一种轮毂疲劳强度测试方法及装置与流程

1.本发明涉及一种轮毂测试装置，特别是一种轮毂疲劳强度测试方法及装置。


背景技术：

2.轮毂总成作为汽车车桥的重要组成部分，且外接轮胎车轮，内有轴承传递动力输出，直接承受汽车及路面产生的各种复杂载荷。以轮毂的发展趋势而言，需要能测试轮毂的产品材料和抵抗疲劳损坏的装置方法，并在试验过程中观察产品材料产生局部的永久性损伤和裂纹现象，进而推测产品的使用寿命。
3.现有的轮毂基本都是电脑模拟数据，有一些试验也只是扭矩上转动的试验，而轮毂在实践实用中会碰到各种路况受到各种压力，而这些目前并没有一个具体的试验，更无法根据人们的需要去设定试验，例如某些想要了解轮毂的工作时长、转动次数等是否达到自己想要的需求，这些都是现有技术不能得到的。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种轮毂疲劳强度测试方法及装置。
5.解决上述技术问题的技术方案是：一种轮毂疲劳强度测试装置，包括转动装置、加载装置、轴管支座、管套和支座固定架，轮毂套装于管套内并固定于管套内，轴管支座设置于支座固定架上，转动装置包括驱动电机，驱动电机通过主轴与管套连接，轴管支座设有轴管连接盘，轮毂通过轴管与轴管支座连接，轴管一端套于轮毂轴孔中，轴管另一端与轴管支座连接，加载装置包括液压伺服油缸、龙门框架和反力座，液压伺服油缸设置于龙门框架上，液压伺服油缸一端与轴管支座连接、另一端余反力座连接，轴管支座上设有轴向垫板和径向垫板，加载装置包括轴向加载装置和径向加载装置，轴向加载装置的轴向液压伺服油缸与轴向垫板连接，径向加载装置的径向液压伺服油缸与径向垫板连接。
6.本发明的进一步技术方案是：反力座上设有多个螺栓孔，液压伺服油缸一端通过螺栓定位固定于反力座上。龙门框架顶梁通过螺纹孔设有吊环螺杆，液压伺服油缸设置于吊环螺杆下端。支座固定架上设有多个螺栓孔，轴管支座通过安装架设置于支座固定架上，并通过螺栓定位于对应的高度。主轴上设有保护罩，保护罩设置于机床机架上。
7.转动装置、加载装置和支座固定架分别设置于试验地板上，试验地板设有多个螺栓安装孔，转动装置、加载装置和支座固定架分别设有螺栓安装孔。
8.轴管支座上设有轴管安装孔、轴向垫板通孔和多个螺栓孔，轴管连接盘通过螺栓固定于轴管安装孔中，轴向垫板包括垫板ⅰ和垫板ⅱ，垫板ⅰ和垫板ⅱ通过连板连接，连板穿过轴向垫板通孔，垫板ⅰ和垫板ⅱ分别通过螺栓固定于轴管支座上。
9.测试方法为：驱动电机带动管套转动，管套带动轮毂转动，驱动电机上设有转矩压力传感器，转矩压力传感器以获取驱动电机的数据，通过轴向加载装置和径向加载装置分别对轴管支座施加轴向压力和径向压力，通过轴管将轴向压力和径向压力转加到轮毂上，液压伺服油缸分别设有位移传感器和压力传感器，通过位移传感器和压力传感器获取数
据，得到轮毂转动次数、工作时间和受到的压力等数据。
10.由于采用上述技术方案，本发明之一种轮毂疲劳强度测试方法及装置，具有以下有益效果：1.本发明的试验台能进行功能模块之间独立测试，也能组合起来满足耦合测试，比如径向冲击载荷测试和动态弯曲疲劳强度耐久测试可以分开单独测试也可以耦合测试。可以组合设计不同的功能模块来模拟测试轮毂的相关疲劳性能。利用驱动电机驱动轮毂转动，模拟车辆在实际道路上行驶的能量；采用液压油缸提供加载力来模拟轮毂受轴向与径向的冲击能量；根据轮毂的不同车型和选用传感器的不同，可以测量轮毂的转速、输出的扭矩、负载的位移量等参数。最后根据轮毂的弯曲疲劳和冲击疲劳检测是否达到试验标准中要求的最低循环次数。
11.2.本发明的试验台是检测模拟轮毂在实际道路工况中能否继续承受载荷、轮毂弯曲载荷面原始裂纹产生扩展或出现新的可见裂纹以及车辆在转向时对轮毂及车轮的径向冲击等循环式的试验研究，检测轮毂试样是否达到弯曲疲劳与冲击负载检测要求中的最低循环次数，以此试验结果分析判定轮毂及车轮是否失效。如果检测过程中，弯曲疲劳与冲击疲劳检测多循环次数未达到或低于标准技术要求的最低循环次数就出现损坏或裂痕，则判定该轮毂试样失效，其轮毂总成的性能不可靠，无法达到产品性能的安全可靠性。因此，此试验台就是为了解决是否满足制造厂对产品安全可靠性的要求。
12.下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之一种轮毂疲劳强度测试方法及装置的技术特征作进一步的说明。
附图说明
13.图1：一种轮毂疲劳强度测试装置的结构示意图。
14.图2：一种轮毂疲劳强度测试装置的结构示意图。
15.图3：试验单元的结构示意图。
16.图4：试验单元的结构示意图。
17.图5：试验单元的结构示意图。
18.图6：试验单元的结构示意图。
19.在上述附图中，各标号说明如下：1-驱动电机，2-保护罩，3-床身部分(固定机架与连接地接模块部分），4-机架，5-试验单元(轮毂总成及夹具部件)，6-径向加载装置（径向加载方向），7-轴向加载装置（轴向加载方向），8-反力座，9-主轴(转动轴)，10-轴管支座(力臂板，偏载机构)，11-液压伺服油缸，12-龙门框架，13-过渡法兰盘，14-管套，15-轮毂，16-轴管，17-第一垫板（轴向垫板，加载位置ⅰ），18-第二垫板，19-第三垫板（径向垫板，加载位置ⅱ），20-轮毂安装盘，21-轴管连接盘。
具体实施方式
20.一种轮毂疲劳强度测试装置，包括转动装置、加载装置、轴管支座、管套和支座固定架，轮毂套装于管套内并通过螺栓固定于管套内，轴管支座设置于支座固定架上，转动装置包括驱动电机1，驱动电机通过主轴9与管套14连接，主轴通过螺栓与管套连接，轴管支座
10设有轴管连接盘21，管套两端分别通过螺栓固定设有过度法兰盘13和轮毂安装盘20，轮毂15上设有螺栓孔和螺栓，轮毂通过螺栓与轮毂安装盘连接，轮毂通过轴管16与轴管支座连接，轴管一端套于轮毂轴孔中，轴管另一端与轴管支座连接，轴管设有螺栓孔，轴管连接盘通过螺栓与轴管连接并通过螺栓固定于轴管支座的安装孔中。加载装置包括液压伺服油缸11、龙门框架12和反力座8，液压伺服油缸设置于龙门框架上，液压伺服油缸一端与轴管支座连接、另一端余反力座连接，轴管支座上设有轴向垫板和径向垫板，加载装置包括轴向加载装置7和径向加载装置6，轴向加载装置的轴向液压伺服油缸与轴向垫板连接，径向加载装置的径向液压伺服油缸与径向垫板连接。液压伺服油缸分别设有位移传感器和压力传感器，驱动电机上设有转矩压力传感器，转矩压力传感器以获取驱动电机的数据，如转速、转次和转动时间等参数。位移传感器为现有的mh非接触式线性位传感器，其工作原理是通过发射信号和接收信号的时间，计算传感器与被测物之间的距离。由于在空气中的传播速度是一定的，液位传感器与容器的底部的距离是一定的，就可知道被测物的液压冲击位移。
21.轴管支座上设有轴管安装孔、轴向垫板通孔和多个螺栓孔，轴管连接盘通过螺栓固定于轴管安装孔中，轴向垫板包括垫板ⅰ和垫板ⅱ，垫板ⅰ和垫板ⅱ通过连板连接，连板穿过轴向垫板通孔，垫板ⅰ和垫板ⅱ分别通过螺栓固定于轴管支座上。反力座上设有多个螺栓孔，液压伺服油缸一端通过螺栓定位固定于反力座上。龙门框架顶梁通过螺纹孔设有吊环螺杆，液压伺服油缸设置于吊环螺杆下端。支座固定架上设有多个螺栓孔，轴管支座通过安装架设置于支座固定架上，并通过螺栓定位于对应的高度。轴管支座通过吊环固定于支座固定架上。主轴上设有保护罩，保护罩设置于机床机架上。转动装置、加载装置和支座固定架分别设置于试验地板上，试验地板设有多个螺栓安装孔，转动装置、加载装置和支座固定架分别设有螺栓安装孔。即转动装置的安装底座、龙门框架和反力座上分别设有螺栓安装孔。试验地板和反力座上分别设有多个螺栓安装孔，反力座的底部和安装面上均设有多个螺栓安装孔，即试验地板设有螺栓安装槽孔，该螺栓安装槽孔中设有多个与螺栓配套的螺母。反力座通过螺栓定位固定于试验地板上，液压伺服油缸通过后端安装板与反力座连接，即反力座的安装面上设有多个螺栓通孔，后端安装板亦设有螺栓通孔，通过螺母旋紧于螺栓上将后端安装板定位固定于反力座的安装面上。通过调节反力座和龙门框架位于试验地板上的安装位置。龙门框架顶梁通过螺纹孔设有吊环螺杆，通过旋转吊环螺杆能调节液压伺服油缸的高度。液压伺服油缸上设有电液伺服阀和吊环，液压伺服油缸后关节座与后端安装板连接，后端安装板安装于反力座上，液压伺服油缸前关节座与轴管支座连接。轮毂的安装接口与轴管的安装接口为对同类型的轮毂具体一定的通用性的接口。
22.测试方法为：驱动电机带动管套转动，管套带动轮毂转动，驱动电机上设有转矩压力传感器，转矩压力传感器以获取驱动电机的数据，通过轴向加载装置和径向加载装置分别对轴管支座施加轴向压力和径向压力，通过轴管将轴向压力和径向压力转加到轮毂上，液压伺服油缸分别设有位移传感器和压力传感器，通过位移传感器和压力传感器获取数据，得到轮毂转动次数、工作时间和受到的压力等数据，从而达到试验的目的。加载系统包括液压伺服油缸、龙门框架和反力座，由液压油缸、底座机架、支架、开口吊环及悬挂重载拉伸弹簧。液压伺服油缸一端固定在反力座上，另一端则是悬挂在龙门框架的开口吊环上，安装的整体高度是根据所连接的车轮轮胎的最大轮胎半径而固定在机架上，实现其快速工作进给、保压、退回等，从而带动轮毂移动。加载位置分别为轴向与径向加载，轴向加载位置为
距离车轮中心的车轮半径处，径向加载为力臂（轴管支座）侧面处，加载力应对齐轮毂中心（轮心）。
23.具体的，通过安装夹具将各模块系统安装在试验台上，并调节好安装夹具，固定好动作器负载位置及方向，将模块系统调整至轮毂实际工况的安装状态；将转矩压力传感器、位移传感器和传感器放大器等安装到模块系统各个部件中；即：调整好位置关系，安装好转动装置、轴管支座、管套和轮毂，安装固定好加载装置的位置及方向，将转矩压力传感器、位移传感器和传感器放大器分别安装于转动装置和加载装置上，将转动装置和加载装置与plc连接。通过plc启动驱动电机模块，提供低速、中速和高速中的其中一个档位转速。通过plc根据轮毂试样的最大轮胎班级，计算出液压加载系统的做功负载力；或者通过plc输入想要设定的加载力数字范围。通过数据采集及控制系统对变频电机（驱动电机）实时调整并设定参数指令发出，向其输出。数据采集模块通过各传感器获得由放大器与a/d转换成计算机（工控机）可识别的试验参数，并输出到计算机软件系统中；通过软件控制系统将获取的传感器数据以及光电编码器的数据，以txt或许excel的格式存储到数据库中，并根据各参数和是否达到最低循环次数来判定轮毂试样是否失效，低于则证明产品不合格，并打印试样结果证明产权是否合格。
24.本轮毂试验台的作用是用来检测试验单元工装中的汽车车桥轮毂的疲劳强度。设计旨在汽车从启动到加速、匀速、再到减速停车的整个测试过程，对台架中驱动电机的选择为具有稳定输出扭矩的功能，即使在汽车启动后初始速度为零的情况下，或汽车在爬坡时，电机输出最大扭矩下，速度为零时负载添加器能够对外稳定输出转矩。试验台的设计接近轮毂的实际工作条件，从而使试验结构相配合的最真实、最有效、最准确。可对汽车轮毂在不同工作条件下的受力情况进行分析，包括轮毂及外接轮胎所受的负载载荷、转矩、转速等。实现试验台的综合性能与否是通过其总体结构的布置方案到是否实用性而判断的。
25.具体实施例进行了8.5吨后桥螺栓优化轮毂试验，轮毂试验台主要是以检测8.5吨后桥轮毂进行螺栓优化后，结合轮毂实际装配到汽车车桥上时，汽车实际工作条件下对轮毂产品性能的疲劳强度、弯曲面受力性能和产品疲劳耐久性的一个性能检测。并通过检测过程中是否达到弯曲疲劳和冲击疲劳的检测要求的最低循环次数结果来判断该轮毂试验件的性能特点和可靠性。在检测过程中低于最低循环次数后出现损坏或裂痕，则判定产品失效，是不合格产品。其中轮毂的性能要求、性能的检测方法和车轮冲击检测方法主要以gb/t5334—2005、gb/t15704—2012、gb/t5909—2009和gb36581—2018这4个国家标准进行参考。
26.8.5吨后桥轮毂是在原工艺的基础上进行了螺栓优化，是了满足力学性能和使用寿命要求的前提下，通过轮毂对螺栓的优化设计，对轮毂结构的加强筋和局部壁厚（包括法兰的整个圆周）进行了改进和减薄。轮毂试验单元工装装置为可拆卸调整结果，可根据不同型号的轮毂、不同测试目的、技术指标和功能要求进行设计。
27.轮毂试验台的工作原理是模拟和测试轮毂性能。首先是进行功能模块之间独立测试，也能组合起来满足耦合测试，比如径向冲击载荷测试和动态弯曲疲劳强度耐久测试可以分开单独测试也可以耦合测试。其次是等效性，基本的工作过程是组合设计不同的功能模块来模拟测试8.5吨后桥螺栓优化轮毂的相关疲劳性能。例如，利用驱动电机驱动轮毂转动，模拟车辆在实际道路上行驶的能量；采用液压油缸提供加载力来模拟轮毂受轴向与径
向的冲击能量；根据轮毂的不同车型和选用传感器的不同，可以测量轮毂的转速、输出的扭矩、负载的位移量等参数。最后根据轮毂的弯曲疲劳和冲击疲劳检测是否达到试验标准中要求的最低循环次数，若检测过程中循环次数不足于要求的最低循环次数，判定该轮毂试样失效，此产品的安全可靠性不合格。
28.本发明轮毂试验台的作用是用来检测试验单元工装中的汽车车桥轮毂的疲劳强度。设计旨在汽车从启动到加速、匀速、再到减速停车的整个测试过程，对台架中驱动电机的选择为具有稳定输出扭矩的功能，即使在汽车启动后初始速度为零的情况下，或汽车在爬坡时，电机输出最大扭矩下，速度为零时负载添加器能够对外稳定输出转矩。且试验台架也需要考虑经济性的要求，在满足于精度和测试功能的前提下，尽量达到降低成本。