板簧疲劳试验机设计参数分析

板簧疲劳试验机设计参数分析
曲庆文
【摘要】汽车钢板弹簧把车架与车轴弹性地联接起来,其主要作用是传递车轮和车架间的力和力矩,同时缓和由不平路面传给车架的冲击载荷,以减弱由冲击载荷引起的承载系统的振动,保证汽车平稳地正常行驶.为此,运用机构运动学的基本原理进行板簧疲劳试验机的特性参数分析,得出了机构结构参数变化对试验机特性的影响,同时得到功率匹配的基本计算方法,并进行了飞轮质量和位置对试验机性能的影响分析.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2006(000)002
【总页数】3页(P74-76)
【关键词】汽车工程;疲劳试验机;设计;板簧;飞轮
【作者】曲庆文
【作者单位】山东理工大学,机械工程学院,山东,淄博,255049
【正文语种】中文
【中图分类】U467.3
汽车钢板弹簧是汽车的主要组成部件之一，其性能直接影响到汽车的运行安全和使用质量，因而对板簧的性能检测就显得尤为重要。

板簧的性能分为静态特性和动态特性：静态特性主要以板簧的刚度和静负荷弧高来衡量；动态特性以疲劳强度来决定，都是由实验测试统计得到的。

板簧的质量是由材料、加工质量和形状决定的，
关于这方面的研究有很多[1~4]。

板簧疲劳试验机可分为两大类：一类是液压式，其特点是比较稳定，工作过程需要液压系统提供所需的工作动力；另一类是机械往复式系统，其特点是振动大，噪音大，但工作可靠性较好，结构简单，功率消耗小，控制系统简单被广泛采用。

板簧疲劳试验是车辆安全性的基本要求，影响车辆的安全行驶期，板簧质量是车辆安全的重要标志。

板簧试验机的设计分为往复运动系统和检测控制系统两部分。

往复运动是实际应用的模拟，控制系统控制簧片出现断裂的时间，是板簧质量评价的重要参数。

板簧试验机设计的关键是参数的合理配置。

本研究主要讨论机械式板簧疲劳试验机的参数确定、功率的配置、飞轮的转动惯量及速度波动，为板簧疲劳试验机的设计和生产提供理论依据。

机械式板簧疲劳试验机由电动机、减速系统和工作机构组成。

其飞轮的配置速度直接影响飞轮的质量，通常将其安装在曲柄端和齿轮减速的前一级。

为了节约能源，充分利用板簧反弹的惯性能量，飞轮宜设置在较高的速度下。

其传动系统简图如图1所示。

工作原理：首先由电动机带动飞轮运转，达到正常转速后，接合离合器，整机开始工作。

板簧试验机工作机构结构的基本参数如图2所示，此机构为典型的曲柄滑块机构。

位移以最大压力为起始点
根据设计要求，曲柄转速为150r/min，若取=70mm，=500mm，则运动规律如图3所示。

由板簧的压紧状态的极限位置开始，板簧的变形为
即
如果把板簧的刚度定为常数k，通常工作段设计为常数，且刚度实验也是这样确定
的。

实际板簧是变刚度的，则作用在滑块上的工作阻力为
式中—试验最大载荷。

若取＝20t，在不考虑摩擦力的情况下，压头工作阻力的变化规律如图4所示。

若曲柄以等速运动回转，则所需施加的平衡力矩如图5所示。

任意时刻的功率如图6所示。

侧向压力如图7所示。

计算最大盈亏功为17712.2N·m。

飞轮在曲柄上的转动惯量由下式计算
为机器的运转不均匀系数，其值为
许用的运转不均匀系数是根据设备的运行要求来确定，若飞轮装在600r/min的轴上，其转动惯量如表1所示。

整个系统在工作中处于盈功，同时在计算中忽略除
飞轮外的其它运转零件的转动惯量。

飞轮转动惯量与转速的关系如表2所示，表中取为0.06。

因此，设计时电动机的功率只要保证能使飞轮达到额定转速即可，这一点与冲床的工作原理相同。

对于轮形飞轮，其参数由下式确定
式中—轮边缘的高度。

由于是平方的关系，其值与直径相比可以忽略，因此得
试验机设计时应分析运动特性，注意下述内容，以避免能源的浪费和不足。

(1) 飞轮的位置。

飞轮的转速越高，所需的转动惯量越小，设计时应尽可能安装在高速端。

(2) 工作机构连杆的长度对功率的传递影响不大，但侧向压力十分明显。

连杆越长，侧向压力越小，侧向导轨磨损越小，工作寿命越长。

(3) 板簧试验机在半程内板簧做正功，提供系统能量。

若不考虑摩擦，应该是自保守系统，自动
运转，且飞轮的转动惯量越大，系统越稳定。

所以，所提供的电动机的能量只
是进行飞轮空起动。

(4) 本研究是按曲柄转速为150r/min计算，若
以改变电动机的转速来改变曲柄转速，则注意所设计飞轮的转动惯量是否能满足要求。

若转速提高，飞轮的动量加大；若转速降低，动量减小，应重新计算，以保证设备的正常运转。

【相关文献】
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