一种前轴主销寿命试验装置及方法与流程

1.本发明涉及汽车生产制造技术领域，尤其涉及一种前轴主销寿命试验装置及方法。


背景技术：

2.汽车前轴是汽车转向系统的关键部件，它利用转向节的摆转来实现汽车转向，因此又称转向桥，其性能好坏将直接决定用户驾乘汽车的体验。
3.前轴的成品由工字梁、转向节、转向横拉杆、轮毂、制动器等部分组成。转向节通过主销安装在工字梁两端，承受汽车前部的载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。前轴主销作为前轴总成的零部件，其轴线是转向轮在转向时的回转轴线，连接车轮和转向节的连线，车轮转向的时候就是以这条回转轴线来转动的。
4.因此，前轴主销的性能和耐久性直接影响汽车转向系统的性能和驾驶者对整车的驾乘感受，当主销发生异常磨损导致损坏时，会造成车辆偏移、前轮吃胎、汽车转向间隙变大，并且汽车在行驶过程中会出现前轮摆动、异响等情况，严重影响整车的品质，提高了汽车维护成本，降低用户驾驶体验。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种前轴主销寿命试验装置，能够真实模拟前轴主销的受力情况，准确测量前轴主销的使用寿命。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.该前轴主销寿命试验装置包括试验台架、第一作动器、第二作动器和第三作动器；第一作动器固定于试验台架上，第一作动器的输出端与前轴组件相连并用于对前轴组件施加沿第一方向的第一预设力；第二作动器固定于试验台架上，第二作动器的输出端与前轴组件相连并用于对前轴组件施加沿第二方向的第二预设力；第三作动器固定于试验台架上，第三作动器的输出端与前轴组件相连并用于对前轴组件施加沿第三方向的第三预设力；第一方向、第二方向和第三方向两两互相垂直。
8.可选地，前轴组件包括前轴梁和转向节；前轴梁沿第二方向固定于试验台架上，转向节通过前轴主销安装在前轴梁上，转向节分别与第一作动器的输出端、第二作动器的输出端和第三作动器的输出端连接。
9.可选地，试验台架包括前轴固定座，前轴固定座上固定有前轴梁。
10.可选地，前轴固定座设置有多个，多个前轴固定座沿第二方向间隔设置。
11.可选地，第一作动器还包括第一连接件，第一连接件一端连接第一作动器的输出端，另一端连接前轴组件。
12.可选地，试验台架上还固设有直线轴承，第一连接件穿设于直线轴承内。
13.可选地，前轴主销寿命试验装置还包括第二连接件，第二连接件一端连接第二作动器的输出端和第三作动器的输出端，另一端连接前轴组件。
14.可选地，第二连接件包括加载臂、第一轴承和沿第二方向设置的连接杆；加载臂连接有第二作动器的输出端，第一轴承设置于加载臂内部，连接杆一端连接前轴组件，另一端穿设于第一轴承内并和第三作动器的输出端相连。
15.可选地，第一轴承为调心滚子轴承、交叉滚子轴承、圆锥滚子轴承、深沟球轴承或角接触球轴承中的一种。
16.本发明还提供了一种前轴主销寿命试验方法，其使用如上述任一方案所述的前轴主销寿命试验装置，包括步骤：
17.s1、安装前轴组件：将前轴组件分别与第一作动器的输出端、第二作动器的输出端和第三作动器的输出端连接；
18.s2、施力过程：通过第一作动器向前轴组件施加第一预设力，通过第二作动器向前轴组件施加第二预设力，通过第三作动器向前轴组件施加第三预设力；
19.s3、施力过程进行预设时间或循环次数后，停止施力过程，并获取前轴组件中主销的磨损状态。
20.有益效果：该前轴主销寿命试验装置通过第一作动器、第二作动器和第三作动器分别对前轴组件施加第一预设力、第二预设力和第三预设力，第一预设力对应前轴组件受到的转向载荷，第二预设力对应前轴组件受到的垂直载荷，第三预设力对应前轴组件受到的侧向载荷，能够完整地模拟前轴组件中前轴主销在汽车运行时的受力情况，使得试验中前轴主销的受力工况更符合汽车运行时的真实状态，使得前轴主销的磨损情况更贴合真实工况，从而准确地测得前轴主销的使用寿命。
附图说明
21.图1是本发明提供的前轴主销寿命试验装置的示意图；
22.图2是本发明提供的前轴主销寿命试验装置另一视角的示意图；
23.图3是图2中a处的局部放大图。
24.图中：
25.100、试验台架；110、龙门架；121、前轴固定座；122、第一固定座；123、第二固定座；124、第三固定座；
26.210、第一作动器；211、第一连接件；212、直线轴承；213、固定支座；220、第二作动器；221、加载臂；222、连接杆；230、第三作动器；
27.310、前轴梁；320、转向节；400、泥水泵。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
29.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以具体情况理解上述
术语在本发明中的具体含义。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
32.本实施例中，第一方向为图1中所示的x方向，即前轴组件受到的转向载荷的方向；第二方向为图1中所示的y方向，即前轴组件受到的垂直载荷的方向；第三方向为图1中所示的z方向，也即前轴组件受到的侧向载荷的方向。
33.请参考图1至图3，该前轴主销寿命试验装置包括试验台架100、第一作动器210、第二作动器220和第三作动器230；第一作动器210固定于试验台架100上，第一作动器210的输出端与前轴组件相连并用于对前轴组件施加沿第一方向的第一预设力；第二作动器220固定于试验台架100上，第二作动器220的输出端与前轴组件相连并用于对前轴组件施加沿第二方向的第二预设力；第三作动器230固定于试验台架100上，第三作动器230的输出端与前轴组件相连并用于对前轴组件施加沿第三方向的第三预设力；第一方向、第二方向和第三方向两两互相垂直。具体地，第一作动器210固定于第一固定座122上，第二作动器220固定于龙门架110上，第三作动器230固定于第三固定座124上。
34.该前轴主销寿命试验装置通过第一作动器210、第二作动器220和第三作动器230分别对前轴组件施加第一预设力、第二预设力和第三预设力，第一预设力对应前轴组件受到的转向载荷，第二预设力对应前轴组件受到的垂直载荷，第三预设力对应前轴组件受到的侧向载荷，能够完整地模拟前轴组件中前轴主销在汽车运行时的受力情况，使得试验中前轴主销的受力工况更符合汽车运行时的真实状态，使得前轴主销的磨损情况更贴合真实工况，从而准确地测得前轴主销的使用寿命。
35.优选地，本实施例中，第一作动器210、第二作动器220以及第三作动器230均为线性作动器，优选为电动线型气缸，电动线型气缸也称为电动执行器，其使用各种电动机，如伺服电动机、步进电动机、电动机，来带动各种螺杆，如滑动螺杆、滚珠螺杆旋转，通过螺母转化为直线运动；电动线型气缸自身能保持非常高的精度，外部也不需要做任何机械硬件来限位，具有良好的运行精度、稳定性和耐用度。
36.可选地，前轴组件包括前轴梁310和转向节320；前轴梁310沿第二方向固定于试验台架100上，转向节320通过前轴主销(图中未示出)安装在前轴梁310上，转向节320分别与第一作动器210的输出端、第二作动器220的输出端和第三作动器230的输出端连接。通过向转向节320施加第一预设力、第二预设力和第三预设力，能够使得连接转向节320和前轴梁310的前轴主销受力情况更加符合汽车真实运行状态下的受力情况，使得前轴主销的磨损情况更贴合真实运行工况，从而能够更准确地测得前轴主销的使用寿命，提高了该前轴主
销寿命试验装置的可信度和准确性。
37.可选地，试验台架100包括前轴固定座121，前轴固定座121上固定有前轴梁310。进一步地，前轴固定座121设置有多个，多个前轴固定座121沿第二方向间隔设置。前轴固定座121将前轴梁310固定于地面上，使得在施加力时前轴梁310不会发生偏移，从而使得前轴主销所受到的来自于第一作动器210、第二作动器220和第三作动器230的载荷更加准确，不会因前轴梁310的偏移而造成施加载荷不符合实验要求的问题，提高了试验的可信度和准确性。
38.在本实施例中，第一作动器210还包括第一连接件211，第一连接件211一端连接第一作动器210的输出端，另一端连接前轴组件。具体地，试验台架100上还固设有直线轴承212，第一连接件211穿设于直线轴承212内。具体地，直线轴承212通过固定支座213固定于第二固定座123上。由于直线轴承212的承载球与轴承外套点接触，钢球以最小的摩擦阻力滚动，因此直线轴承212具有摩擦力小、移动稳定，不随轴承转动速度而变化，能获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动，使得穿设于直线轴承212中的第一连接件211始终沿第一方向运动，从而使得轴承组件所受到的来自于第一作动器210的力始终沿第一方向，提高了试验的准确性和可信度。
39.请参考图2和图3，在本实施例中，该前轴主销寿命试验装置还包括第二连接件222，第二连接件222一端连接第二作动器220的输出端和第三作动器230的输出端，另一端连接前轴组件。具体地，第二连接件222包括加载臂221、第一轴承(图中未示出)和沿第二方向设置的连接杆222；加载臂221连接有第二作动器220的输出端，第一轴承设置于加载臂221内部，连接杆222一端连接前轴组件，另一端穿设于第一轴承内并和第三作动器230的输出端相连。使用一个连接杆22，一端连接前轴组件，另一端分别连接第二作动器220的输出端和第三作动器230的输出端，将垂直载荷和侧向载荷同时加载于前轴组件上，简化了该前轴主销寿命试验装置的结构。
40.进一步地，第一轴承为调心滚子轴承、交叉滚子轴承、圆锥滚子轴承、深沟球轴承或角接触球轴承中的一种。上述种类的轴承能够同时承受轴向载荷以及径向载荷。优选地，本实施例中第一轴承选取为交叉滚子轴承，交叉滚子轴承的特殊结构能够完全适应双向载荷，适用于精度要求较高、安装空间较小的机械装置上。当然，也可以选用其他类型的轴承，只要能够同时承受径向载荷以及轴向载荷即可，本实施例中不作具体限制。
41.优选地，该前轴主销寿命试验装置还包括两个泥水泵400，两个泥水泵400中的一个正对前轴梁310的一端喷射泥水或沙土，两个泥水泵400中的另一个正对前轴梁310的另一端喷射泥水或沙土，以模拟汽车在涉水以及在泥土地中行驶时，前轴主销上沾染泥沙时的工作状况，使得前轴主销的磨损情况更符合真实工况，提高了前轴主销寿命试验的准确性和可信度。
42.本实施例还提供了一种前轴主销寿命试验方法，其使用如上述任一方案所述的前轴主销寿命试验装置，包括步骤：
43.s1、安装前轴组件：将前轴组件分别与第一作动器210的输出端、第二作动器220的输出端和第三作动器230的输出端连接；
44.s2、施力过程：通过第一作动器210向前轴组件施加第一预设力，通过第二作动器220向前轴组件施加第二预设力，通过第三作动器230向前轴组件施加第三预设力；
45.s3、施力过程进行预设时间或循环次数后，停止施力过程，并获取前轴组件中主销的磨损状态。
46.具体地，步骤s2中，第一预设力、第二预设力和第三预设力均由道路载荷谱获得，并由控制单元控制上述第一作动器210、第二作动器220和第三作动器230按照道路载荷谱向前轴组件分别施加上述第一预设力、第二预设力和第三预设力。道路载荷谱是汽车整车行驶在不同道路上时，整车或零部件所承受的典型载荷时间历程，经数理统计处理后所得到的表示载荷大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。道路载荷谱是进行汽车零部件可靠性设计的依据，是零部件结构定寿、延寿和动力学仿真、有限元分析等计算机辅助设计的先决条件，也是作为结构疲劳试验、强化试验、加速寿命试验和可靠性试验的基础。
47.具体地，该施力过程中每一个循环的时间为汽车在实际工况下运行预设里程的道路载荷谱所对应的时间；而步骤s3中，预设时间或循环次数所对应的总时间为汽车在实际工况下运行预设保养里程的道路载荷谱所对应的时间；该预设里程优选为50公里，预设保养里程优选为15000公里；该预设里程和预设保养里程也可选取其他值，其具体值的选取应由汽车型号、用户需求和汽车保养需求所确定，本实施例不作具体限制。
48.该前轴主销寿命试验方法通过第一作动器210、第二作动器220和第三作动器230分别对前轴组件施加第一预设力、第二预设力和第三预设力，第一预设力对应前轴组件受到的转向载荷，第二预设力对应前轴组件受到的垂直载荷，第三预设力对应前轴组件受到的侧向载荷，能够完整地模拟前轴组件中前轴主销在汽车运行时的受力情况，在进行预设时间或预设循环次数的施力过程后检查前轴组件中前轴主销的磨损情况，使得试验中前轴主销的受力工况和磨损情况更符合汽车运行时的真实状态，能够准确地测得前轴主销的使用寿命。
49.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。