一种半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置

摘要

本发明涉及一种半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置，包括试验台、变频电机、输入轴、螺杆支承座、弹簧下托盘导向板、T型加载螺杆、加载弹簧、加载弹簧上托盘、加载弹簧下托盘、力臂加载轴承、锥形加载臂前段、锥形加载臂的后段。本发明用于深入分析半浮式半轴失效的原因，提高半浮式半轴的评价手段，为改进半浮式半轴台架试验行业标准积累试验数据和经验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置，属于汽车试验领域。

技术背景

汽车半轴根据受力状态，常分为全浮式半轴和半浮式半轴两种。在车辆实际使用中，半浮式半轴载荷工况最为复杂，不仅要传递扭矩，还承受旋转弯矩的作用，弯矩一方面来自地面垂直载荷的作用，另一方面来自驱动轮所承受的侧向力的作用。现行的汽车半轴行业标准中，对半浮式半轴只考虑了地面垂直载荷弯矩对半轴疲劳寿命的影响，没有综合考虑车辆驱动轮所承受的侧向力的影响，目前行业内没有该方面的专用试验设备，因此也缺乏这方面的台架试验数据和经验。

发明内容

本发明的目的是提供一种半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置，用于深入分析半浮式半轴失效的原因，提高半浮式半轴的评价手段，为改进半浮式半轴台架试验行业标准积累试验数据和经验。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置，包括试验台、变频电机1、输入轴25、螺杆支承座16、弹簧下托盘导向板22、T型加载螺杆17、加载弹簧20、加载弹簧上托盘19、加载弹簧下托盘21、力臂加载轴承12、锥形加载臂前段11、锥形加载臂的后段9；所述的试验台的上台面24上一端设置有变频电机1，另一端设置有L型支承座5，所述的变频电机1的输出轴通过联轴器26连接有输入轴25连接，所述的输入轴25穿过输入轴承座2，输入轴承座2固定在试验台的上台面24上；与被试半浮式半轴4垂直且远离变频电机的试验台的侧板23从上到下依次固定有加载螺杆支承座16和弹簧下托盘导向板22,弹簧下托盘导向 板22开设有导向孔；加载螺杆支承座16下方固定有T型加载螺杆17，T型加载螺杆17上设置有拉力调整螺母18，拉力调整螺母18与弹簧下托盘导向板22之间设置有加载弹簧20，加载弹簧20的两端分别压靠在加载弹簧上托盘19和加载弹簧下托盘21上，加载弹簧下托盘21下表面的凸起伸入到弹簧下托盘导向板22的导向孔内；所述的拉力加载杆15从上至下依次穿过加载螺杆支承座16、T型加载螺杆17、加载弹簧上托盘19上的孔，其一端固定连接在加载弹簧下托盘21上，另一端伸入力臂加载轴承12的凹槽内；所述的力臂加载轴承12套置在锥形加载臂前段11的锥形端上；输入轴25的另一端通过联轴器26被试半浮式半轴4的一端连接，被试半浮式半轴4的另一端穿过L型支承座5上的通孔与锥形加载臂的后段9通过法兰固定连接；所述的L型支承座5的外侧设置有被试半浮式半轴温度传感器8，用于监控被试半浮式半轴4轴承处的温度；所述的试验台的上台面24上设置有力臂加载轴承处温度传感器13，用于监测力臂加载轴承12处的温度；所述的拉力加载杆15上设置有力传感器14，用于监控半轴样品4所承受的弯矩；所述的试验台的上台面24上设置有转速传感器28，用于被试半浮式半轴4的转速；所述的变频电机1的输出轴上固定有测速齿圈29，用于记录半轴的旋转圈数。

作为本发明优选的技术方案：所述的试验的上台面24上开设有用于保证输入轴承座2与L型支承座5的同轴度的导向定位槽27。

作为本发明优选的技术方案：所述的L型支承座5的外侧固定连接有过渡支承板6，过渡支承板6连接有支承板7。

作为本发明的优选技术方案：所述的锥形加载臂前段11的锥形面上还套置有安全防护装置10，安全防护装置10固定在试验台上台面24上，安全防护装置10的内锥形面与锥形加载臂前段11的锥形面保持等间隙。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的装置中输入轴承座、L型支承座、支承座上的过渡支承板和支承板的安装位置保证了半浮式半轴与变频电机的输出端同轴，消除了系统产生的附加弯矩，提高系统精度。

2.本发明提供的装置采用了两段式锥形加载臂，对不同结构和尺寸的半轴进行试验准备时，只需要更换结构简单的锥形力臂后段，节省试验准备周期，提高效率。防护装置的内锥形特征，以及防护装置内锥面与加载臂之间等间隙，当样品损坏时，能起到及时可靠的保护作用。

3.本发明提供的装置的弹簧加载方式和布置形式，满足了半浮式半轴旋转弯曲疲劳耐久试验的技术条件，考虑了螺旋压力弹簧在拉、压力下其工作载荷范围的不同，以及试验台空间布置的要求，而采用压缩弹簧施加拉力的做法，保证载荷精度，而且载荷稳定，结构简单，成本低。

4.本发明提供的装置可以监控半轴样品轴承处的温度以及试验台加载臂处轴承的温度，通过试验台的测控系统可以控制变频电机的转速，同时记录半轴的旋转次数，作为寿命结果值。

综上所述：本发明可以覆盖微型车和乘用车半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验要求，因其综合考虑地面垂直支承弯矩和地面附着弯矩对半浮式半轴旋转弯曲疲劳寿命的影响，具有加载力矩可调整、精度高、结构简单、设备制造和运行成本低、操作方便和运转安全可靠。

附图说明

图1为本发明半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置的结构示意图。

图2为本发明半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置的剖视图。

图中：1：变频电机；2：输入轴承座；3：测控系统；4：半轴样品；5：L型支承座；6：过渡支承板；7：支承板；8：被试半浮式半轴轴承温度传感器；9：锥形力臂后段；10：安全防护装置；11：锥形力臂前段；12：力臂加载轴承；13：力臂加载轴承温度传感器；14：力传感器；15：拉力加载杆；16：加载螺杆支承座；17：加载螺杆；18：拉力调整螺母；19：加载弹簧上托盘；20：加载弹簧；21：加载弹簧下托盘；22：弹簧下托盘导向板；23：试验台侧板；24：试验台的上台面；25：输入轴；26：联轴器；27：导向定位槽；28：转速传感器；29：测速齿圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1和2所示，一种半浮式半轴旋转弯曲疲劳台架试验装置，包括试验台、变频电机1、输入轴25、螺杆支承座16、弹簧下托盘导向板22、T型加载螺杆17、加载弹簧20、加载弹簧上托盘19、加载弹簧下托盘21、力臂加载轴承12、锥形加载臂前段11、锥形加载臂的后段9；所述的试验台的上台面24上一端设置有变频电机1，另一端设置有L型支承座5，所述的变频电机1的输出轴通过联轴器26连接有输入轴25连接，所述的输入轴25穿过输入轴承座2，输入轴承座2固定在上台面24上；与被试半浮式半轴4垂直且远离变频电机的试验台的侧板23从上到下依次固定有加载螺杆支承座16和弹簧下托盘导向板22,弹簧下托盘导向板22开设有导向孔；加载螺杆支承座16下方固定有T型加载螺杆17，T型加载螺杆17上设置有拉力调整螺母18，拉力调整螺母18与弹簧下托盘导向板22之间设置有加载弹簧20，加载弹簧20的两端分别压靠在加载弹簧上托盘19和加载弹簧下托盘21上，加载弹簧下托盘21下表面的凸起伸入到弹簧下托盘导向板22的导向孔内；所述的拉力加载杆15从上至下依次穿过加载螺杆支承座16、T型加载螺杆17、加载弹簧上托盘19上的孔，其一端固定连接在加载弹簧下托盘21上，另一端伸入力臂加载轴承12的凹槽内；所述的力臂加载轴承12套置在锥形加载臂前段11的锥形端上；输入轴25的另一端通过联轴器26被试半浮式半轴4的一端连接，被试半浮式半轴4的另一端穿过L型支承座5上的通孔与锥形加载臂的后段9通过法兰固定连接；所述的L型支承座5的外侧设置有被试半浮式半轴温度传感器8，用于监控被试半浮式半轴4轴承处的温度；所述的试验台的上台面24上设置有力臂加载轴承处温度传感器13，用于监测力臂加载轴承12处的温度；所述的拉力加载杆15上设置有力传感器14，用于监控半轴样品4所承受的弯矩；所述的试验台的上台面24上设置有转速传感器28，用于被试半浮式半轴4的转速；所述的变频电机1的输出轴上固定有测速齿圈29，用于记录半轴的旋转圈数。

所述的试验的上台面24上开设有用于保证输入轴承座2与L型支承座5的同轴度的导向定位槽27。

所述的L型支承座5的外侧固定连接有过渡支承板6，过渡支承板6连接有支承板7， 所述的另一端被试半浮式半轴4依次穿过L型支承座5、过渡支承板6和支承板7，与锥形加载臂后段9通过法兰固定连接。由于L型支承座5保证支承刚性，尺寸比较大，支承板7与半轴样品4的轴承座固定连接，不同半轴样品4轴承座连接方式和尺寸都不相同，为了方便台架试验准备工作，在L型支承座5和支承板7之间增加一个尺寸和刚性都比较大的过渡支承板6，这样在变换半轴样品4的种类时，只需要准备一件尺寸和刚性较小的支承板7就可以进行新品种半轴样品4的旋转弯曲疲劳试验了，提高了工作效率并降低台架试验成本。

所述的锥形加载臂前段11的锥形端上还套置有安全防护装置10，安全防护装置10固定在试验台上台面24上，安全防护装置10的内锥形面与锥形加载臂前段的锥形面保持等间隙。锥形加载臂后段9与半浮式半轴样品4的法兰盘相连接，锥形加载臂后段9与锥形加载臂前段11连接，安全防护装置10罩在锥形加载臂前段11的光滑锥形区处，安全防护装置10的内锥形面与锥形加载臂前段11的锥形面保持等间隙，试验过程中，当被试半轴样品4发生损坏时，由于样品连同夹具还处于高速旋转状态，安全防护装置能够可靠地将脱落的样品和夹具托住，以确保安全。

本发明的工作过程如下：所述的力臂加载轴承12安装在锥形加载臂前段11的前端，拉力加载杆15上端与力臂加载轴承12相连接，拉力加载杆15为两段结构，中间连接力传感器14，力传感器14在试验前预加载时读取加载力值，而在试验过程中，监测力值的变化；拉力加载杆15的下端与加载弹簧下托盘21固定连接，为了保证加载弹簧20的下托盘在下移过程中不偏斜，加载弹簧下托盘21只能沿着弹簧下托盘导向板21的导向孔移动；加载螺杆支承座16固定连接在试验台侧板22上，T型加载螺杆17固定安装在加载螺杆支承座16上，加载弹簧20外套在T型加载螺杆17上，加载弹簧20的上端是加载弹簧上托盘19，在对拉力加载杆15施加拉力时，向下拧紧拉力调整螺母18，拉力调整螺母18推动加载弹簧上托盘19向下移动，这时加载弹簧20受到压力，压紧加载弹簧下托盘21，与加载弹簧下托盘18固定连接的拉力加载杆15受到拉力左右，而在加载臂上产生试验过程所需要的弯矩作用，由于变频电机1带着半轴样品4在高速旋转，于是在半轴样品4的轴承根部产生一个交变的弯矩载荷，试验台的测控系统3可以控制变频电机的转速，同时记录半轴的旋转次数， 作为寿命结果值。

目前，在半轴静扭试验中半浮式半轴的静扭强度后备系数普遍比全浮式半轴的后备系数大；扭转疲劳试验中，半浮式半轴扭转疲劳试验寿命普遍比全浮式半轴寿命要高，几乎没有疲劳断裂的情况。但是，在实际使用过程中却出现过多次在半浮式半轴轴承根部发生断裂的情况，综合分析，半浮式半轴断裂是在弯扭叠加作用下发生疲劳的结果，特别是在车辆驱动轮发生侧滑时，地面附着力所产生的弯矩远超过地面对驱动轮的垂直载荷垂直力所引发的弯矩。根据半轴的实际工况，综合考虑地面垂直弯矩和地面附着弯矩的作用，发明人研制了能够给半浮式半轴施加弯矩的旋转弯曲疲劳寿命试验装置，用于深入研究半浮式半轴旋转弯曲疲劳对其疲劳寿命的贡献，分析市场上半浮式半轴失效的原因，提高半浮式半轴的评价手段，为改进半浮式半轴台架试验行业标准积累试验数据经验。