CN106500975A - 一种零部件应变与载荷标定试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种零部件应变与载荷标定的试验装置，固定基座放置在地面上，约束机构固定安装于固定基座上部的一端，力矩传感器、力传感器安装于约束机构上；加载机构通过导轨和齿轮齿条安装于固定基座上部的另一端，直线作动器、驱动电机、减速机固定安装于加载机构上，与被测部件连接并施加载荷，位移传感器安装于直线作动器上，驱动电机通过皮带与减速机连接。将粘贴了应变片的被测部件装夹在约束机构与加载装置间，根据被测部件的长度通过控制器可调整加载机构位置，力传感器、力矩传感器、位移传感器、应变片信号数据线连接于控制器，采集并标定被测部件的应变、力(矩)、位移(转角)信号，提高了标定工作的效率和精度。

Description

一种零部件应变与载荷标定试验装置

技术领域

本发明属于一种用于零部件应变与载荷标定的试验装置，它主要用于通过汽车底盘关键零部件的应变信号测量并转换为力或力矩载荷，该信号可用于零部件台架试验加载，应用于整车开发，属于汽车工业工程领域。

背景技术

汽车底盘关键零部件主要起到传递来自路面的载荷，是车辆的主要受力结构部件，测量车辆在行驶过程中零部件的真实载荷对整车开发具有重要的意义，通常采用在零部件表面粘贴应变片，测量零部件在行驶过程中的真实应变，但是应变数据是零部件在受到外部载荷激励下的响应信号，无法直接用于零部件台架试验或CAE仿真的加载。

为获取零部件的激励载荷，国内外进行了方法研究和应用，如在零部件上安装力(矩)传感器来获取部件的力(矩)载荷，该方法可直接获取激励载荷，但需对部件进行改制，复杂程度、成本高，且周期长。

如果能将粘贴于部件上的应变片测量得到的应变信号通过标定转换为力(矩)信号或位移(角度)信号，就可以达到与使用力(矩)传感器同样的目的，且成本和周期更经济，国内外对此技术研究和应用较少，无成熟的试验设备。

因此，特别设计一个可将粘贴应变片的零部件的应变标定为力(矩)和位移(角度)的试验装置，可直接获取零部件的激励载荷，用于零部件的结构性能精准开发。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种实现更低成本地直接获取汽车部件如拉杆、传动轴等的激励载荷，其用于汽车零部件结构性能的精准开发的零部件应变与载荷标定试验装置。

本发明的技术方案如下：

一种零部件应变与载荷标定试验装置，所述被测零部件上粘贴了应变片，包括用于支撑整个试验装置的固定基座、设置于固定基座一端的约束机构、可滑动的设置于固定基座上的加载机构及控制器，所述约束机构用于对被测零部件的一端进行固定约束，所述加载机构用于对被测零部件的另一端进行固定并加载，所述控制器用于控制加载机构工作并对被测零部件同步采集应变、力/力矩、位移/角度信号，绘制标定曲线。

进一步的，所述被测零部件包括杆件和轴件。

进一步的，所述约束机构上还设置有力传感器、力矩传感器、杆件约束夹头及轴件加载法兰，其中力传感器安装于约束机构和杆件约束夹头之间，力矩传感器安装于约束机构和轴件加载法兰之间，所述轴件加载法兰设置于约束机构的上方，其下方设置有杆件约束夹头。

进一步的，所述加载机构上朝向约束机构的上方设置有与所述轴件加载法兰配合连接的轴件约束法兰，所述轴件约束法兰轴连接有对轴类部件施加扭转载荷的减速机。

进一步的，所述加载机构上朝向约束机构的下方设置有与所述杆件约束夹头配合连接的杆件加载夹头，所述杆件加载夹头通过直线作动器固定于加载机构上。

进一步的，所述杆件加载夹头为U字型夹具，一端通过螺纹与直线作动器固定连接，另一端通过螺栓螺母将杆件的另一端连接。

进一步的，所述杆件加载夹头与直线作动器之间设置有位移传感器，所述位移传感器为拉线式位移传感器，拉线式位移传感器包括本体和拉线端，本体安装于直线作动器本体上，拉线端固定安装于杆件加载夹头上，拉线与直线作动器轴线平行。

进一步的，所述加载机构的底部设置有齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构沿固定基座轴向布置，齿轮安装于加载机构下端面，齿条安装于固定基座上端面，两者配合，用于驱动加载机构沿基座轴向移动。

进一步的，所述加载机构背向约束结构的一侧设置有驱动电机，所述驱动电机和减速机同轴连通，驱动电机为带编码器的步进电机，通过皮带驱动减速机的后轴转动。

进一步的，所述控制器分别与力传感器、力矩传感器、位移传感器及应变片信号数据线相连接，用于采集被测零部件的应变、力/力矩、位移/角度信号，并绘制标定曲线。

本发明的优点及有益效果如下：

(1)该试验装置利用弹性范围内表面应变与力载荷间的线性关系，间接获取部件力信号，用作部件强度疲劳试验的激励载荷。

(2)该试验装置可根据部件尺寸灵活调整，量程覆盖大部分乘用车、商用车的底盘部件，如传动轴、半轴、转向拉杆、稳定杆、摆臂、减震器、螺旋弹簧等，应用范围较广。

(3)该试验装置通过控制器可以实现自动加载/卸载和数据同步记录，显著提升工作效率且降低了人为误差。

(4)该试验装置通过同步记录部件的施加载荷与部件的伸缩量或扭转角度，还可兼用于计算部件线刚度或角刚度。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例一种部件应变与载荷标定试验装置整体结构轴视图；

图2固定基座结构轴视图；

图3加载机构结构轴视图；

图4约束机构结构轴视图；

图中符号说明如下：

1-固定基座；2-约束机构；3-加载机构；4-杆件约束夹头；5-轴件约束法兰；6-力传感器；7-力矩传感器；8-齿轮齿条机构；9-直线作动器；10-减速机；11-杆件加载夹头；12-位移传感器；13-轴件加载法兰；14-驱动电机；15-控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明的技术方案如下：

见图1，本发明为一种零部件应变与载荷标定的试验装置，它包括固定基座1、约束机构2、加载机构3、杆件约束夹头4、轴件约束法兰5、力传感器6、力矩传感器7、齿轮齿条机构8、直线作动器9、减速机10、杆件加载夹头11、位移传感器12、轴件加载法兰13、驱动电机14、控制器15。

固定基座1放置在地面上，约束机构2固定安装于固定基座上部的一端，用于装夹被测部件，力传感器6、力矩传感器7安装于约束机构上；加载机构3通过导轨和齿轮齿条8安装于固定基座上部的另一端，直线作动器9、驱动电机14、减速机10固定安装于加载机构上，与被测部件连接并施加载荷，位移传感器12安装于直线作动器上，驱动电机通过皮带与减速机连接。将粘贴了应变片的被测杆件装夹在约束夹头4与加载夹头11之间，或将粘贴了应变片的被测轴件装夹在约束法兰5与加载法兰13之间，根据被测部件的长度通过控制器可调整加载机构位置，力传感器、力矩传感器、位移传感器、应变片信号数据线连接于控制器15。

所述固定基座1放置于地面，用于支撑整个试验装置；

所述约束机构2为刚性框架结构，固定安装于固定基座的一端，用于约束被试件的一端；

所述加载机构3是为刚性平台，并可根据被试件长度沿固定基座轴向移动调整，用于安装减速机及直线作动器；

所述杆件约束夹头4为“U”字形夹具，通过螺栓螺母将杆件的一端安装至约束机构上；

所述轴件约束法兰5为刚性圆盘，其端面沿径向及周向布置有螺纹安装孔及卡槽，将轴类部件的一端固定安装至约束机构上；

所述力传感器6是安装于约束机构与约束夹头之间，用于测量杆类部件的轴向力载荷；

所述力矩传感器7安装于约束机构与约束法兰之间，用于测量轴类部件的轴向力矩载荷；

所述齿轮齿条机构8沿固定基座轴向布置，齿轮安装于加载机构下端面，齿条安装与固定基座上端面，两者配合，用于驱动加载机构沿基座轴向移动；

所述直线作动器9是液压作动缸，固定安装于加载机构上端面，并与约束夹头同轴线，用于对杆类部件施加拉压载荷；

所述减速机10为摆线针轮型减速机，固定安装于加载机构上端面，并与约束法兰同轴线，用于对轴类部件施加扭转载荷；

所述加载夹头11为“U”字形夹具，一端通过螺纹与直线作动器固定连接，另一端通过螺栓螺母将杆件的另一端连接；

所述位移传感器12为拉线式位移传感器，传感器本体安装于直线作动器本体，拉线端固定安装于夹头上，拉线与作动器轴线平行；

所述轴件加载法兰13为刚性圆盘，固定安装于减速机前端轴头，其端面沿径向及周向布置有螺纹安装孔及卡槽，固定连接轴类部件的另一端；

所述驱动电机14为带编码器的步进电机，安装于加载机构上端面，通过皮带驱动减速机后轴转动；

所述控制器15是工业控制柜，放置于固定基座旁，用于控制直线作动器及驱动电机，并同步采集应变、力/力矩、位移/角度信号，绘制标定曲线。

将粘贴了应变片的被测部件装夹在约束机构与加载机构间，根据被测部件的长度沿固定基座导轨调整加载机构位置，将力传感器、力矩传感器、位移传感器、应变片的信号数据线连接于控制器，通过控制器对被测部件施加载荷，同步采集并标定被测部件的应变、力(矩)、位移(转角)信号，获取杆类部件的应变-力-位移或轴类部件的应变-力矩-角度的标定关系。

本发明工作流程如下：

试验前，在被试件表面粘贴应变片，对于被试件是杆类部件，需要将应变信号标定为沿杆件轴向的拉压力，将该被试件通过夹具固定安装于加载机构的直线作动器夹头与约束机构的杆件约束夹头上；对于被试件是轴类部件，需要将应变信号标定为沿部件轴向的力矩，将该被试件通过工装固定安装于加载机构的减速机法兰与约束机构的轴件约束法兰上。将被试件的应变片信号线、约束机构的力(矩)传感器的信号线、加载机构的位移/角度传感器的信号线连接至控制器，通过控制器对加载机构的直线作动器或驱动电机施加并卸下载荷，并同步采集记录加/卸载过程中的应变-力-位移信号数据或应变-力矩-角度信号数据，并绘制标定曲线，将部件应变信号转换为部件载荷信号。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种零部件应变与载荷标定试验装置，所述被测零部件上粘贴了应变片，其特征在于，包括用于支撑整个试验装置的固定基座(1)、设置于固定基座(1)一端的约束机构(2)、可滑动的设置于固定基座(1)上的加载机构(3)及控制器(15)，所述约束机构(2)用于对被测零部件的一端进行固定约束，所述加载机构(3)用于对被测零部件的另一端进行固定并加载，所述控制器(15)用于控制加载机构(3)工作并对被测零部件同步采集应变、力/力矩、位移/角度信号，绘制标定曲线。

2.根据权利要求1所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述被测零部件包括杆件和轴件。

3.根据权利要求2所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述约束机构(2)上还设置有力传感器(6)、力矩传感器(7)、杆件约束夹头(4)及轴件加载法兰(13)，其中力传感器(6)安装于约束机构(2)和杆件约束夹头(4)之间，力矩传感器(7)安装于约束机构(2)和轴件加载法兰(13)之间，所述轴件加载法兰(13)设置于约束机构(2)的上方，其下方设置有杆件约束夹头(4)。

4.根据权利要求3所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述加载机构(3)上朝向约束机构的上方设置有与所述轴件加载法兰(13)配合连接的轴件约束法兰(5)，所述轴件约束法兰(5)轴连接有对轴类部件施加扭转载荷的减速机(10)。

5.根据权利要求3所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述加载机构(3)上朝向约束机构的下方设置有与所述杆件约束夹头(4)配合连接的杆件加载夹头(11)，所述杆件加载夹头(11)通过直线作动器(9)固定于加载机构(3)上。

6.根据权利要求5所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述杆件加载夹头(11)为U字型夹具，一端通过螺纹与直线作动器(9)固定连接，另一端通过螺栓螺母将杆件的另一端连接。

7.根据权利要求6所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述杆件加载夹头(11)与直线作动器(9)之间设置有位移传感器(12)，所述位移传感器(12)为拉线式位移传感器，拉线式位移传感器包括本体和拉线端，本体安装于直线作动器(9)本体上，拉线端固定安装于杆件加载夹头(11)上，拉线与直线作动器(9)轴线平行。

8.根据权利要求2所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述加载机构(3)的底部设置有齿轮齿条机构(8)，所述齿轮齿条机构(8)沿固定基座(1)轴向布置，齿轮安装于加载机构下端面，齿条安装于固定基座上端面，两者配合，用于驱动加载机构沿基座轴向移动。

9.根据权利要求4所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述加载机构(3)背向约束结构的一侧设置有驱动电机(14)，所述驱动电机(14)和减速机(10)同轴连通，驱动电机(14)为带编码器的步进电机，通过皮带驱动减速机(10)的后轴转动。

10.根据权利要求7所述的零部件应变与载荷标定试验装置，其特征在于，所述控制器(15)分别与力传感器(6)、力矩传感器(7)、位移传感器(12)及应变片信号数据线相连接，用于采集被测零部件的应变、力/力矩、位移/角度信号，并绘制标定曲线。