一种V型推力杆总成的复合疲劳测试装置及方法与流程

本发明涉及汽车推力杆技术领域，特别是一种v型推力杆总成的复合疲劳测试装置及方法。

背景技术：

随着各种类型的推力杆广泛的应用于载重商用车和客车上，人们对推力杆的研究也越来越深入，推力杆作为车桥与车架的关键连接部件，主要起到传力、限位和导向的作用，同时推力杆上的橡胶球铰关节还起到缓冲振动与冲击的作用，是多轴汽车平衡悬架的关键零部件之一，因此其强度的好坏对于整车在行驶过程中的安全性及稳定性有着至关重要的影响。

推力杆根据其外型区分，主要分为i型直杆与v型杆；直杆结构简单，应用广泛，技术研究较成熟；v型推力杆总成（以下简称v杆）主要由v型球头、v端球铰、两侧向套管、小端球头，小端球铰组合构成，结构复杂。目前对v杆的研究主要集中在其球铰的结构分析、静动态分析，疲劳试验分析上，而对v杆系统的疲劳试验受试验设备及试验条件的限制目前也仅停留在单轴试验上，没有进行复合工况的疲劳试验研究。然而v杆在实际装车运行中，其承受纵向载荷（驱动、制动）的同时又承受横向载荷（转弯、横坡），不仅需要传递驱动力、制动力、离心力以及相应的力矩，还需要传递部分路面冲击引起的垂向方向上的力，在上述力和力矩的长期叠加作用下，经常会出现断裂或失效的现象，因此对v杆的疲劳问题的研究具有非常现实的意义。同时将单轴试验改为多轴试验，这样v型推力杆总成的台架试验寿命才更能反映其实际装车寿命。

现有技术中，公开号为cn201107184y的实用新型公开了一种汽车v型推力杆总成模拟试验装置，它包括两个大三角支架和两个小三角支架，在两个大三角支架上有垂直导向机构，在两个小三角支架上有侧向导向机构，所述垂直导向机构和侧向导向机构之间通过v型推力杆总成连接，此方案记载的是垂向+侧向的力，且受力点是单头和双头分别加载，工况结构简单，对试验设备要求也不高。公开号为cn201311358y的实用新型公开了一种v型推力杆横向试验工装，支架固定在工作台上，固定座通过螺栓连接方式固定在支架上，固定座为整体式结构，v型推力杆两端与固定座为螺栓连接，v型端与横向加载工装螺栓连接，横向加载工装与线性作动器相连，该装置仅模拟了v型推力杆在车辆中的横向受力情况，并不能实现双向同时加载。

技术实现要素：

本发明提供了一种v型推力杆总成的复合疲劳测试装置及方法，其能够模拟v型推力杆在实际运行过程中同时承受纵向载荷和横向载荷的工况，检测v型推力杆纵向、横向以及纵横向复合的疲劳寿命。

本发明的技术方案是：一种v型推力杆总成的复合疲劳测试装置，v型推力杆总成包括v端球铰芯轴和两个小端球头芯轴，复合疲劳测试装置包括试验平台、底座、小端球头安装斜块、v端球头固定架、横向加载球头关节、纵向加载球头关节、横向过渡盘、纵向过渡盘、导向三角架；所述底座安装在试验平台上，底座上面左部和右部各连接有一个小端球头安装斜块，两个小端球头安装斜块分别与v型推力杆总成的两个小端球头芯轴连接；v端球头固定架位于底座上方，v端球头固定架连接v型推力杆总成的v端球铰芯轴；v端球头固定架的左端与横向加载球头关节固定连接，横向过渡盘连接横向加载球头关节；v端球头固定架的上端与纵向加载球头关节固定连接，纵向过渡盘连接纵向加载球头关节；导向三角架安装在底座上且导向三角架对称设置在v端球头固定架的前侧和后侧。

v端球头固定架的前侧和后侧各安装有一块镜面摩擦钢板一，导向三角架上部与v端球头固定架相对的侧面上均固定连接有镜面摩擦钢板二；位于同一侧的镜面摩擦钢板一与镜面摩擦钢板二相接触。

还包括限位螺杆、锁紧螺母、限位横杆；v端球头固定架的前侧和后侧各设置有二个导向三角架；导向三角架上部设有横向通孔一，限位横杆插入在同一侧的二个导向三角架上部的通孔一中且限位横杆两端均露出在外，限位横杆两端均设有可供限位螺杆穿过的通孔二，二根限位横杆的左端通过限位螺杆和锁紧螺母连接，二根限位横杆的右端也通过限位螺杆和锁紧螺母连接。

底座的左侧和右侧均设有用于对底座进行限位的可调撑板，试验平台上面设有若干条t型槽，可调撑板安装在试验平台上面的t型槽内。

横向过渡盘连接横向电液伺服协调加载试验系统；纵向过渡盘连接纵向电液伺服协调加载试验系统。

横向加载球头关节内装配向心关节轴承，纵向加载球头关节内装配向心关节轴承。

一种v型推力杆总成的复合疲劳测试方法，将v型推力杆总成模拟v型推力杆总成的实车安装方式安装于试验平台上，v型推力杆总成的两个小端球头芯轴固定于试验平台上，v端球铰芯轴连接一个固定架；通过固定架对v型推力杆总成施加纵向载荷和横向载荷，实现v型推力杆总成的纵向往复运动和横向往复运动；通过固定架对v型推力杆总成进行纵向+横向的复合加载，从而实现v型推力杆总成的弧线或旋转运动，模拟v型推力杆总成的真实运行状况。

采用上述v型推力杆总成的复合疲劳测试装置进行测试；所述v型推力杆总成的复合疲劳测试方法包括如下步骤：

s1：安装底座：将底座安装在试验平台上，在底座的左侧和右侧安装可调撑板，对底座进行限位固定；

s2：安装小端球头安装斜块：根据预定设计位置，在底座上面的左部和右部通过螺栓各安装一个小端球头安装斜块；

s3：安装v型推力杆总成：将v型推力杆总成的两个小端球头芯轴与两个小端球头安装斜块分别通过螺栓锁紧连接；

s4：安装v端球头固定架：将v端球头固定架与v型推力杆总成的v端球铰芯轴固定锁紧连接；

s5：安装镜面摩擦钢板一：在v端球头固定架的前侧和后侧各安装有一块镜面摩擦钢板一；

s6：安装导向三角架：在v端球头固定架的前侧和后侧对称设置四个导向三角架，并将导向三角架锁定在底座上：v端球头固定架的前侧和后侧各设置二个导向三角架；安装导向三角架前，在前侧的二个导向三角架上部固定连接一块镜面摩擦钢板二，在后侧的二个导向三角架上部也固定连接一块镜面摩擦钢板二，安装导向三角架时，使位于同一侧的镜面摩擦钢板一与镜面摩擦钢板二相接触；

s7：锁住导向三角架：在v端球头固定架前侧的二个导向三角架上部的通孔一中插入一根限位横杆，在v端球头固定架后侧的二个导向三角架上部的通孔一中插入一根限位横杆，再用二根限位螺杆和锁紧螺母分别锁紧二根限位横杆的右端和左端；

s8：安装加载系统：在v端球头固定架的左端固定连接好横向加载球头关节，将横向过渡盘连接横向加载球头关节；然后将横向过渡盘连接横向电液伺服协调加载试验系统；

在v端球头固定架的上端固定连接好纵向加载球头关节，将纵向过渡盘连接纵向加载球头关节；然后将纵向过渡盘连接纵向电液伺服协调加载试验系统；

s9：加载测试：启动纵向电液伺服协调加载试验系统和横向电液伺服协调加载试验系统，通过v端球头固定架对v型推力杆总成施加纵向载荷和横向载荷，使v型推力杆总成进行纵向往复运动和横向往复运动；通过同时进行纵向+横向的复合加载，实现v型推力杆总成弧线或旋转运动，模拟v型推力杆总成的真实运行状况；

s10：记录好试验数据，完成v型推力杆总成的复合疲劳测试。

v型推力杆总成的的纵向往复运动由纵向电液伺服协调加载试验系统与纵向加载球头关节连接实施并传递；横向往复运动由横向电液伺服协调加载试验系统与横向加载球头关节连接实施并传递；纵向和横向的力均施加在v端球头固定架上，从而实现v型推力杆总成的弧线或旋转运动；通过纵向和横向施加频率不同，使纵向和横向施加的载荷成不等阶梯变化，从而真实的模拟v型推力杆总成的各种路况。

通过纵向和横向两个方向的试验加载系统进行载荷及频率不同模块同时输入的循环测试，模拟v型推力杆总成在实际路况中的受力工况；

v型推力杆总成安装在v型推力杆总成的复合疲劳试验装置上时，与实际安装方式及尺寸一致。

本发明用于对v型推力杆总成进行纵向+横向疲劳实验。本发明中的测试方法模拟了v型推力杆总成在车架上的实际装车情况以及其受力运行工况，试验装置简单有效、安装可靠、重复性好。发明的有益效果具体如下：第一，设计了一套可模拟v型推力杆总成纵向+横向疲劳试验的完整试验装置；第二，试验装置与v型推力杆总成的实际安装方式和受载变形的运动过程相同，提高了疲劳试验的真实性、可靠性；第三，该装置可同时实现对v型推力杆纵向、横向的复合加载，可对v型推力杆进行纵向或横向的疲劳试验，可检测v型推力杆纵向、横向以及纵横向复合的疲劳寿命；第四，试验装置测试过程中可随着v型推力杆在加载过程中的变形往复变化而运动，对v型推力杆进行有效且高效的疲劳测试；第五，纵向和横向两个方向的试验加载系统可实现载荷及频率不同模块同时输入的循环测试，更能模拟v型推力杆在实际路况中的受力工况，提高了试验的真实性和有效性。

附图说明

图1是本发明中的v型推力杆总成的复合疲劳测试装置的主视结构示意图；

图2是本发明中的v型推力杆总成的复合疲劳测试装置的立体结构示意图；

图中：1、底座；2、小端球头安装斜块；3、v型推力杆总成；4、v端球头固定架；5.1、横向加载球头关节；5.2、纵向加载球头关节；6.1、横向过渡盘；6.2、纵向过渡盘；7、导向三角架；8、镜面摩擦钢板一；9、镜面摩擦钢板二；10、限位螺杆；11、可调撑板；12、试验平台；13、限位横杆。

具体实施方式

v型推力杆总成主要由v型球头、v端球铰（v端球铰包括v端球铰芯轴）、两侧向套管、小端球头（小端球头包括小端球头芯轴）、小端球铰组合构成，是车桥与车架的关键连接部件，主要起到传力、限位和导向的作用，同时推力杆上的橡胶球铰关节还起到缓冲振动与冲击的作用，主要应用在非独立悬架的单桥或双后桥重型汽车上。

请参考图1和图2，一种v型推力杆总成的复合疲劳测试装置，包括底座1、小端球头安装斜块2、v端球头固定架4、横向加载球头关节5.1（内装配向心关节轴承）、纵向加载球头关节5.2（内装配向心关节轴承）、横向过渡盘6.1、纵向过渡盘6.2、导向三角架7、镜面摩擦钢板一（与v端球头固定架连接固定）8、镜面摩擦钢板二（与导向三角架连接固定）9、限位螺杆10、可调撑板11、试验平台12、限位横杆13。横向过渡盘6.1连接的设备是横向电液伺服协调加载试验系统（载荷0~200kn,行程±200mm）；纵向过渡盘6.2连接的设备是纵向电液伺服协调加载试验系统（载荷0~200kn,行程±100mm）。试验时，将v型推力杆总成3安装在复合疲劳测试装置上。底座安装在试验平台上，底座上面左部和右部各连接有一个小端球头安装斜块，两个小端球头安装斜块分别与v型推力杆总成的两个小端球头芯轴连接；v端球头固定架位于底座上方，v端球头固定架连接v型推力杆总成的v端球铰芯轴。

请参考图1、图2，作为一种较佳的实施实例，测试时按如下方法进行安装：

底座1分别与左右两个小端球头安装斜块2通过螺栓固定连接，两个小端球头安装斜块2再与v型推力杆总成3的两个小端球头芯轴通过螺栓进行锁紧连接，并用扭力扳手施加规定的力矩；小端球头安装斜块2上的角度根据v型推力杆总成3的两侧套管夹角来定。

v端球头固定架4与v型推力杆总成3的v端球铰的芯轴进行固定锁紧连接，且用扭力扳手施加规定的力矩。

如图1：v端球头固定架4的左端与横向加载球头关节5.1通过四个螺栓连接固定；横向加载球头关节5.1再与横向过渡盘6.1连接；横向过渡盘6.1与横向电液伺服协调加载试验系统（尾部自带球头关节）进行连接，从而实现横向加载的力的传递。

如图1：v端球头固定架4的上端与纵向加载球头关节5.2通过四个螺栓连接固定；纵向加载球头关节5.2再与纵向过渡盘6.2连接；纵向过渡盘6.2与纵向电液伺服协调加载试验系统（尾部自带球头关节）进行连接，从而实现纵向加载的力的传递。

导向三角架7对称定位在v端球头固定架4的两侧，并锁定在底座1上；同时在v端球头固定架4的前后两侧安装两块镜面摩擦钢板一8；在导向三角架7的上部与v端球头固定架4相对的面分别装上镜面摩擦钢板二9；从而起到对v型推力杆总成台架复合疲劳试验时导向及限位作用。

v端球头固定架的前侧和后侧各设置有二个导向三角架；导向三角架上部设有横向通孔一，限位横杆插入在同一侧的二个导向三角架上部的通孔一中且限位横杆两端均露出在外，限位横杆两端均设有可供限位螺杆穿过的通孔二，二根限位横杆的左端通过限位螺杆和锁紧螺母连接，二根限位横杆的右端也通过限位螺杆和锁紧螺母连接。导向三角架7同时又利用限位螺杆10、锁紧螺母和限位横杆13进行限位锁住，从而保证v型推力杆总成3连带中间v端球头固定架4在同一平面进行运动；可调撑板11分别布置在底座1左右两侧，利用试验平台12上的t型槽来将底座1进行压-项限位，从而避免横向载荷过大而导致的试验装置滑移。

一种v型推力杆总成的复合疲劳测试方法，将v型推力杆总成模拟v型推力杆总成的实车安装方式安装于试验平台上，v型推力杆总成的两个小端球头芯轴固定于试验平台上，v端球铰芯轴连接一个固定架；通过固定架对v型推力杆总成施加纵向载荷和横向载荷，实现v型推力杆总成的纵向往复运动和横向往复运动；通过固定架对v型推力杆总成进行纵向+横向的复合加载，从而实现v型推力杆总成的弧线或旋转运动，模拟v型推力杆总成的真实运行状况。可采用上述v型推力杆总成的复合疲劳测试装置进行测试，测试时，先按上述安装方法安装好，再进行纵向+横向的复合加载，记录好各种试验数据，便于改进。

所述v型推力杆总成的复合疲劳测试方法可包括如下步骤：

s1：安装底座：将底座安装在试验平台上，在底座的左侧和右侧安装可调撑板，对底座进行限位固定；

s2：安装小端球头安装斜块：根据预定设计位置，在底座上面的左部和右部通过螺栓各安装一个小端球头安装斜块；

s3：安装v型推力杆总成：将v型推力杆总成的两个小端球头芯轴与两个小端球头安装斜块分别通过螺栓锁紧连接；

s4：安装v端球头固定架：将v端球头固定架与v型推力杆总成的v端球铰芯轴固定锁紧连接；

s5：安装镜面摩擦钢板一：在v端球头固定架的前侧和后侧各安装有一块镜面摩擦钢板一；

s6：安装导向三角架：在v端球头固定架的前侧和后侧对称设置四个导向三角架，并将导向三角架锁定在底座上：v端球头固定架的前侧和后侧各设置二个导向三角架；安装导向三角架前，在前侧的二个导向三角架上部固定连接一块镜面摩擦钢板二，在后侧的二个导向三角架上部也固定连接一块镜面摩擦钢板二，安装导向三角架时，使位于同一侧的镜面摩擦钢板一与镜面摩擦钢板二相接触；

s7：锁住导向三角架：在v端球头固定架前侧的二个导向三角架上部的通孔一中插入一根限位横杆，在v端球头固定架后侧的二个导向三角架上部的通孔一中插入一根限位横杆，再用二根限位螺杆和锁紧螺母分别锁紧二根限位横杆的右端和左端；

s8：安装加载系统：在v端球头固定架的左端固定连接好横向加载球头关节，将横向过渡盘连接横向加载球头关节；然后将横向过渡盘连接横向电液伺服协调加载试验系统；

在v端球头固定架的上端固定连接好纵向加载球头关节，将纵向过渡盘连接纵向加载球头关节；然后将纵向过渡盘连接纵向电液伺服协调加载试验系统；

s9：加载测试：启动纵向电液伺服协调加载试验系统和横向电液伺服协调加载试验系统，通过v端球头固定架对v型推力杆总成施加纵向载荷和横向载荷，使v型推力杆总成进行纵向往复运动和横向往复运动；通过同时进行纵向+横向的复合加载，实现v型推力杆总成弧线或旋转运动，模拟v型推力杆总成的真实运行状况；

s10：记录好试验数据，完成v型推力杆总成的复合疲劳测试。

本发明可进行v型推力杆总成的纵向+横向复合加载疲劳测试，v杆的纵向往复运动是由纵向电液伺服协调加载试验系统与纵向加载球头关节5.2连接实施并传递的；横向往复运动是由横向电液伺服协调加载试验系统与横向加载球头关节5.1连接实施并传递的；纵向和横向的力均施加在v端球头固定架4上，从而实现v型推力杆总成的弧线或旋转运动。纵向和横向施加的频率不同，纵向和横向施加的载荷是成不等阶梯变化的，真实的模拟v型推力杆总成的各种路况。

v型推力杆总成测试装置的基本特征包括：

1、与v型推力杆的实际安装方式和受载变形的运动过程相同，模拟v型推力杆的真实运行状况，疲劳试验的真实性更高；

2、可实现对v型推力杆纵向、横向的复合加载，可对v型推力杆进行纵向或横向的疲劳试验，可检测v型推力杆纵向、横向以及纵横向复合的疲劳寿命，提高了v型推力杆复合方向加载的疲劳试验可靠性；

3、v型推力杆安装在v型推力杆总成的复合疲劳试验装置上时，与实际安装方式及尺寸一致，提高了疲劳试验检测的可靠性和真实性；

4、整个试验装置结构设计合理，是随着v型推力杆在加载过程中的变形往复变化而运动，对v型推力杆进行有效且可靠的复合方向加载疲劳试验；

5、纵向和横向两个方向的试验加载系统可实现载荷及频率不同模块同时输入的循环测试，更能模拟v型推力杆在实际路况中的受力工况，提高了试验的真实性和有效性。

本发明设计了一种v型推力杆总成的复合疲劳测试装置，该测试装置能够模拟v杆的实车安装方式，再现v杆在实际运行过程中同时承受纵向载荷和横向载荷的工况，试验过程中纵向和横向同时应用电液伺服协调加载试验系统施加不同的载荷及频率，解决了加载过程中相位及运动耦合问题，有效的模拟了其在实际路况中的受载情况，从而积累足够的v杆疲劳寿命数据以及复合工况下其破坏和失效的位置数据，给质量改进设计者提供可靠的试验数据。本测试装置克服了现有通过整车试验来考核v型推力杆总成的使用寿命成本高试验周期长的问题，装置安装可靠，重复性好，且符合v型推力杆总成的实际装车方式；试验方法简单且实用性强，能真实的模拟其实际的运行工况，获得其疲劳寿命及可靠性性能数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。