CN202974672U - 乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，包括：工作台；扭转横梁，其通过支架横向设置在工作台上的一侧，并能绕支架横向扭转；第一立柱和第二立柱，其下端分别设置在扭转横梁的两侧上；第三立柱和第四立柱，其下端分别在工作台上的另一侧间隔设置；各立柱的顶端分别设置有限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件；第三立柱和第四立柱中的其中一个的下端固定在工作台上，其余三个立柱的下端与工作台或扭转横梁的连接件中，一个采用单向转动的转动铰链，两个采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件。这样刚好完全约束车身空间六个自由度，消除台架对所测车身刚度值的影响，并且易于实现车身姿态的调整。

Description

乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置

技术领域

本实用新型涉及车辆检测技术领域，具体涉及一种乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置。

背景技术

白车身（Body in White）是指完成焊接但未涂装之前的车身，不包括车门、引擎盖等运动件。白车身加上内外饰（包括仪表板、方向管柱、座椅、前后挡风玻璃、后视镜、翼子板、水箱、大灯、地毯、内饰护板等等）及车门、引擎盖、行李箱盖和电子电器***就组成真正意义上的车身，行内称为trimmed body，即装好的车身，在此基础上再加上底盘（包括发动机、变速箱、传动***、制动***、悬架***、排气***等）就组成了整车。

弯曲刚度和扭转刚度是白车身结构的重要性能之一，车身刚度的测试，需要建立一套科学、可靠的试验方法，而车身约束装置有着举足轻重的作用。传统的白车身刚度试验台基本上采用过约束固定方式，使得所测车身刚度值受到台架影响，装配过程中会对车身产生了预载荷，且试验过程中车身变形受到约束装置限制。

测量白车身刚度的关键点在于车身的约束方式和位移传感器精度。目前，国内各汽车企业和相关高校均开展有白车身的弯、扭刚度试验，并且位移传感器的精度基本上都高于0.01mm，而约束装置却不尽相同，差别就在于对车身空间自由度的限定。目前所采用的方式均为过约束式，即白车身各个减振器安装处刚性固定或者引入的运动副数量过少，造成过约束。

已知与本实用新型相关的技术方案如下：

1、清华大学范子杰等人开发的《乘用车白车身结构扭转刚度测试约束与加载装置》（申请日：2002年11月8日，专利号ZL02146783.8），如图1所示；以及《乘用车白车身结构弯曲刚度测试约束与加载装置》（申请日：2002年11月8日，专利号ZL02146781.1）。

2.奇瑞汽车股份有限公司陈文敏等人开发的《乘用车白车身结构静刚度测试***及其试验方法》（申请日：2008年4月18日，专利号ZL200810093644.4），如图2所示。

进行空间运动的自由构件的自由度为6，确定一个构件在空间坐标系中的位置需要6个独立的位置参数，或者说，构件可沿三个坐标轴有3个独立的移动和绕三个坐标轴有3个独立的转动。当构件组成空间运动副后相互都受到约束，并且两个构件组成运动副后仍然保持有一定的相对运动。空间机构中所用的运动副类型较多，通常又按运动副中约束数进行分类。约束数为1的运动副称为1级副，约束数为2的运动副称为2级副，依次类推，约束数为5的运动副称为5级副。空间机构的自由度=所有活动构件自由度-所有运动副引入的约束数，其公式为:

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1

式中：n为活动构件数；P1、P2、P3、P4、P5分别为1-5级运动副的个数。

上述已知的白车身刚度试验约束装置技术方案中，范子杰等人开发的扭转刚度试验约束装置引入的球副、转动副最多，但数量依然有限而存在过约束；其白车身空间自由度=所有活动构件自由度-所有运动副引入的约束数，即:

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1-k

=6×4-5×1-4×0-3×6-2×0-1×0-2

=-1

式中：n为活动构件数；P1、P2、P3、P4、P5分别为1-5级运动副的个数；k为局部自由度。

可见，现有的最佳技术方案中仍有过约束。

现有技术方案由于引入的球副、转动副数量有限，对白车身存在过约束，其缺点如下：

a)不满足空间机构自由度约束要求，引入了超过车身六个自由度的约束，进而在安装固定车身时会对其产生预载荷；车身开发的每个阶段均需要测试刚度值，而过约束式装置由于在装夹过程中会产生大小不一的预载荷，势必会降低各个阶段所测刚度值的可比性。

b)过多的约束使得车身在加载过程中变形受到限制，使得所测车身刚度值变大。

实用新型内容

本实用新型的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本实用新型而学习。

为克服现有技术的问题，本实用新型提供一种乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，采用非过约束式刚度试验台，刚好完全约束车身空间六个自由度，消除台架对所测车身刚度值的影响，并且易于实现车身姿态的调整。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，包括：

工作台；

扭转横梁，其通过支架横向设置在工作台上的一侧，并能绕支架横向扭转；

第一立柱和第二立柱，其下端分别设置在扭转横梁的两侧上；

第三立柱和第四立柱，其下端分别在工作台上的另一侧间隔设置；

其中，第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱的顶端分别设置有限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件，用于共同支承白车身；第三立柱和第四立柱中的其中一个的下端固定在工作台上，其余三个立柱的下端与工作台或扭转横梁的连接件中，一个采用单向转动的转动铰链，两个采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件。

根据本实用新型的一个实施例，限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件采用球铰或万向联轴节。

根据本实用新型的一个实施例，转动铰链为在纵向转动的转动铰链。

根据本实用新型的一个实施例，扭转横梁采用空心方钢，其与支架之间的枢转接合处固定有加强板。

根据本实用新型的一个实施例，扭转横梁上固定有T形槽，用于固定第一立柱和第二立柱下端的连接件，使第一立柱和第二立柱在扭转横梁上的横向位置能够在T形槽中进行调节。

根据本实用新型的一个实施例，扭转横梁的下表面距离扭转中心一定距离处固定连接有管件，用作扭转试验的加载点。

根据本实用新型的一个实施例，立柱为长度可调节的立柱，其包括具有内螺纹的空心管件，及与空心管件螺纹连接的螺纹杆。

根据本实用新型的一个实施例，第一立柱的下端与扭转横梁采用单向转动的转动铰链进行连接，第二立柱的下端与扭转横梁、以及第四立柱的下端与工作台采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件进行连接，第三立柱的下端固定在工作台上。

根据本实用新型的一个实施例，第一立柱及第二立柱的下端与扭转横梁采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件进行连接，第四立柱的下端与工作台采用单向转动的转动铰链进行连接，第三立柱的下端固定在工作台上。

根据本实用新型的一个实施例，白车身与各立柱上端的连接件通过转换接头进行固定。

本实用新型针对现有的过约束式试验装置影响车身刚度值的问题，依据空间机构自由度限定原理设计了一套非过约束固定装置，通过合理的布置运动副，使得车身空间六个自由度在弯扭试验过程中均刚好被完全约束，在安装固定车身时不会对其产生预载荷，且加载过程中车身变形不会受到约束装置的限制，刚度值在试验过程中不受约束装置的影响，进而得到更精确的刚度值，有效改善了车身弯、扭刚度试验过程中约束装置对测试结果的影响，有利于同批次车身刚度试验结果的比对。同时，利用本实用新型易于实现车身姿态的调整。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1为现有技术一乘用车白车身结构扭转刚度测试约束与加载装置结构示意图；

图2为现有技术二乘用车白车身结构静刚度测试***结构示意图；

图3为本实用新型实施例一乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一工作台上约束机构的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一前悬架部位约束机构的结构示意图；

图6为本实用新型实施例一左后悬架部位约束机构的结构示意图；

图7为本实用新型实施例一右后悬架部位约束机构的结构示意图；

图8为本实用新型实施例一约束装置的原理图；

图9为本实用新型实施例二约束装置的原理图；

图10为本实用新型实施例三约束装置的原理图；

图11为本实用新型实施例四约束装置的原理图。

具体实施方式

针对现有的过约束式试验装置影响车身刚度值的问题，本实用新型依据空间机构自由度限定原理设计了一套非过约束固定装置，通过合理的布置运动副，使得车身空间六个自由度在弯扭试验过程中均刚好被完全约束。本实用新型主要应用于《GB/T 15089-2001机动车辆及挂车分类》所规定的M1类乘用车白车身的刚度试验。

实施例一

如图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，包括：工作台10、扭转横梁20、第一立柱40（即左前立柱）、第二立柱50（即右前立柱）、第三立柱60（即左后立柱）和第四立柱70（即右后立柱），其中扭转横梁20通过支架30横向设置在工作台10上的一侧，并能绕支架30横向扭转；第一立柱40和第二立柱50的下端分别设置在扭转横梁20的两侧上；第三立柱60和第四立柱70的下端分别在工作台10上的另一侧间隔设置。

在本实施例中，第一立柱40、第二立柱50、第三立柱60和第四立柱70的顶端分别设置有限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件41、51、61、71（可选用杆端轴承或球绞），用于共同支承白车身80；第一立柱40的下端与扭转横梁20采用单向转动的转动铰链42进行连接，第二立柱50的下端与扭转横梁20、以及第四立柱70的下端与工作台10采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件52、72进行连接，第三立柱60的下端通过支座62固定在工作台10上。

在本实施例中，限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件41、51、61、71、52、72采用球铰，为3级低副。球铰的内部构件的外表面为球形，内表面为销孔，内部构件的外表面与外部构件之间可以相互转动，因而能够在三个方向进行转动。球铰沿销轴（螺栓孔）可以大角度转动，其余两个方向只能约±15度转动。当然，也可以采用如万向联轴节之类的连接件。本实施例中，转动铰链42为在纵向转动的转动铰链，当然也可以采用在横向转动的转动铰链，为5级低副。

优选地，扭转横梁20横向设置在工作台10的前侧，扭转横梁20上的两个立柱40、50用于约束白车身80的前悬架部位，后侧的两个立柱60、70用于约束白车身80的后悬架部位。扭转横梁20采用空心方钢，其与支架30之间的枢转接合处固定有加强板（可在有销孔处的两端均焊接加强钢板）。扭转横梁20上表面左右各焊接有T型槽22、21，用于固定第一立柱40和第二立柱50下端的连接件，使第一立柱40和第二立柱50在扭转横梁20上的横向位置能够在T形槽22、21中进行调节。扭转横梁20的下表面距离扭转中心一定距离处（如1米处）固定连接有管件23、24（如图5所示，可以采用焊接圆钢管的方式），用作扭转试验的加载点。所有立柱均为长度可调节的立柱，其包括具有内螺纹的空心管件，及与空心管件螺纹连接的螺纹杆，还可以配有锁紧螺母，优选地，空心管件的两端采用逆向螺纹，分别连接螺纹杆，这样通过转动空心管件就可以调整立柱的长短。白车身80与各立柱上端的连接件41、51、61、71可通过转换接头进行固定。

本实施例中包括五个活动构件，即左前、右前、右后立柱、白车身、扭转横梁，包括6个球铰和2个单向转动铰链，球铰是3级低副，单向转动铰链是5级低副。本实用新型引入了足够的运动副数量并合理有效的进行组合，使得车身的6个空间自由度刚好被完全约束，即车身自由度为0。约束原理如图8所示，对于车身、立柱、扭转横梁和工作台共同组成的空间机构，其自由度=所有活动构件自由度-所有运动副引入的约束数，即:

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1-k

=6×5-5×2-4×0-3×6-2×0-1×0-2=0

可见，无论扭转加载还是弯曲加载，如果不考虑装配间隙以及装置刚度的影响，那么将只有车身变形。

按照图3安装后，调整立柱长短并用水平仪对车身位置进行检测。当进行弯曲试验时，对车身座椅安装处同时向下加载；进行扭转试验时，对扭转横梁20上的管件23、24加载。加载过程中，由于车身自由度为零，约束装置的刚度远大于车身刚度，自身不会发生变形；各立柱以及扭转横梁将随着车身的变形而运动，并且不影响车身的弯扭刚度。

这样，通过合理的布置2个转动副和6个球副，使得车身空间6个自由度刚好被完全约束，在安装固定车身时不会对其产生预载荷且加载过程中车身变形不会受到约束装置的限制，进而有效改善了车身弯、扭刚度试验过程中约束装置对测试结果的影响，有利于同批次车身刚度试验结果的比对。

实施例二

如图9所示，在实施例二中，第一立柱40及第二立柱50的下端与扭转横梁20采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件（例如采用球铰）进行连接，第四立柱70的下端与工作台10采用单向转动的转动铰链进行连接，第三立柱60的下端固定在工作台10上。其余的结构与实施例一相同，此处不再重复描述。

利用实施例二的结构，同样使得车身的6个空间自由度刚好被完全约束，即车身自由度为0，同样可以实现本实用新型的目的。

实施例三

如图10所示，在实施例三中，第二立柱50的下端与扭转横梁20采用单向转动的转动铰链进行连接，第一立柱40的下端与扭转横梁20、以及第四立柱70的下端与工作台10采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件（例如采用球铰）进行连接，第三立柱60的下端固定在工作台10上。其余的结构与实施例一相同，此处不再重复描述。

利用实施例三的结构，同样使得车身的6个空间自由度刚好被完全约束，即车身自由度为0，同样可以实现本实用新型的目的。

实施例四

如图11所示，在实施例四中，第一立柱40的下端与扭转横梁20采用单向转动的转动铰链进行连接，第二立柱50的下端与扭转横梁20、以及第三立柱60的下端与工作台10采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件（例如采用球铰）进行连接，第四立柱70的下端固定在工作台10上。其余的结构与实施例一相同，此处不再重复描述。

利用实施例四的结构，同样使得车身的6个空间自由度刚好被完全约束，即车身自由度为0，同样可以实现本实用新型的目的。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于包括：

工作台；

扭转横梁，其通过支架横向设置在所述工作台上的一侧，并能绕所述支架横向扭转；

第一立柱和第二立柱，其下端分别设置在所述扭转横梁的两侧上；

第三立柱和第四立柱，其下端分别在所述工作台上的另一侧间隔设置；

其中，所述第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱的顶端分别设置有限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件，用于共同支承白车身；所述第三立柱和第四立柱中的其中一个的下端固定在所述工作台上，其余三个立柱的下端与所述工作台或所述扭转横梁的连接件中，一个采用单向转动的转动铰链，两个采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件。

2.根据权利要求1所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件采用球铰或万向联轴节。

3.根据权利要求1所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述转动铰链为在纵向转动的转动铰链。

4.根据权利要求1所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述扭转横梁采用空心方钢，其与所述支架之间的枢转接合处固定有加强板。

5.根据权利要求1所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述扭转横梁上固定有T形槽，用于固定所述第一立柱和第二立柱下端的连接件，使所述第一立柱和第二立柱在所述扭转横梁上的横向位置能够在所述T形槽中进行调节。

6.根据权利要求1所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述扭转横梁的下表面距离扭转中心一定距离处固定连接有管件，用作扭转试验的加载点。

7.根据权利要求1所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述立柱为长度可调节的立柱，其包括具有内螺纹的空心管件，及与所述空心管件螺纹连接的螺纹杆。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述第一立柱的下端与所述扭转横梁采用单向转动的转动铰链进行连接，所述第二立柱的下端与所述扭转横梁、以及所述第四立柱的下端与所述工作台采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件进行连接，所述第三立柱的下端固定在所述工作台上。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述第一立柱及所述第二立柱的下端与所述扭转横梁采用限制三个移动自由度但不限制三个转动自由度的连接件进行连接，所述第四立柱的下端与所述工作台采用单向转动的转动铰链进行连接，所述第三立柱的下端固定在所述工作台上。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的乘用车白车身弯扭刚度试验约束装置，其特征在于，所述白车身与各立柱上端的连接件通过转换接头进行固定。

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