一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的制作方法

1.本技术涉及车轮的疲劳试验领域，具体涉及一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备。


背景技术：

2.镁合金材料具有重量轻、强度高、弹性模量佳、吸震减振好、能全部回收利用的特点，采用镁合金材料制造汽车车轮是继铝合金材料后最佳的车轮材料，能提高汽车的操控性能、加速性能和制动性能，且能省油10%至14%。相对传统的铝合金车轮，镁合金车轮具有重量更轻、力学性能更好等优势；随着汽车轻量化和汽车工业节能减排要求的不断提高，越来越多的镁合金车轮被应用于汽车上。
3.当车辆行驶在山路下破或其他需要反复制动的路况下，刹车盘在反复制动摩擦下，会产生100~250℃的局部高温，该局部高温将通过热传导或热辐射影响车轮温度。而镁合金对温度变化敏感性较高：高温环境（140℃）相比室温环境（25℃），镁合金材料屈服强度降低14.2%、抗拉强度降低40.5%。但目前，国内外还未出现热环境下检测镁合金车轮疲劳性能的试验设备以及试验方法。


技术实现要素：

4.为解决以上技术问题，本发明提供了一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备，可有效检测高温环境对镁合金车轮疲劳寿命的影响，从而完善镁合金车轮检测手段，提高产品开发效率。
5.为了实现上述目的，本发明提供了以下的技术方案：一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备，包括试验台，所述试验台上搭载工作台、加载轴、垫板组件、作动器总成、高温环境箱总成；所述工作台台面预留中心孔，加载轴从中心孔中穿过，所述加载轴上端与车轮轴承安装面连接，下端通过加载杆与所述作动器总成连接；所述作动器总成对车轮施加弯曲疲劳试验载荷，所述工作台台面上放置适配不同型号车轮的垫板组件，所述高温环境箱总成箱体底部为开口设计，倒置在所述工作台上，用于对车轮施加高温环境。
6.在本发明的一些实施例中，所述工作台包括工作台面和支柱，所述支柱固定在试验台上，连接试验台与工作台面，所述工作台面开有中心孔，中心孔周围均匀分布t型槽。
7.在本发明的一些实施例中，所述工作台面厚度为45~55mm，台面中心孔直径为140mm；所述t型槽长度为250mm~300mm，每条t型槽之间间隔45
°
。
8.在本发明的一些实施例中，所述支柱与工作台面呈5
°
~10
°
倾角布置。
9.在本发明的一些实施例中，所述加载轴包括轴杆以及轴杆顶部的法兰盘和耐磨片，所述轴杆上端与所述法兰盘连接，下端通过关节轴承连接连杆，所述连杆与所述作动器总成连接；所述法兰盘上加工用于固定车轮的螺栓孔，耐磨片放置在所述法兰盘和车轮轴承安装面之间。
10.在本发明的一些实施例中，所述加载轴力臂长度为700mm~800mm；所述耐磨片厚度为5~10mm，使用42crmo制作。
11.在本发明的一些实施例中，所述垫板组件包括厚度为5-20cm不同的多个垫板。
12.在本发明的一些实施例中，所述作动器总成包括在试验台上互相垂直安放的两套作动器以及反力支撑座，所述反力支撑座下端与所述试验台连接，作动器安装在反力支撑座上。
13.在本发明的一些实施例中，所述的高温环境箱总成包括高温环境箱、设备框架、丝杠升降机、导轨滑块组件，所述高温环境箱两侧通过所述导轨滑块组件与所述设备框架连接，用于约束所述高温环境箱在升降过程中的左右摆动；所述丝杆升降机的底座通过螺栓连接到所述设备框架上端，所述丝杠升降机的丝杠下端与所述高温环境箱连接；所述高温环境箱箱体外壁为冷轧镀锌钢板，表面静电喷塑，板厚≥1.5mm；箱体内壁为st430钢板满焊接，板厚≥1mm；中间保温层为玻璃纤维棉隔热材料；箱体在宽度方向设置观察窗，所述观察窗采用双层中空玻璃；所述高温环境箱送风系统采用轴流风机下压送风，两侧回风方式，并采用加热器对空气进行加热，所述高温环境箱温控系统的温度控制器与箱体为一体设计。
14.在本发明的一些实施例中，所述高温环境箱工作温度范围为：rt 10℃～ 180℃，温度波动度：
±
3℃，温度均匀度：≤
±
2℃，升温速率：rt 10℃～ 180℃ ≤30min。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过高温环境箱对车轮施加高温环境的同时，在下方通过对加载轴施加弯曲疲劳试验载荷，该试验设备可检测镁合金车轮在高温环境下的弯曲疲劳寿命，且满足弯曲疲劳试验机设备要求，完善了镁合金车轮的检测手段，提高了产品开发效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本技术一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的整体结构示意图。
18.图2是本技术一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的工作台结构示意图。
19.图3是本技术一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的加载轴结构示意图。
20.图4是本技术一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的垫板结构示意图。
21.图5是本技术一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的作动器总成结构示意图。
22.图6是本技术一种镁合金车轮高温弯曲疲劳试验设备的高温环境箱总成结构示意图。
23.图中：1—试验台、2-工作台、3-加载轴、4-垫板组件、5-作动器总成、6-高温环境箱总成；201-工作台面、202-支柱、203-t型槽、204-中心孔、301-轴杆、302-法兰盘、303-耐磨片、304-关节轴承、305-连杆、401-垫板、501-液压作动器反力支撑座、502-液压作动器、601-高温环境箱、602-设备框架、603-丝杠升降机、604-导轨滑块组件。
具体实施方式
24.本技术的说明书和权利要求书所涉及数据“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤过单元，而是可选地包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
25.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例表述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.实施例1：镁合金车轮高温弯曲疲劳试验试验设备的制备本实施例1提供了一种用于镁合金车轮高温弯曲疲劳试验试验设备。如图1中所示，包括试验台1、工作台2、加载轴3、垫板组件4、作动器总成5、高温环境箱总成6。所述工作台2通过螺栓固定在所述试验台1上，台面中心预留中心孔，用于穿过所述加载轴3；所述加载轴3上端与车轮轴承安装面连接，下端通过加载杆与所述作动器总成5连接；所述作动器总成5需要2套，相互垂直安放，并通过螺栓固定在所述试验台1上，用于对车轮施加弯曲疲劳试验载荷；所述垫板组件4放置在所述工作台2的台面上，用于适配不同型号的车轮；所述高温环境箱总成5箱体底部为开口设计，扣放在在所述工作台2上，用于对车轮施加高温环境。
28.如图2中所示，所述的工作台2包括工作台面201和支柱202。所述工作台面尺寸为1m
×
1m，厚度为50mm，台面中心孔直径为140mm，用于穿过所述加载轴3；台面每隔45
°
加工出一条长度为275mm的t型槽，t型槽加工参照gb/t158-1996《机床工作台 t型槽和相应螺栓》进行，基本尺寸a为22mm。所述支柱202共有4条，高度为750mm，布置在所述工作台面201的四个角上，所述支柱202上部通过4条m20螺栓与所述工作台面连接，下部通过4条m24螺栓与所述试验台1连接；为提高所述工作台2刚度，所述支柱202与所述工作台面201呈7.5
°
倾角布置。
29.如图3中所示，所述的加载轴3包括轴杆301、法兰盘302、耐磨片303、关节轴承304和连杆305。所述加载轴3力臂长度为750mm；所述轴杆301上端通过螺栓与所述法兰盘302连接，下端与所述关节轴承304连接，所述关节轴承304需要2套，相互垂直安装；所述法兰盘302加工出与车轮相匹配的螺栓孔，用于固定车轮；所述关节轴承304另一端通过所述连杆305与所述作动器5总成连接；所述耐磨片303放置在所述法兰盘302和车轮轴承安装面之间，厚度为5mm，制作材质为42crmo，用于防止所述法兰盘302快速磨损。
30.如图4中所示，所述的垫板组件4厚度包括5mm垫板401、10mm垫板402、20mm垫板403，直径为750mm，制作材质为高强铝合金；放置于车轮内轮缘于所述工作台面201之间，用于适配不同型号车轮的偏距值。
31.如图5中所示，所述的作动器总成5包括液压作动器反力支撑座501和50kn液压作
动器502。所述作动器反力支撑座501下端与所述试验台1连接，所述50kn液压作动器502与所述液压作动器反力支撑座501通过螺栓连接，可在所述作动器反力支撑座501中上下移动。
32.所述的通过作动器总成加载施加车轮弯曲载荷，具体方式为两条作动器总成相互垂直布置，分别为横轴作动器总成和纵轴作动器总成：横轴作动器总成加载载荷f1=msin(
ɑ
)/l，纵轴作动器总成加载载荷f2= msin(90
°‑
ɑ
)/l；公式中：m为弯曲疲劳试验弯矩（nm），l为加载轴力臂（m），
ɑ
为作动器总成加载合力方向与横轴夹角（
°
）。
33.如图6中所示，所述的高温环境箱总成6包括高温环境箱601、设备框架602、丝杠升降机603、导轨滑块组件604。所述高温环境箱601两侧通过所述导轨滑块组件604与所述设备框架602连接，用于约束所述高温环境箱601在升降过程中的左右摆动；所述丝杆升降机603的底座通过螺栓连接到所述设备框架602上端，所述丝杠升降机603的丝杠下端与所述高温环境箱601连接。所述丝杠升降机603的升降速度为250mm/min，实现所述高温环境箱601升降高度为600mm。
34.所述高温环境箱601内部尺寸：830mm（宽）
×
600mm（高）
×
830mm（深）；外部尺寸：1230mm（宽）
×
1350mm（高）
×
1030mm（深）；箱体外壁材料为冷轧镀锌钢板，表面静电喷塑，板厚为1.5mm；箱体内壁材料为st430钢板满焊接，板厚为1.2mm；中间保温层为玻璃纤维棉隔热材料；箱体不设置开门，在宽度方向设置观察窗，尺寸：250mm
×
350mm，观察窗采用双层中空玻璃；箱体下端为开口设计，采用搭扣方式进行连接，连接处通过硅胶密封条进行密封；箱体侧面预留1个50mm测试孔，用于外接测试电源线及信号用。所述高温环境箱601送风系统采用轴流风机下压送风，两侧回风方式，并采用加热器对空气进行加热。所述高温环境箱601温控系统的温度控制器与箱体为一体设计，可接入热电偶信号、热电阻信号，显示屏为4.3寸触摸屏，可显示监视画面、曲线画面、设定画面等多界面；温控范围：0~200℃；控制精度：满量程0.5%；并在出风口处设置1支温度传感器1支，用于读取箱体内温度数据。
35.所述的设备框架602由方管焊接而成，用于固定所述高温环境箱601；框架总尺寸1500mm
×
1300mm
×
2850mm。
36.所述的高温环境箱工作温度范围：rt 10℃～ 180℃，温度波动度：
±
3℃，温度均匀度：
±
1.8℃，升温速率：rt 10℃～ 180℃ 为27min。
37.实施例2： dms样轮制备本实施例2提供了一种dms样轮，用于高温弯曲疲劳试验机校准， dms样轮选用的是某合资品牌配套的18寸镁合金车轮，车轮结构参数为：中心孔直径为66.5mm、轮辋宽度为190.5mm、车轮偏距为51mm、pcd为112mm；生产工艺为铸造和旋压。通过仿真分析，获得车轮弯曲疲劳试验中最大和第二大的损伤热点，并进行应变片的粘贴，将应变片命名为ch1和ch2。
38.对比例1：常规弯曲疲劳试验机与高温弯曲疲劳试验机应变对比将通过实施3获得的dms样轮安装在常规弯曲疲劳试验机上，车轮安装扭矩为140nm
±
10nm；加载扭矩为1920nm、3060nm、4000nm和5190nm，试验转速为1500r/min，统计应变最小值、最大值和幅值，如表1所示。
39.表1 常规弯曲疲劳试验机应变采集结果
将通过实施3获得的dms样轮安装在高温弯曲疲劳试验机上，车轮安装扭矩为140nm
±
10nm；加载扭矩为1920nm、3060nm、4000nm和5190nm，设备加载力臂为750mm，对应加载载荷为2560n、4080n、5333n、6920n，加载方式为正余弦曲线加载，两条作动器相位相差90
°
，加载频率5hz，即加载转速300r/min；统计应变最小值、最大值和幅值，如表2所示。
40.表2 高温弯曲疲劳试验机应变采集结果将两套数据进行对比，如表3所示，从数据中可以分析出，常规弯曲疲劳试验机与高温弯曲疲劳试验机应变幅值偏差＜
±
4%，满足常规弯曲疲劳试验机设备机差＜
±
5%的要求。
41.表3 应变结果对比对比例2：常规弯曲疲劳试验机与高温弯曲疲劳试验机常温下的疲劳寿命对比将试验样轮安装在常规弯曲疲劳试验机上，车轮安装扭矩为140nm
±
10nm；加载扭矩为5190nm，试验转速为1500r/min，测试温度为室温25℃；检测样轮共4件，编号1-1、1-2、
1-3、1-4，统计弯曲疲劳试验寿命，如表4所示。
42.表4 弯曲疲劳机试验数据（室温25℃）将试验样轮安装在高温弯曲疲劳试验机上，车轮安装扭矩为140nm
±
10nm；加载扭矩为5190nm，试验转速为300r/min，测试温度均为室温25℃；检测样轮共4件，编号2-1、2-2、2-3、2-4，统计弯曲疲劳试验寿命，如表5所示。
43.表5 高温弯曲疲劳机试验数据（室温25℃）从试验数据上可以看出，室温环境下，同款同批次车轮，常规弯曲疲劳试验机测试寿命为307182次，高温弯曲疲劳试验机测试寿命为316515次，一致性较好。
44.实施例3： 温度-车轮刚性数据测量将试验样轮安装在车轮高温弯曲疲劳试验机上，车轮安装扭矩为140nm
±
10nm；分别测量车轮在室温（25℃）、80℃、100℃和120℃下的刚性值。测量载荷为1kn、1.5kn、2kn、2.5kn和3kn。统计采集数据如表6所示；对载荷-偏移量数据进行统计分析，得出车轮刚性数据如表7所示。
45.表6 温度-偏移量测试数据统计表7 温度-刚性数据统计从试验数据上可以看出，随着温度的升高，车轮刚性降低：80℃相比25℃，车轮刚
性降低2.5%，100℃相比25℃，车轮刚性降低3.2%，120℃相比25℃，车轮刚性降低7.2%。
46.实施例4： 温度-弯曲疲劳寿命数据测量将试验样轮安装在高温弯曲疲劳试验机上，车轮安装扭矩为140nm
±
10nm；分别测量车轮在60℃、80℃和120℃下的弯曲疲劳试验寿命，加载扭矩为5190nm，试验转速为300r/min。试验开始前，将车轮加热至指定温度，并保温30min，使车轮整体温度达到试验指定温度。统计车轮弯曲疲劳寿命如表8所示。
[0047] 表8 温度-弯曲疲劳寿命数据统计从试验数据上可以看出，随温度的升高，车轮弯曲疲劳寿命显著下降：60℃相比常温25℃，车轮弯曲疲劳寿命下降50.3%；80℃相比常温25℃，车轮弯曲疲劳寿命下降51.0%；120℃相比常温25℃，车轮弯曲疲劳寿命下降64.7%。
[0048]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过高温环境箱对车轮施加高温环境的同时，在下方通过对加载轴施加弯曲疲劳试验载荷，该试验设备可检测镁合金车轮在高温环境下的弯曲疲劳寿命，且满足弯曲疲劳试验机设备要求，完善了镁合金车轮的检测手段，提高了产品开发效率。