一种自行车整车及单项疲劳实验分析平台及使用方法与流程

本发明属于疲劳损伤分析技术领域，特别是涉及一种自行车整车及单项疲劳实验分析平台。

背景技术：

疲劳损伤的研究涉及的学科十分广泛，如机械学、材料学、力学、物理学等等，是是日益发展的交叉领域，而近年来共享单车的发展也同样十分迅猛，为确保自行车安全的运行，对自行车整车与关键零部件的疲劳损伤情况进行研究十分必要。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种自行车整车及单项疲劳实验分析平台及使用方法，能够对自行车整车与关键零部件的疲劳损伤情况进行实验分析，能够真实模拟自行车整车在运行过程中的受力条件，能够真实模拟自行车车轮在运行过程中的不同载荷之间的配合，从而方便研究自行车关键部件的疲劳损伤情况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自行车整车及单项疲劳实验分析平台，包括疲劳实验分析平台基架、车轮柔性固定机构、车轮辅助调节机构、脚踏板驱动机构、车轮刚性固定机构、车横把垂直加载机构及鞍座多方向加载机构；所述车轮柔性固定机构设有两套，两套车轮柔性固定机构分别设置在疲劳实验分析平台基架的前后立柱上，第一套车轮柔性固定机构与自行车前轮配合使用，第二套车轮柔性固定机构与自行车后轮配合使用；所述车轮辅助调节机构设有两套，两套车轮辅助调节机构并列设置在疲劳实验分析平台基架的底梁上，第一套车轮辅助调节机构与自行车前轮配合使用，第二套车轮辅助调节机构与自行车后轮配合使用；所述脚踏板驱动机构设置在疲劳实验分析平台基架的底梁上，且脚踏板驱动机构位于两套车轮辅助调节机构中间；所述车轮刚性固定机构设有两套，第一套车轮刚性固定机构设置在与自行车前轮配合使用的车轮辅助调节机构上，第二套车轮刚性固定机构设置在与自行车后轮配合使用的车轮辅助调节机构上；所述车横把垂直加载机构吊装在疲劳实验分析平台基架的顶梁上，车横把垂直加载机构与自行车横把配合使用；所述鞍座多方向加载机构吊装在疲劳实验分析平台基架的顶梁上，鞍座多方向加载机构与自行车鞍座配合使用。

所述车轮柔性固定机构包括车轮支撑臂、转接块、轴承座、回转轴、滑台、导向滑块、导向光轴、光轴固定座及机构转接支架；所述车轮支撑臂一端设有车轮轮轴卡扣，所述转接块固连在车轮支撑臂另一端，所述回转轴通过轴承座设置在转接块上，所述滑台下表面固连在回转轴上，所述导向滑块固装在滑台上表面，导向滑块套装在导向光轴上，导向滑块在导向光轴上具有直线移动自由度，导向光轴通过光轴固定座固连在机构转接支架上，机构转接支架固连在疲劳实验分析平台基架的立柱上。

所述车轮辅助调节机构包括滑轨、滑板、丝母座、丝杠、手轮及辊轮；所述滑轨设有两条，两条滑轨平行安装在疲劳实验分析平台基架的底梁上，滑板设在滑轨上，滑板在滑轨上具有直线移动自由度；所述丝杠安装在滑板下表面，丝杠与滑轨相平行，手轮固装在丝杠的端部；所述丝母座套装在丝杠上，且丝母座与疲劳实验分析平台基架的底梁相固连；所述辊轮设有两根，两根辊轮通过轴承座设置在滑板上表面，两根辊轮相平行，且辊轮与滑轨相垂直；所述辊轮与自行车车轮滚动接触配合。

所述脚踏板驱动机构包括电机、固定架、转动盘、主动行星轮、从动行星轮、内齿圈、脚踏板固定夹板、夹板位置调整丝杆、夹板位置调整丝母、夹板导向杆、夹板导向块、蜗轮及蜗杆；所述电机安装在固定架一侧，电机的电机轴穿过固定架并延伸至另一侧，所述主动行星轮固装在位于固定架另一侧的电机的电机轴上，所述从动行星轮安装在与主动行星轮同侧的固定架上；所述转动盘设置在与主动行星轮同侧的固定架上，转动盘的中心轴通过轴承与固定架相连；所述内齿圈固装在转动盘内侧表面，且内齿圈与主动行星轮和从动行星轮相啮合；所述夹板位置调整丝杆和夹板导向杆平行设置在转动盘外侧表面，夹板位置调整丝母套装在夹板位置调整丝杆上，夹板导向块套装在夹板导向杆上，夹板位置调整丝母与夹板导向块均与脚踏板固定夹板相固连，脚踏板固定夹板在夹板导向杆上具有直线移动自由度；所述蜗轮固定套装在夹板位置调整丝杆的端部，蜗杆安装在转动盘上，蜗杆与蜗轮相啮合。

所述车轮刚性固定机构包括支撑立板、立板底座、t型立板导向滑道及t型头导向螺栓；所述t型立板导向滑道固装在车轮辅助调节机构的滑板上表面，且t型立板导向滑道与车轮辅助调节机构的滑轨相垂直；所述立板底座通过t型头导向螺栓与t型立板导向滑道相连，立板底座在t型立板导向滑道上具有直线移动自由度；所述支撑立板竖直固装在立板底座上，支撑立板的顶端设有车轮轮轴卡箍。

所述车横把垂直加载机构包括车横把垂直加载液压缸、传力杆、车横把固定环及转接销；所述车横把垂直加载液压缸竖直吊装在疲劳实验分析平台基架的顶梁上，且车横把垂直加载液压缸的活塞杆朝下；所述转接销设为两个，两个转接销分别固装在传力杆的两端，所述车横把固定环铰接在转接销上；所述传力杆通过车横把固定环与自行车车横把相连接；所述车横把垂直加载液压缸的活塞杆端部与传力杆杆体中部相连接。

所述鞍座多方向加载机构包括鞍座垂直加载液压缸、传力轴及三爪压盘；所述鞍座垂直加载液压缸竖直吊装在疲劳实验分析平台基架的顶梁上，且鞍座垂直加载液压缸的活塞杆朝下；所述传力轴下端铰接在三爪压盘上表面中部，传力轴上端与鞍座垂直加载液压缸的活塞杆端部相连接；所述三爪压盘与自行车鞍座压紧配合。

所述的自行车整车及单项疲劳实验分析平台的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：根据实验用自行车的前轮和后轮的轮距，对应调整两套车轮辅助调节机构的间距，再将自行车放置到两套车轮辅助调节机构上；

步骤二：通过车轮辅助调节机构对自行车的放置位置进行调节，直到自行车的脚踏板进入脚踏板驱动机构的范围内；

步骤三：调整脚踏板驱动机构中脚踏板固定夹板的位置，通过脚踏板固定夹板将自行车的脚踏板进行固定；

步骤四：将自行车的前轮和后轮的轮轴分别与两套车轮柔性固定机构中的车轮轮轴卡扣进行固定；

步骤五：将车横把垂直加载机构中的车横把固定环与自行车车横把连接在一起，同时将鞍座多方向加载机构中的三爪压盘贴靠在自行车鞍座上；

步骤六：启动脚踏板驱动机构中的电机，为自行车脚踏板提供旋转动力，以模拟蹬车动作；同时启动车横把垂直加载液压缸和鞍座垂直加载液压缸，为自行车整车提供下压力，以模拟骑车人的载荷；此时用于模拟自行车整车的真实工作状态；

步骤七：当自行车整车达到预设的运行时间后，电机停机，同时车横把垂直加载液压缸和鞍座垂直加载液压缸卸除下压力，检查自行车整车的各个零部件的损伤情况，自行车整车疲劳实验结束；

步骤八：先断开两套车轮柔性固定机构中车轮轮轴卡扣与自行车前轮和后轮轮轴的连接，然后将两套车轮刚性固定机构中的车轮轮轴卡箍与自行车前轮和后轮的轮轴进行固定，同时使自行车的前轮和后轮脱离车轮辅助调节机构；

步骤九：重新启动车横把垂直加载液压缸和鞍座垂直加载液压缸，通过车横把垂直加载液压缸单独对自行车车横把进行加载，通过鞍座垂直加载液压缸单独对自行车鞍座进行加载；

步骤十：当预设的加载时间结束后，车横把垂直加载液压缸和鞍座垂直加载液压缸同时卸除下压力，检查自行车的车架、车横把和鞍座的损伤情况，自行车单项疲劳实验结束。

本发明的有益效果：

本发明的自行车整车及单项疲劳实验分析平台及使用方法，能够对自行车整车与关键零部件的疲劳损伤情况进行实验分析，能够真实模拟自行车整车在运行过程中的受力条件，能够真实模拟自行车车轮在运行过程中的不同载荷之间的配合，从而方便研究自行车关键部件的疲劳损伤情况。

附图说明

图1为本发明的一种自行车整车及单项疲劳实验分析平台的结构示意图；

图2为本发明的车轮柔性固定机构(机构转接支架未示出)的结构示意图；

图3为本发明的车轮辅助调节机构的结构示意图；

图4为本发明的脚踏板驱动机构的结构示意图；

图5为本发明的脚踏板驱动机构的爆炸图；

图6为图4中a向视图；

图7为本发明的车轮刚性固定机构的结构示意图；

图8为本发明的车横把垂直加载机构(车横把垂直加载液压缸未示出)的结构示意图；

图9为本发明的鞍座多方向加载机构(鞍座垂直加载液压缸未示出)的结构示意图；

图中，1—疲劳实验分析平台基架，2—车轮柔性固定机构，201—车轮支撑臂，202—转接块，203—轴承座，204—回转轴，205—滑台，206—导向滑块，207—导向光轴，208—光轴固定座，209—机构转接支架，210—车轮轮轴卡扣，3—车轮辅助调节机构，301—滑轨，302—滑板，303—丝母座，304—丝杠，305—手轮，306—辊轮，4—脚踏板驱动机构，401—电机，402—固定架，403—转动盘，404—主动行星轮，405—从动行星轮，406—内齿圈，407—脚踏板固定夹板，408—夹板位置调整丝杆，409—夹板位置调整丝母，410—夹板导向杆，411—夹板导向块，412—蜗轮，413—蜗杆，5—车轮刚性固定机构，501—支撑立板，502—立板底座，503—t型立板导向滑道，504—t型头导向螺栓，505—车轮轮轴卡箍，6—车横把垂直加载机构，601—车横把垂直加载液压缸，602—传力杆，603—车横把固定环，7—鞍座多方向加载机构，701—鞍座垂直加载液压缸，702—传力轴，703—三爪压盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～9所示，一种自行车整车及单项疲劳实验分析平台，包括疲劳实验分析平台基架1、车轮柔性固定机构2、车轮辅助调节机构3、脚踏板驱动机构4、车轮刚性固定机构5、车横把垂直加载机构6及鞍座多方向加载机构7；所述车轮柔性固定机构2设有两套，两套车轮柔性固定机构2分别设置在疲劳实验分析平台基架1的前后立柱上，第一套车轮柔性固定机构2与自行车前轮配合使用，第二套车轮柔性固定机构2与自行车后轮配合使用；所述车轮辅助调节机构3设有两套，两套车轮辅助调节机构3并列设置在疲劳实验分析平台基架1的底梁上，第一套车轮辅助调节机构3与自行车前轮配合使用，第二套车轮辅助调节机构3与自行车后轮配合使用；所述脚踏板驱动机构4设置在疲劳实验分析平台基架1的底梁上，且脚踏板驱动机构4位于两套车轮辅助调节机构3中间；所述车轮刚性固定机构5设有两套，第一套车轮刚性固定机构5设置在与自行车前轮配合使用的车轮辅助调节机构3上，第二套车轮刚性固定机构5设置在与自行车后轮配合使用的车轮辅助调节机构3上；所述车横把垂直加载机构6吊装在疲劳实验分析平台基架1的顶梁上，车横把垂直加载机构6与自行车横把配合使用；所述鞍座多方向加载机构7吊装在疲劳实验分析平台基架1的顶梁上，鞍座多方向加载机构7与自行车鞍座配合使用。

所述车轮柔性固定机构2包括车轮支撑臂201、转接块202、轴承座203、回转轴204、滑台205、导向滑块206、导向光轴207、光轴固定座208及机构转接支架209；所述车轮支撑臂201一端设有车轮轮轴卡扣210，所述转接块202固连在车轮支撑臂201另一端，所述回转轴204通过轴承座203设置在转接块202上，所述滑台205下表面固连在回转轴204上，所述导向滑块206固装在滑台205上表面，导向滑块206套装在导向光轴207上，导向滑块206在导向光轴207上具有直线移动自由度，导向光轴207通过光轴固定座208固连在机构转接支架209上，机构转接支架209固连在疲劳实验分析平台基架1的立柱上。

所述车轮辅助调节机构3包括滑轨301、滑板302、丝母座303、丝杠304、手轮305及辊轮306；所述滑轨301设有两条，两条滑轨301平行安装在疲劳实验分析平台基架1的底梁上，滑板302设在滑轨301上，滑板302在滑轨301上具有直线移动自由度；所述丝杠304安装在滑板302下表面，丝杠304与滑轨301相平行，手轮305固装在丝杠304的端部；所述丝母座303套装在丝杠304上，且丝母座303与疲劳实验分析平台基架1的底梁相固连；所述辊轮306设有两根，两根辊轮306通过轴承座设置在滑板302上表面，两根辊轮306相平行，且辊轮306与滑轨301相垂直；所述辊轮306与自行车车轮滚动接触配合。

所述脚踏板驱动机构4包括电机401、固定架402、转动盘403、主动行星轮404、从动行星轮405、内齿圈406、脚踏板固定夹板407、夹板位置调整丝杆408、夹板位置调整丝母409、夹板导向杆410、夹板导向块411、蜗轮412及蜗杆413；所述电机401安装在固定架402一侧，电机401的电机轴穿过固定架402并延伸至另一侧，所述主动行星轮404固装在位于固定架402另一侧的电机401的电机轴上，所述从动行星轮405安装在与主动行星轮404同侧的固定架402上；所述转动盘403设置在与主动行星轮404同侧的固定架402上，转动盘403的中心轴通过轴承与固定架402相连；所述内齿圈406固装在转动盘403内侧表面，且内齿圈406与主动行星轮404和从动行星轮405相啮合；所述夹板位置调整丝杆408和夹板导向杆410平行设置在转动盘403外侧表面，夹板位置调整丝母409套装在夹板位置调整丝杆408上，夹板导向块411套装在夹板导向杆410上，夹板位置调整丝母409与夹板导向块411均与脚踏板固定夹板407相固连，脚踏板固定夹板407在夹板导向杆410上具有直线移动自由度；所述蜗轮412固定套装在夹板位置调整丝杆408的端部，蜗杆413安装在转动盘403上，蜗杆413与蜗轮412相啮合。

所述车轮刚性固定机构5包括支撑立板501、立板底座502、t型立板导向滑道503及t型头导向螺栓504；所述t型立板导向滑道503固装在车轮辅助调节机构3的滑板302上表面，且t型立板导向滑道503与车轮辅助调节机构3的滑轨301相垂直；所述立板底座502通过t型头导向螺栓504与t型立板导向滑道503相连，立板底座502在t型立板导向滑道503上具有直线移动自由度；所述支撑立板501竖直固装在立板底座502上，支撑立板501的顶端设有车轮轮轴卡箍505。

所述车横把垂直加载机构6包括车横把垂直加载液压缸601、传力杆602、车横把固定环603及转接销604；所述车横把垂直加载液压缸601竖直吊装在疲劳实验分析平台基架1的顶梁上，且车横把垂直加载液压缸601的活塞杆朝下；所述转接销604设为两个，两个转接销604分别固装在传力杆602的两端，所述车横把固定环603铰接在转接销604上；所述传力杆602通过车横把固定环603与自行车车横把相连接；所述车横把垂直加载液压缸601的活塞杆端部与传力杆602杆体中部相连接。

所述鞍座多方向加载机构7包括鞍座垂直加载液压缸701、传力轴702及三爪压盘703；所述鞍座垂直加载液压缸701竖直吊装在疲劳实验分析平台基架1的顶梁上，且鞍座垂直加载液压缸701的活塞杆朝下；所述传力轴702下端铰接在三爪压盘703上表面中部，传力轴702上端与鞍座垂直加载液压缸701的活塞杆端部相连接；所述三爪压盘703与自行车鞍座压紧配合。

所述的自行车整车及单项疲劳实验分析平台的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：根据实验用自行车的前轮和后轮的轮距，对应调整两套车轮辅助调节机构3的间距，再将自行车放置到两套车轮辅助调节机构3上；

步骤二：通过车轮辅助调节机构3对自行车的放置位置进行调节，直到自行车的脚踏板进入脚踏板驱动机构4的范围内；

步骤三：调整脚踏板驱动机构4中脚踏板固定夹板407的位置，通过脚踏板固定夹板407将自行车的脚踏板进行固定；

步骤四：将自行车的前轮和后轮的轮轴分别与两套车轮柔性固定机构2中的车轮轮轴卡扣210进行固定；

步骤五：将车横把垂直加载机构6中的车横把固定环603与自行车车横把连接在一起，同时将鞍座多方向加载机构7中的三爪压盘703贴靠在自行车鞍座上；

步骤六：启动脚踏板驱动机构4中的电机401，为自行车脚踏板提供旋转动力，以模拟蹬车动作；同时启动车横把垂直加载液压缸601和鞍座垂直加载液压缸701，为自行车整车提供下压力，以模拟骑车人的载荷；此时用于模拟自行车整车的真实工作状态；

步骤七：当自行车整车达到预设的运行时间后，电机401停机，同时车横把垂直加载液压缸601和鞍座垂直加载液压缸701卸除下压力，检查自行车整车的各个零部件的损伤情况，自行车整车疲劳实验结束；

步骤八：先断开两套车轮柔性固定机构2中车轮轮轴卡扣210与自行车前轮和后轮轮轴的连接，然后将两套车轮刚性固定机构5中的车轮轮轴卡箍505与自行车前轮和后轮的轮轴进行固定，同时使自行车的前轮和后轮脱离车轮辅助调节机构3；

步骤九：重新启动车横把垂直加载液压缸601和鞍座垂直加载液压缸701，通过车横把垂直加载液压缸601单独对自行车车横把进行加载，通过鞍座垂直加载液压缸701单独对自行车鞍座进行加载；

步骤十：当预设的加载时间结束后，车横把垂直加载液压缸601和鞍座垂直加载液压缸701同时卸除下压力，检查自行车的车架、车横把和鞍座的损伤情况，自行车单项疲劳实验结束。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。