠近固定架11的一个侧面，且突出该侧面的边缘；驱动轮鼓1周向表面布置有带诱导齿的弧形底座10，带诱导齿的弧形底座10表面设置橡胶衬垫18，诱导齿突出橡胶衬垫18。
l型基座15包括相垂直的水平基板和竖直基板，水平基板和竖直基板均垂直于固定架11并固定在固定架11另一个侧面上，该另一个侧面与驱动轮鼓1所靠近的侧面相邻。
水平基板上方布置底座12，底座12为长方体状结构，其靠近驱动轮鼓1的一侧表面上开设长方形凹槽，且凹槽上部和下部分别设置凹陷的轨道，轨道内布置滚针6。滑板3安装在长方形凹槽内，能够沿着滚针6运动，且被限定在凹陷的轨道内不会脱离。
长方形凹槽的端部侧壁上开设有螺纹孔，丝杠推进机构9穿过螺纹孔连接滑板3，通过转动丝杠推进机构9能够推动滑板3沿着底座12的长方形凹槽前后移动。
滑板3上安装有平衡肘附座13，平衡肘4通过轴承连接平衡肘附座13，平衡肘4的轴可以绕平衡肘附座13旋转；平衡肘4连接负重轮2，负重轮2中心可以绕平衡肘4旋转。
旋转减振器8固定于所述的平衡肘附座13上，通过所述的连接臂7与所述的平衡肘4连接，平衡肘4转动，使连接臂7转动，从而使旋转减振器8内部旋转，产生阻尼力。所述的旋转减振器8作为可选连接部件，当试验需要模拟实际工况时，与所述的扭杆弹簧5共同起到模拟车载减振系统对于负重轮2的载荷情况。
滑板3上开设有螺纹孔，能够通过螺栓对底座12施加预紧力。
负重轮被测试对象2与驱动轮鼓1是接触关系，接触压力可以调整，接触压力由二者的距离、扭杆弹簧5的刚度等决定；
竖直基板上开设轨道槽，轨道槽内设置可滑动的扭杆弹簧附座14，扭杆弹簧5一端与扭杆弹簧附座14通过花键固定连接；另一端穿过底座12上开设的长条孔与所述平衡肘4连接，平衡肘4绕平衡肘附座13旋转，使扭杆弹簧5扭转，产生弹性力，弹性力与扭转角度有关。
通过更换具有不同刚度的所述的扭杆弹簧5，控制负重轮2与驱动轮鼓1之间的静态和动态接触载荷。
角度传感器16设置在扭杆弹簧5上，并与滑板3固定连接，测量扭杆弹簧5的扭转角度。
沿平衡肘4的轴，从负重轮2所在的外侧到相对的内侧，依次设置外螺母23、外调整环26、轴承28、中间环27、轴承28、内调整环25、内螺母24；外螺母23、内螺母24与平衡肘4的轴是螺纹连接；外调整环26、中间环27、内调整环25与平衡肘4轴是接触关系。通过调节外螺母23、内螺母24、以及改变内调整环25、外调整环26和中间环27的轴向尺寸，可以调整负重轮2内侧与诱导齿产生摩擦时的接触距离。
基于上述结构，本实施例试验装置的工作原理：
试验装置通过模拟负重轮在车辆上的实际工作情况包括位置关系、载荷等，测试负重轮是否达到设计指标要求。
1.负重轮耐久性试验方法：根据试验要求，调节给定的负重轮与驱动轮鼓之间接触压力，电机17带动驱动轮鼓旋转，带动负重轮旋转，测试负重轮的耐久性。可以选装旋转减振器，测试负重轮的动态特性。
2.测试负重轮刚度特性方法：在驱动轮鼓静止状态下，调节负重轮与驱动轮鼓之间的距离，扭杆弹簧旋转的角度不同，从而在负重轮与驱动轮鼓之间产生不同的接触压力，通过角度传感器获得旋转角度，结合扭杆弹簧的刚度，可以获得接触压力的准确值。结合测量负重轮与驱动轮鼓之间距离的变化和接触压力的变化获得负重轮的刚度特性。
3.测试负重轮内侧与诱导齿的摩擦特性
通过调节外螺母23和内螺母24，可以负重轮内侧与诱导齿之间的距离，使负重轮内侧与诱导齿产生压力，通过电机施加的旋转力，可以获得负重轮内侧与诱导齿的摩擦系数，从而测试负重轮内侧与诱导齿的摩擦特性。
4.负重轮内侧与诱导齿摩擦时的耐久性试验
通过调节负重轮内侧与诱导齿之间的距离，使负重轮内侧与诱导齿产生压力，电机17带动驱动轮鼓旋转，带动负重轮旋转，测试负重轮内侧与诱导齿产生摩擦力时的耐久性。可以选装旋转减振器，测试负重轮的动态特性。
扭杆弹簧调节方法：
选取合适刚度的扭杆弹簧，使负重轮与驱动轮鼓之间具有弹性接触，根据特性试验要求，确定弹性接触力f。在试验状态下，需要使负重轮中心与轮鼓中心处于同一水平线上，因此，根据扭杆刚度、负重轮重量，以及弹性接触力f，确定自然悬垂下负重轮下移的距离，确定平衡肘角度，在此约束条件下，如图12所示，将扭杆弹簧从l型基座背部开口槽(如图11)插入，穿过扭杆弹簧附座13，并穿过底座的长条孔(如图10)，与平衡肘4内花键22连接(如图6)。此时，再将滑板调整到合适距离，使得负重轮与驱动轮鼓接触，并处于同一中心平面上。
负重轮安装前，平衡肘与水平面的预安装夹角计算如图13所示。
其调整公式如下：
α0是负重轮安装前，平衡肘与水平面的预安装夹角，单位是rad；α是负重轮安装并加载弹性接触力后，平衡肘与水平面的夹角，单位是rad；m是负重轮的质量，单位是kg；g是重力加速度m/s2；k是扭杆弹簧的刚度，单位是nm/rad；f是接触压力,单位是n；l是平衡肘的长度，单位是m。以上单位均为国际单位。
带诱导齿的弧形底座安装方法：
如图5所示，驱动轮鼓和带诱导齿的弧形底座连接，驱动轮鼓两个侧面外边缘直径要大于中间的直径，剖视图就是一个凹形槽。如图4所示，带弧形底座的诱导齿是在履带车辆的履带板基础上，将履带板做成弧形，弧形直径与轮鼓相等，在侧面布置有螺纹孔20，驱动轮鼓侧面外边缘处布置有通孔，插入螺栓21将带弧形底座的诱导齿固定于驱动轮鼓周向。带弧形底座的诱导齿的上表面固定有橡胶衬垫18，橡胶衬垫18通过螺栓19固定于带诱导齿弧的形底座的上表面，模拟履带板内侧橡胶。对于有些实际车辆履带内侧不带有橡胶的情况，可以很方便的将橡胶块移除，移除后，负重轮与驱动轮鼓之间距离可以通过丝杠推进机构调整。
负重轮与驱动轮鼓之间距离的调整方法：
负重轮与驱动轮鼓之间距离的调整，通过所述的带凹型槽的底座、滑板、平板、滚针、丝杠推进机构等。如图9所示，由于滚针位于带凹型槽的底座(如图10)下部，滑板与带凹型槽的底座之间是摩擦系数较小的滑动副，可以通过丝杠推进机构旋转推进，控制滑板的横向移动。
弹性阻尼元件安装方法：
如图6所示，在动态测试时，或者需要模拟实际减振系统时，同时安装扭杆弹簧(弹性元件)和旋转式减振器(阻尼元件)。在动态测试中，旋转减振器也可以起到衰减扭杆弹簧所产生的扭振的作用。
在模拟车辆实际减振系统时，扭杆弹簧和旋转减振器互相配合，形成弹性阻尼系统。旋转减振器可以选用叶片式液压减振器等，也可以选用其它类型的减振器。旋转减振器的拉臂通过连接臂与平衡肘连接。连接臂与旋转减振器拉臂、连接臂与平衡肘连接，均为转动副。形成连杆机构。
负重轮内侧与诱导齿接触的安装调整方法：
在理想情况下，负重轮的两个轮边与诱导齿是不接触的，诱导齿位于两个轮边的中心位置。然而，在实际车辆行驶中，履带的偏移，会造成负重轮的两个轮边都会与诱导齿摩擦，因此，负重轮的两个轮边内侧都有耐磨圈。本发明的试验装置也能够测试这种工况下的负重轮的摩擦特性和耐久性。
如图8所示，具体通过调整负重轮与平衡肘之间的位置，控制负重轮内侧是否与带诱导齿的弧形底座的诱导齿接触，或者接触压力。
通过调节外螺母23、内螺母24、以及改变内调整环25、外调整环26和中间环27的轴向尺寸，可以调整负重轮内侧与诱导齿产生摩擦时的接触距离。具体调节方法如下：
如图14所示、图15所示，外螺母23和内螺母24可以沿平衡肘4轴旋进和旋出，内调整环25、外调整环26、中间环27和轴承与负重轮具有相对确定关系，又由于平衡肘4一旦安装完成，其相对位置确定，因此，通过调节外螺母23和内螺母24，可以调整负重轮沿平衡肘4轴的位置，从而调节负重轮内侧与诱导齿的接触距离。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：
(1)实现负重轮在模拟实际工况下的特性和耐久性等多种试验；
(2)负重轮与驱动轮鼓之间相对位置可灵活调整，方便负重轮的安装和调整；
(3)诱导齿的弧形底座是真实车辆履带板的模拟，不同于车辆履带板之处在于弧形底座，可拆卸更换成具有不同形状诱导齿的弧形底座，可以与不同规格负重轮配套使用；
(4)通过调节负重轮内侧与诱导齿之间的距离，使负重轮内侧与诱导齿产生压力，通过电机施加的旋转力，可以获得负重轮内侧与诱导齿的摩擦系数，从而测试负重轮内侧与诱导齿的摩擦特性。
(5)通过调节负重轮内侧与诱导齿之间的距离，使负重轮内侧与诱导齿产生压力，电机带动驱动轮鼓旋转，带动负重轮旋转，测试负重轮内侧与诱导齿产生摩擦力时的耐久性。
(6)具有扭杆弹簧，实现负重轮与驱动轮鼓的弹性接触，通过测量扭杆弹簧的扭转角度，再根据几何结构，计算出负重轮与驱动轮鼓之间的接触压力，实现定量控制；
(7)可以选择不同阻尼力的旋转减振器与扭杆弹簧配合使用，模拟负重轮在实际车辆上所受到的动态力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。