本發(fā)明屬于一種用于零部件應(yīng)變與載荷標(biāo)定的試驗(yàn)裝置，它主要用于通過汽車底盤關(guān)鍵零部件的應(yīng)變信號測量并轉(zhuǎn)換為力或力矩載荷，該信號可用于零部件臺架試驗(yàn)加載，應(yīng)用于整車開發(fā)，屬于汽車工業(yè)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

汽車底盤關(guān)鍵零部件主要起到傳遞來自路面的載荷，是車輛的主要受力結(jié)構(gòu)部件，測量車輛在行駛過程中零部件的真實(shí)載荷對整車開發(fā)具有重要的意義，通常采用在零部件表面粘貼應(yīng)變片，測量零部件在行駛過程中的真實(shí)應(yīng)變，但是應(yīng)變數(shù)據(jù)是零部件在受到外部載荷激勵下的響應(yīng)信號，無法直接用于零部件臺架試驗(yàn)或CAE仿真的加載。

為獲取零部件的激勵載荷，國內(nèi)外進(jìn)行了方法研究和應(yīng)用，如在零部件上安裝力(矩)傳感器來獲取部件的力(矩)載荷，該方法可直接獲取激勵載荷，但需對部件進(jìn)行改制，復(fù)雜程度、成本高，且周期長。

如果能將粘貼于部件上的應(yīng)變片測量得到的應(yīng)變信號通過標(biāo)定轉(zhuǎn)換為力(矩)信號或位移(角度)信號，就可以達(dá)到與使用力(矩)傳感器同樣的目的，且成本和周期更經(jīng)濟(jì)，國內(nèi)外對此技術(shù)研究和應(yīng)用較少，無成熟的試驗(yàn)設(shè)備。

因此，特別設(shè)計(jì)一個(gè)可將粘貼應(yīng)變片的零部件的應(yīng)變標(biāo)定為力(矩)和位移(角度)的試驗(yàn)裝置，可直接獲取零部件的激勵載荷，用于零部件的結(jié)構(gòu)性能精準(zhǔn)開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種實(shí)現(xiàn)更低成本地直接獲取汽車部件如拉桿、傳動軸等的激勵載荷，其用于汽車零部件結(jié)構(gòu)性能的精準(zhǔn)開發(fā)的零部件應(yīng)變與載荷標(biāo)定試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種零部件應(yīng)變與載荷標(biāo)定試驗(yàn)裝置，所述被測零部件上粘貼了應(yīng)變片，包括用于支撐整個(gè)試驗(yàn)裝置的固定基座、設(shè)置于固定基座一端的約束機(jī)構(gòu)、可滑動的設(shè)置于固定基座上的加載機(jī)構(gòu)及控制器，所述約束機(jī)構(gòu)用于對被測零部件的一端進(jìn)行固定約束，所述加載機(jī)構(gòu)用于對被測零部件的另一端進(jìn)行固定并加載，所述控制器用于控制加載機(jī)構(gòu)工作并對被測零部件同步采集應(yīng)變、力/力矩、位移/角度信號，繪制標(biāo)定曲線。

進(jìn)一步的，所述被測零部件包括桿件和軸件。

進(jìn)一步的，所述約束機(jī)構(gòu)上還設(shè)置有力傳感器、力矩傳感器、桿件約束夾頭及軸件加載法蘭，其中力傳感器安裝于約束機(jī)構(gòu)和桿件約束夾頭之間，力矩傳感器安裝于約束機(jī)構(gòu)和軸件加載法蘭之間，所述軸件加載法蘭設(shè)置于約束機(jī)構(gòu)的上方，其下方設(shè)置有桿件約束夾頭。

進(jìn)一步的，所述加載機(jī)構(gòu)上朝向約束機(jī)構(gòu)的上方設(shè)置有與所述軸件加載法蘭配合連接的軸件約束法蘭，所述軸件約束法蘭軸連接有對軸類部件施加扭轉(zhuǎn)載荷的減速機(jī)。

進(jìn)一步的，所述加載機(jī)構(gòu)上朝向約束機(jī)構(gòu)的下方設(shè)置有與所述桿件約束夾頭配合連接的桿件加載夾頭，所述桿件加載夾頭通過直線作動器固定于加載機(jī)構(gòu)上。

進(jìn)一步的，所述桿件加載夾頭為U字型夾具，一端通過螺紋與直線作動器固定連接，另一端通過螺栓螺母將桿件的另一端連接。

進(jìn)一步的，所述桿件加載夾頭與直線作動器之間設(shè)置有位移傳感器，所述位移傳感器為拉線式位移傳感器，拉線式位移傳感器包括本體和拉線端，本體安裝于直線作動器本體上，拉線端固定安裝于桿件加載夾頭上，拉線與直線作動器軸線平行。

進(jìn)一步的，所述加載機(jī)構(gòu)的底部設(shè)置有齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述齒輪齒條機(jī)構(gòu)沿固定基座軸向布置，齒輪安裝于加載機(jī)構(gòu)下端面，齒條安裝于固定基座上端面，兩者配合，用于驅(qū)動加載機(jī)構(gòu)沿基座軸向移動。

進(jìn)一步的，所述加載機(jī)構(gòu)背向約束結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)和減速機(jī)同軸連通，驅(qū)動電機(jī)為帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)，通過皮帶驅(qū)動減速機(jī)的后軸轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步的，所述控制器分別與力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器及應(yīng)變片信號數(shù)據(jù)線相連接，用于采集被測零部件的應(yīng)變、力/力矩、位移/角度信號，并繪制標(biāo)定曲線。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

(1)該試驗(yàn)裝置利用彈性范圍內(nèi)表面應(yīng)變與力載荷間的線性關(guān)系，間接獲取部件力信號，用作部件強(qiáng)度疲勞試驗(yàn)的激勵載荷。

(2)該試驗(yàn)裝置可根據(jù)部件尺寸靈活調(diào)整，量程覆蓋大部分乘用車、商用車的底盤部件，如傳動軸、半軸、轉(zhuǎn)向拉桿、穩(wěn)定桿、擺臂、減震器、螺旋彈簧等，應(yīng)用范圍較廣。

(3)該試驗(yàn)裝置通過控制器可以實(shí)現(xiàn)自動加載/卸載和數(shù)據(jù)同步記錄，顯著提升工作效率且降低了人為誤差。

(4)該試驗(yàn)裝置通過同步記錄部件的施加載荷與部件的伸縮量或扭轉(zhuǎn)角度，還可兼用于計(jì)算部件線剛度或角剛度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例一種部件應(yīng)變與載荷標(biāo)定試驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)軸視圖；

圖2固定基座結(jié)構(gòu)軸視圖；

圖3加載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)軸視圖；

圖4約束機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)軸視圖；

圖中符號說明如下：

1-固定基座；2-約束機(jī)構(gòu)；3-加載機(jī)構(gòu)；4-桿件約束夾頭；5-軸件約束法蘭；6-力傳感器；7-力矩傳感器；8-齒輪齒條機(jī)構(gòu)；9-直線作動器；10-減速機(jī)；11-桿件加載夾頭；12-位移傳感器；13-軸件加載法蘭；14-驅(qū)動電機(jī)；15-控制器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

見圖1，本發(fā)明為一種零部件應(yīng)變與載荷標(biāo)定的試驗(yàn)裝置，它包括固定基座1、約束機(jī)構(gòu)2、加載機(jī)構(gòu)3、桿件約束夾頭4、軸件約束法蘭5、力傳感器6、力矩傳感器7、齒輪齒條機(jī)構(gòu)8、直線作動器9、減速機(jī)10、桿件加載夾頭11、位移傳感器12、軸件加載法蘭13、驅(qū)動電機(jī)14、控制器15。

固定基座1放置在地面上，約束機(jī)構(gòu)2固定安裝于固定基座上部的一端，用于裝夾被測部件，力傳感器6、力矩傳感器7安裝于約束機(jī)構(gòu)上；加載機(jī)構(gòu)3通過導(dǎo)軌和齒輪齒條8安裝于固定基座上部的另一端，直線作動器9、驅(qū)動電機(jī)14、減速機(jī)10固定安裝于加載機(jī)構(gòu)上，與被測部件連接并施加載荷，位移傳感器12安裝于直線作動器上，驅(qū)動電機(jī)通過皮帶與減速機(jī)連接。將粘貼了應(yīng)變片的被測桿件裝夾在約束夾頭4與加載夾頭11之間，或?qū)⒄迟N了應(yīng)變片的被測軸件裝夾在約束法蘭5與加載法蘭13之間，根據(jù)被測部件的長度通過控制器可調(diào)整加載機(jī)構(gòu)位置，力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器、應(yīng)變片信號數(shù)據(jù)線連接于控制器15。

所述固定基座1放置于地面，用于支撐整個(gè)試驗(yàn)裝置；

所述約束機(jī)構(gòu)2為剛性框架結(jié)構(gòu)，固定安裝于固定基座的一端，用于約束被試件的一端；

所述加載機(jī)構(gòu)3是為剛性平臺，并可根據(jù)被試件長度沿固定基座軸向移動調(diào)整，用于安裝減速機(jī)及直線作動器；

所述桿件約束夾頭4為“U”字形夾具，通過螺栓螺母將桿件的一端安裝至約束機(jī)構(gòu)上；

所述軸件約束法蘭5為剛性圓盤，其端面沿徑向及周向布置有螺紋安裝孔及卡槽，將軸類部件的一端固定安裝至約束機(jī)構(gòu)上；

所述力傳感器6是安裝于約束機(jī)構(gòu)與約束夾頭之間，用于測量桿類部件的軸向力載荷；

所述力矩傳感器7安裝于約束機(jī)構(gòu)與約束法蘭之間，用于測量軸類部件的軸向力矩載荷；

所述齒輪齒條機(jī)構(gòu)8沿固定基座軸向布置，齒輪安裝于加載機(jī)構(gòu)下端面，齒條安裝與固定基座上端面，兩者配合，用于驅(qū)動加載機(jī)構(gòu)沿基座軸向移動；

所述直線作動器9是液壓作動缸，固定安裝于加載機(jī)構(gòu)上端面，并與約束夾頭同軸線，用于對桿類部件施加拉壓載荷；

所述減速機(jī)10為擺線針輪型減速機(jī)，固定安裝于加載機(jī)構(gòu)上端面，并與約束法蘭同軸線，用于對軸類部件施加扭轉(zhuǎn)載荷；

所述加載夾頭11為“U”字形夾具，一端通過螺紋與直線作動器固定連接，另一端通過螺栓螺母將桿件的另一端連接；

所述位移傳感器12為拉線式位移傳感器，傳感器本體安裝于直線作動器本體，拉線端固定安裝于夾頭上，拉線與作動器軸線平行；

所述軸件加載法蘭13為剛性圓盤，固定安裝于減速機(jī)前端軸頭，其端面沿徑向及周向布置有螺紋安裝孔及卡槽，固定連接軸類部件的另一端；

所述驅(qū)動電機(jī)14為帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)，安裝于加載機(jī)構(gòu)上端面，通過皮帶驅(qū)動減速機(jī)后軸轉(zhuǎn)動；

所述控制器15是工業(yè)控制柜，放置于固定基座旁，用于控制直線作動器及驅(qū)動電機(jī)，并同步采集應(yīng)變、力/力矩、位移/角度信號，繪制標(biāo)定曲線。

將粘貼了應(yīng)變片的被測部件裝夾在約束機(jī)構(gòu)與加載機(jī)構(gòu)間，根據(jù)被測部件的長度沿固定基座導(dǎo)軌調(diào)整加載機(jī)構(gòu)位置，將力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器、應(yīng)變片的信號數(shù)據(jù)線連接于控制器，通過控制器對被測部件施加載荷，同步采集并標(biāo)定被測部件的應(yīng)變、力(矩)、位移(轉(zhuǎn)角)信號，獲取桿類部件的應(yīng)變-力-位移或軸類部件的應(yīng)變-力矩-角度的標(biāo)定關(guān)系。

本發(fā)明工作流程如下：

試驗(yàn)前，在被試件表面粘貼應(yīng)變片，對于被試件是桿類部件，需要將應(yīng)變信號標(biāo)定為沿桿件軸向的拉壓力，將該被試件通過夾具固定安裝于加載機(jī)構(gòu)的直線作動器夾頭與約束機(jī)構(gòu)的桿件約束夾頭上；對于被試件是軸類部件，需要將應(yīng)變信號標(biāo)定為沿部件軸向的力矩，將該被試件通過工裝固定安裝于加載機(jī)構(gòu)的減速機(jī)法蘭與約束機(jī)構(gòu)的軸件約束法蘭上。將被試件的應(yīng)變片信號線、約束機(jī)構(gòu)的力(矩)傳感器的信號線、加載機(jī)構(gòu)的位移/角度傳感器的信號線連接至控制器，通過控制器對加載機(jī)構(gòu)的直線作動器或驅(qū)動電機(jī)施加并卸下載荷，并同步采集記錄加/卸載過程中的應(yīng)變-力-位移信號數(shù)據(jù)或應(yīng)變-力矩-角度信號數(shù)據(jù)，并繪制標(biāo)定曲線，將部件應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為部件載荷信號。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。