轮胎动态和模态的测试设备的制作方法

1.本发明涉及轮胎测试设备技术领域，具体涉及一种轮胎动态和模态的测试设备。


背景技术：

2.轮胎，是汽车极其重要的零部件之一，其不仅直接影响车辆的驾驶感受，更直接关乎车辆的安全性。在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。
3.除了关注轮胎胎压，在安全寿命内更换轮胎等手段，提高轮胎的疲劳强度也是防止轮胎失效的重要手段之一。轮胎的疲劳测试分为动态及模态，所谓动态即通过一进给装置作用于轮胎表面，测定轮胎能承受的最大载荷；所述模态即模拟轮胎在一定承载载荷下，通过模拟外界的环境，在各个方向通过激振力向轮胎施加力，模拟出轮胎的相关参数，得出轮胎的耐久强度等。
4.目前，一种轮胎的疲劳强度测试方式是通过测试人员在轮胎胎面上选点布置力传感器，其后作业人员手持力锤敲击车轮，激励轮胎产生振动，获取轮胎的力学参数信息。这种方法，不可控因素较多，主要体现为激振力的大小、方向不稳定，测试误差大，实验不可重复，测定结果不够准确。同时，该类测试方法不能实现动态的测试。
5.因此，人们提出了自动轮胎疲劳测试机，通过多个方向对轮胎进行激振，测定轮胎力学性能，但其主要不足之处在于：激振结构复杂。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：提供一种结构精简的轮胎动态和模态的测试设备。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.轮胎动态和模态的测试设备，包括：
9.轮胎固定座，所述轮胎固定座沿z轴分布，所述轮胎固定座中设有用来检测轮胎静态三向力的传感器；
10.电磁激振装置，所述电磁激振装置沿y轴分布，所述电磁激振装置包括电磁激振板、翻转机构及第一承载板；所述电磁激振板的顶部设有阻抗头连接器，所述电磁激振板滑动设置在所述翻转机构上，可滑动方向与所述阻抗头连接器的轴线方向一致；所述翻转机构可翻转地设置在所述第一承载板上，以使得所述阻抗头连接器可分别朝向z轴及x轴；
11.电磁激振器，所述电磁激振器包括阻抗头，所述电磁激振器可朝z轴及x轴转向；
12.悬吊机构，所述悬吊机构悬吊所述电磁激振器，并适应于所述电磁激振器的朝向将所述电磁激振器移位至目标位置，使所述阻抗头连接所述阻抗头连接器；
13.y轴进给机构，所述y轴进给机构驱动所述电磁激振装置、电磁激振器及所述悬吊机构沿y轴朝所述轮胎固定座进给。
14.优选地，所述电磁激振板通过导轨滑块组件滑动安装在所述翻转机构上，所述电
磁激振板上设有限位挡块，所述翻转机构上设有接触所述限位挡块的弹簧柱塞，所述电磁激振板的被限位方向为激振方向。
15.优选地，所述第一承载板上插设有插销机构，所述翻转机构设有在两个翻转位状态下均能对应所述插销机构的销孔。
16.优选地，所述插销机构包括销座、定位销、弹簧及拉环，所述定位销插设在所述销座中，所述弹簧套设在所述定位销上使所述定位销总是保持前伸趋势，所述拉环连接在所述定位销的尾端；所述定位销的前端设有一径向的定位凸起，所述销座上设有对应所述定位凸起的定位槽，当且仅当所述定位凸起对准于所述定位槽时，所述定位销伸出所述销座。
17.优选地，还包括液压激振装置及x轴进给机构，所述液压激振装置包括第二承载板、液压激振器、力传感器及液压激振板；所述x轴进给机构承载并驱动所述液压激振装置沿x轴朝所述轮胎固定座进给。
18.优选地，所述液压激振装置可沿y轴移动，所述液压激振装置还包括液压激振杆，所述液压激振杆在所述液压激振板上的连接为可拆卸连接，所述电磁激振板上设有对应于所述液压激振杆的接头。
19.优选地，还包括承载所述x轴进给机构的平台；所述x轴进给机构在其前后侧各设有一对承载轮，所述平台上设有对应于所述各承载轮的一对轮轨，所述承载轮可沿z轴升降，所述承载轮下降接触所述轮轨时，所述x轴进给机构与所述平台分离；所述承载轮上升脱离所述轮轨时，所述x轴进给机构落止于所述平台。
20.优选地，还包括微调机构，所述微调机构包括固定端、推拉端及调节螺杆，所述平台具有沿y轴分布的t型槽，所述固定端通过t型螺母锁止于所述平台上，所述推拉端连接所述液压激振装置，所述调节螺杆旋接于所述固定端上，其伸出端与所述推拉端转动连接。
21.优选地，所述液压激振装置还包括激光定位仪，所述激光定位仪设置在所述液压激振板上，所述激光对准器的发射激光平行于所述激振杆的轴线。
22.优选地，各进给机构通过丝杆驱动，各进给机构还包括丝杆保护装置，所述丝杆保护装置包括导向轴、滑套及液压涨紧套；所述导向轴平行于进给方向设置；所述滑套套设在所述导向轴上，且其与激振装置底座固定连接；所述液压涨紧套套设在所述导向轴上且位于所述滑套的后侧，所述液压涨紧套跟随所述滑套滑动。
23.采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
24.1、本发明设置了翻转机构，使得电磁激振板可朝z轴及x轴翻转，实现了一个激振座即可分别在z轴及x轴两个方向施加电磁激振力，电磁激振力的大小及频率可调，模拟轮胎行驶时的轮胎周面的左右及前后方向受力情况，完成该方向的模态测试，同时，电磁激振板可沿y轴进给，可完成了在y轴方向上的动态测试，其激振结构简单可靠；
25.2、本发明通过限位挡块与弹簧柱塞的配合，保证电磁激振板在z轴方向时能正中对应轮胎的中心；同时为了减小激振板滑动摩擦力对上述激振力的影响，设置了导轨滑块的结构；
26.3、本发明设置定位轴，对翻转机构进行翻转定位及翻转后的位置保持，其结构简单而可靠；
27.4、本发明的插销机构设计巧妙，可自锁以保持缩回趋势，便于翻转机构翻转，翻转机构翻转完成后再伸入销孔中完成翻转机构的定位及位置保持；
28.5、本发明沿x轴设置了液压激振装置，其液压激振板可直接作用于轮胎，对轮胎进行激振，其也可通过液压激振杆连接电磁激振板，通过电磁激振板对轮胎进行激振，其能与电磁激振器配合，通过两个激振器施加不同的力来模拟轮胎的实际受力情况，测试结果更为精准；同时，液压激振装置可以朝轮胎
29.6、本发明的x轴进给机构通过带平台的t型槽，可以实现在平台上沿y轴移动及固定；通过承载轮与轮轨的配合设计，可以在需移动时下沉承载轮，使其将机座顶起，而降低移动难度；而在到达指定位置时，可以升起承载轮，使得x轴进给机构落止在平台上，通过t型槽螺母锁止；如此设计可以实现手动移动调整，进一步降低设备结构与成本；
30.7、本发明设置有微调器，在x轴进给机构沿y轴移动时，可以微调x轴进给机构的位置，使得位置调节更加准确；
31.8、本发明设有激光定位仪，能为x轴进给机构的移动对准提供对准参照，实现快速对准，确保施加力与轮胎的子午线平行；
32.9、本发明针对该测试设备的特殊性，针对性设置了丝杆保护装置，通过导向轴和液压涨紧套的配合，实现负载卸荷，避免激振力对丝杆机构造成损伤；
33.10、本发明针对丝杆保护装置进行进一步研究，在丝杆部分设置了双螺母结构，以保证在0.5
‑
500hz内无共振；为解决双螺母磨损问题，提出了楔形调整间隙的思路，进一步提升设备的检测精度等。
附图说明
34.图1为本发明总成示意图；
35.图2为本发明电磁激振装置示意图；
36.图3为本发明电磁激振装置又一示意图；
37.图4为本发明液压激振装置分解示意图；
38.图5为本发明液压激振装置的底座示意图；
39.图6为本发明液压激振装置的底座又一示意图；
40.图7为本发明微调装置的剖视图；
41.图8为本发明承载轮的示意图；
42.图9为本发明x轴进给机构的细节示意图；
43.图10为本发明丝杆进给装置的细节示意图；
44.图11为本发明丝杆进给装置的剖视图。
45.附图标记说明：
46.轮胎固定座100、底部安装座110、三轴力传感器120、连接座130；
47.电磁激振装置200、第一承载板210、第一力传感器220、翻转机构230、销孔231、导轨滑台组件232、弹簧柱塞233、电磁激振板240、阻抗头连接器241、限位挡块242、接头243、第二力传感器250、插销机构260、定位销261、定位凸起2611、弹簧262、销座263、定位槽2631、拉环264；
48.电磁激振器300、电磁激振杆310、阻抗头320；
49.悬吊机构400；
50.液压激振装置500、第二承载板510、液压激振器520、第三力传感器530、液压激振
板540、对准孔541、液压激振杆550、过渡连接件560；
51.x轴进给机构600、卧式丝杆滑台610、丝杆6111、基座620、立式丝杆滑台630、调节手轮640、抱轴器641、承载轮650、轮座651、升降调节螺栓652、滚轮支架653、v型滚轮654、拉座660、激光定位仪670、微调器680、固定端681、推拉端682、调节螺杆683；丝杆保护装置690、导向轴691、滑套692、液压涨紧套693、丝杆双螺母694、楔形套环695、楔形提拉块696、螺纹孔697、提拉支架698、螺栓6981；
52.y轴进给机构700；
53.平台800、t型槽810、轮轨820。
具体实施方式
54.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.实施例
58.请参考图1所示，本发明公开了一种轮胎动态和模态的测试设备，其包括轮胎固定座100、电磁激振装置200、电磁激振器300、液压激振器500、x轴进给机构、液压激振装置600、y轴进给机构、平台800及悬吊机构400。
59.其中，轮胎固定座100沿z轴分布，轮胎固定座100包括底部安装座110、三轴力传感器120、连接座130(连接座130配套有轮毂适配器和适配环，轮毂适配器用于连接待测试的轮胎，适配器用于满足不同轮毂安装的需求)。底部安装座110与平台800通过t型螺栓连接，三轴力传感器120安装在底部安装座110上并承载连接座130，连接座130(包括适配器及适配环)连接待测试轮胎。三轴力传感器120可以检测轮胎静态下x、y、z三轴的力。
60.请参考图2及图3所示，电磁激振装置200包括第一承载板210、第一力传感器220、翻转机构230、电磁激振板240及第二力传感器250，第一承载板210、第一力传感器220、翻转机构230、电磁激振板240沿y轴依次连接。具体地，第一力传感器220安装在第一承载板210上，第一力传感器220上安装有圆锥滚子轴承，翻转机构230通过圆锥滚子轴承相对于第一承载板210转动连接，实现朝z轴及x轴两个方向的翻转。
61.电磁激振板240滑动安装在翻转机构230上，电磁激振板240用于抵接待测试轮胎的周面。
62.电磁激振板240的顶部设有一阻抗头连接器241，将用于联接电磁激振器300。电磁激振器300可转向以使其电磁激振杆310分别朝z轴方向与x轴方向，其悬吊在悬吊机构400上，并通过悬臂机构900实现移动，本实施例中，悬吊机构为悬臂吊电动葫芦。
63.如此，当翻转机构230翻转至朝z轴时(即阻抗头连接器241朝z轴)，电磁激振器300在第一目标位置(图1中实线所示的电磁激振器300对应的位置)，其电磁激振杆310上的阻抗头320与阻抗头连接器241连接，实现对电磁激振板240施加上下激振力，如此，即能对轮胎施加激振力(该激振模拟轮胎实际行驶状态时其轮胎周面的左右方向受力)。而当翻转机构230翻转至朝x轴时，悬吊机构400将电磁激振器300移动至第二目标位置图1中虚心所示的电磁激振器300对应的位置)，同时，电磁激振器300朝x轴偏转，此时电磁激振器300的阻抗头320与阻抗头连接器241在x轴方向上实现连接，实现对电磁激振板240施加左右的激振力，如此，即能对轮胎施加又一状态的激振力(该激振模拟轮胎实际行驶状态时其轮胎周面的前后方向受力)。
64.电磁激振板240的可滑动方向平行于阻抗头连接器241的轴线，即，以翻转机构230朝向z轴为例，其可滑动方向为上下方向，而当翻转板230翻转朝向x轴时，其可滑动方向即变为左右方向。为了减小激振板滑动摩擦力对上述激振力的影响，本实施例中，通过导轨滑块232滑动连接在翻转机构230上。
65.当翻转机构230朝向z轴时，由于常态下，电磁激振板240在重力作用下，总是保持下滑的趋势，为避免对激振效果造成影响，电磁激振板240上设有限位挡块242，翻转机构230上设有抵接限位挡块242的弹簧柱塞233，弹簧柱塞233，通过调节该弹簧柱塞233，即可保证电磁激振板240跟轮胎的正中位置对齐。
66.请参考图2及图3所示，为对翻转后的翻转机构230进行定位，防止偏转，第一承载板210上插设有定位销261，翻转机构230设有在两个翻转位状态下均能对应所述定位销261的销孔231(配套无油衬套，承载能力强，耐冲击，减小相互摩擦力，使插销工作更方便，简洁)。将插销机构260作用于翻转机构230中，即实现翻转机构的定位及避免翻转机构230在使用时翻转。
67.为便于插销机构260的使用与操作，本实施例中，插销机构260采用弹簧销设计，即其包括定位销261、弹簧262、销座263及拉环264。销座263设置在在第一承载板210上，定位销261插设在销座263中，弹簧262套设在定位销261上，使得定位销261上的前端总是前伸的状态。而当需要将弹簧销拉出时，由于定位销261上设有拉环264，拉动拉环264即可将定位销261的前端与翻转机构230分离。
68.为了在翻转过程中，定位销261能保持被拉出分离状态以便于操作，定位销261的前端的径向上设有一定位凸起2611，其销座263上设有对应于定位凸起2611的定位槽2631，如此，只有当定位销261的定位凸起2611的角度与定位槽2631的角度吻合时，定位销261的前端才能通过定位槽2631插入翻转机构230中。
69.第二力传感器250的一端连接翻转机构230，另一端连接电磁激振板240，第二力传感器250的传感方向平行于阻抗头连接器241的轴线。
70.请参考图4所示，液压激振装置500包括沿x轴依次连接的第二承载板510、液压激振器520、第三力传感器530、液压激振板540及液压激振杆550。液压激振器520对液压激振板540施加朝x轴的激振力，如此，将液压激振装置朝x轴进给，使得液压激振板540作用在轮
胎的周面上，即可进行在x轴方向的动态测试。通过液压激振器520激振，即可向液压激振板540施加液压激振力，即可模拟轮胎行驶状态时的径向受力，实现模态测试。
71.此外，液压激振杆550可拆卸地连接在液压激振板540上，将液压激振装置通过液压激振杆550联接电磁激振板240(电磁激振板上设有对应的接头243)，对轮胎实行径向激振。
72.由于使用时，液压激振杆550与液压激振板540间需频繁拆卸，在液压激振杆550与液压激振板540间设置过渡连接件560，以对液压激振杆550进行保护，防止其因频繁拆卸导致寿命下降。
73.电磁激振板240及液压激振板540均通过进给机构朝轮胎进给，即电磁激振板240通过y轴进给机构700进给，液压激振板540通过x轴进给机构600进给。
74.x轴进给机构600与y轴进给机构700的构成基本相同。以x轴进给机构为例，说明进给机构的组成。请参考图5所示，x轴进给机构包括卧式丝杆滑台610、安装在卧式丝杆滑台610上的基座620及安装在所述基座620上的立式丝杆滑台630。因而，通过卧式丝杆滑台610可以实现沿x轴的进给，通过立式丝杆滑台630可以实现z轴方向的上下调整。
75.具体地，第二承载板510安装在其立式丝杆滑台630的滑台上，立式丝杆滑台630设有调节手轮640，通过调节手轮640调节第一承载板210的z轴高度，当达到设定高度时，其通过一抱轴器641抱紧其丝杆轴，阻止其继续转动。
76.同理，y轴进给机构700中，第一承载板210安装在其立式丝杆滑台上，其基座沿其卧式丝杆滑台朝y轴进给。其原理与x轴进给机构一致，在此不做赘述。
77.如此，将y轴进给机构700朝轮胎进给时，直至电磁激振板240抵接在轮胎周面上，且第一力传感器220测得的力达到预设值，完成y轴进给机构600的进给；同理，将x轴进给机构朝轮胎进给时，第三力传感器530测得的力达到预设值，完成x轴进给机构的进给。
78.由于各进给机构在激振工况下，均承受极大的轴向力，为保护其卧式丝杆滑台中的丝杆，避免其受轴向重载荷而损伤，各进给机构还安装带有液压涨紧套的丝杆保护装置690。
79.请参考图9所示，以液压激振装置600为例，丝杆保护装置690包括导向轴691、滑套692及液压涨紧套693。导向轴691平行于进给方向设置。滑套692套设在导向轴691上，且其与基座620固定连接；沿卧式丝杆滑台610的进给方向，液压涨紧套693套设在导向轴691上且位于滑套692的后侧，液压涨紧套693通过一l型拨片拨动以跟随滑套692滑动。
80.液压涨紧套693的工作原理如下：在一个封闭的双层轴套内注入一定的液压介质后，当轴套内的液压介质受到来自螺丝或外接工作泵的压力时，腔内油压升高，轴套腔体薄壁受到压力后便向内、外均匀地膨胀，消除了配合间隙，从而对与之相接触的轴和轮毂产生均匀的表面压力，实现抱紧联结。
81.液压涨紧套693具有极高的夹持回转精度、优良的动平衡、良好的阻尼减震性能，可自动实现对导向轴691的箍紧或松开，因此，当进给机构进给到指定位置时，液压涨紧套693工作，箍紧导向轴691，以通过其与导向轴691的配合，承受轴向负荷。
82.此外，请参考图10及图11所示，丝杆保护装置690还包括丝杆双螺母694、楔形套环695、楔形提拉块696及双螺母安装座698。丝杆双螺母694套设在丝杆安装座610的滚珠丝杆6111上替代其原丝杆双螺母694。楔形套环695的剖面呈上宽下扁的楔状，楔形提拉块696为
倒u型块，楔形提拉块696的剖面呈对应于楔形套环695的倒楔状，将楔形提拉块696与楔形套环695适配后套设在丝杆安装座610的丝杆上，且位于双丝杆双螺母694之间。楔形提拉块696的上端面设计螺纹孔697，双螺母安装座698位于楔形提拉块696的上方，一螺栓6981穿过安装座698旋入螺纹孔697中，通过该螺栓6981的提拉，即可完成双丝杆双螺母694的预紧及消除间隙。
83.丝杆保护装置690还包括丝杆保护套6991及行程限位传感器6992，丝杆保护套6991防止丝杆6111进尘，限位传感器6992设置在丝杆的两侧，防止基座620过行程损坏丝杆保护套6991。
84.此外，x轴进给机构(其承载液压激振装置)600与y轴进给机构(电磁激振装置)的不同之处在于，x轴进给机构600自身可朝y轴拖动。具体地，平台800上设有平行于y轴的轮轨820，x轴进给机构600的前后侧各设有一对对应于轮轨820的承载轮650，承载轮650可以沿z轴升降，以可沿z轴升降，以与轮轨820抵接使液压激振装置与平台800分离或与轮轨820分离使液压激振装置落止于所述平台800。
85.请参考图6所示，本实施例中，轮轨820为导向轴，该导向轴对应于v型滚轮固定在平台800沿y轴分布的t型槽中，且其杆身凸出t型槽表面。对应地，承载轮650为v型滚轮与u型滚轮的结合，即一侧的承载轮为v型滚轮，用于实现定位，另一侧滚轮为u型滚轮，用于实现滑动。
86.请参考图8所示，承载轮650包括轮座651、升降调节螺栓652、滚轮支架653及v型滚轮654。轮座651与所述机座固定连接，升降调节螺栓652通过深沟球轴承旋接在轮座651上，升降调节螺栓652穿过轮座651后与滚轮支架653转动连接，v型滚轮654安装在滚轮支架653上。
87.为便于拉动，沿y轴方向，液压激振装置600的两侧设有拉动其行走的把手660。
88.为了使得液压激振装置600能精准定位，还包括激光定位仪670及微调机构680。请参考图4所示，激光定位仪670固定在液压激振板540上，激光定位仪670的投射激光平行于液压激振杆550的轴线，液压激振板540上设有供投射激光对准电磁激振板的定位小孔。如此，通过激光定位仪670，为液压激振装置的对准提供了对准基准。
89.请参考图7所示，微调器680包括固定端681、推拉端682及调节螺杆683。其固定端681通过所述t型槽810中的t型螺母锁止于平台800上，其推拉端682连接液压激振装置600，调节螺杆683旋接于所述固定端681上，其伸出端与推拉端682通过两个深沟球轴承转动连接。如此，将液压激振装置600移动到相关位置时(此时允许有一定的位置误差)，通过t型螺母，将微调器680的固定端681固定在平台800上，转动调节螺杆683，使得激光定位仪670在y轴方向上，对准电磁激振板上的对准小孔；完成后，升起承载轮650，使得液压激振装置600落止于平台800上，其后通过t型螺母锁止。
90.本发明中，平台800优选为铸铁平台。
91.本发明能模拟轮胎实际工作状态时的受力情况，可分别提供轮胎径向、轴向和周向静态预载荷和动载荷的能力，实现动态与模态测试。
92.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
93.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。