汽車減振器夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

裴雨霞，劉曉平

(1.長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022;2.國家汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 (長春)，長春 130012)

汽車減振器夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

裴雨霞1，劉曉平2

(1.長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022;2.國家汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 (長春)，長春 130012)

根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車筒式減振器臺架試驗方法》(QC/T545-1999)的試驗規(guī)定和汽車減振器結(jié)構(gòu)的特點，研制出一種常壓、高低溫夾具。這種夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操縱力小，夾緊穩(wěn)定，使用方便，高剛度高強(qiáng)度，能夠滿足減振器的各種試驗。

汽車減振器;夾具;高剛度高強(qiáng)度

0 引言

減振器是懸架系統(tǒng)的最主要減振部件，減振器性能的好壞直接關(guān)系到整車的安全性、平順性、操作穩(wěn)定性和零部件的疲勞壽命。但是，目前減振器的設(shè)計理論大多是建立在簡化的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，與減振器的實際情況有一定差別。因此，在實際設(shè)計中必須利用試驗設(shè)備來驗證設(shè)計結(jié)果和實際使用效果［1］?？梢哉f，減振器設(shè)計技術(shù)的發(fā)展依賴于其測試和試驗設(shè)備的發(fā)展。而試驗設(shè)備中，試驗夾具設(shè)計的合理性在很大程度上關(guān)系到減振器試驗數(shù)據(jù)的高保真性，進(jìn)而關(guān)系到我國減振器行業(yè)的發(fā)展及整車性能的提高。

1 夾具設(shè)計準(zhǔn)則及對應(yīng)措施

減震器模擬試驗臺是用來對汽車減振器綜合性能進(jìn)行測試的專用檢測設(shè)備，其夾具設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到減振器各項指標(biāo)［2］的合格與否。夾具設(shè)計中，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則:

1.1 高剛度，高強(qiáng)度

夾具在靜壓伺服油缸拉壓力作用下，不允許有異常位移、變形、裂紋等破壞現(xiàn)象的發(fā)生。本設(shè)計中采用的防范措施有:

(1)螺紋加工時不加工退刀槽，直接退刀，防止因為設(shè)置退刀槽而引起的應(yīng)力集中;

(2)選用優(yōu)質(zhì)材料。如優(yōu)質(zhì)不銹鋼2Cr13和優(yōu)質(zhì)合金鋼40Cr;

(3)熱處理。調(diào)質(zhì)處理28-32HRC;

(4)適當(dāng)增大安全因子。

1.2 高同軸度

試樣安裝后，不得有明顯的傾斜。本設(shè)計中采用的防范措施有:

(1)相關(guān)零件精加精檢，保證裝配后同軸度極佳;

(2)通過裝于橫梁與伺服油缸上的同軸度極佳的調(diào)整桿的松緊微調(diào)傳感器和伺服油缸的同軸度。

1.3 環(huán)境的高仿性

根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車筒式減振器臺架試驗方法》，本設(shè)計中研制出一種常壓、高低溫夾具。

1.4 嚴(yán)格的間隙

試驗機(jī)行業(yè)間隙的存在是設(shè)備成敗致命的弱點。本設(shè)計中，為盡可能消除間隙:(1)所有鎖緊螺母均在預(yù)加載力作用下鎖緊;

(2)夾頭體鎖緊銷鎖緊采用內(nèi)六角圓柱頭螺釘及標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈。

2 夾具的工作原理

自然停機(jī)狀態(tài)下，夾具上端(力傳感器)固定于主機(jī)橫梁，橫梁保持靜止，夾具下端(連接體或定位連接體)與靜壓伺服油缸活塞桿相連;試樣(減振器)安裝時，兩頭分別固定在機(jī)架與橫梁之間的升降油缸由停機(jī)狀態(tài)下的最低位置豎直向上移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)適當(dāng)位置時停止，將試樣頂端連于上夾頭體。隨后，橫梁下移(升降油缸下行)到適當(dāng)位置，通過與靜壓伺服油缸的微調(diào)配合，將試樣底端與下夾頭體相連，此時，鎖緊油缸來油將橫梁鎖緊于立柱。最后，通過伺服油缸的預(yù)加載將各鎖緊件鎖緊。試驗時，試驗人員根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車筒式減振器臺架試驗方法》進(jìn)行相關(guān)試驗。

3 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車筒式減振器臺架試驗方法》(QC/T545-1999)的試驗規(guī)定及目前試驗機(jī)行業(yè)比較先進(jìn)的靜壓伺服油缸驅(qū)動加載的加載方式，本項目中采用圖1所示的夾具結(jié)構(gòu)形式。筒式夾具適用于減振器的性能試驗和疲勞試驗，圖1-1用于除溫度特性試驗外其它性能試驗，如示功試驗，速度特性試驗，內(nèi)摩擦阻力測定等;圖1-2用于溫度特性試驗;圖1-3用于疲勞試驗［3］。

圖1 筒式夾具結(jié)構(gòu)示意圖

4 驗證夾具的可靠性

4.1 強(qiáng)度靜力驗算

為了保證試驗機(jī)的高剛度高強(qiáng)度，使夾具零變形(理想狀態(tài))或極小變形，下面就性能試驗中結(jié)構(gòu)的最大變形對夾具進(jìn)行驗證。圖2所示結(jié)構(gòu)為可能的最大變形。

圖2 簡化1/2懸臂梁結(jié)構(gòu)

根據(jù)《汽車筒式減振器臺架試驗方法》的試驗規(guī)定及減振器雙向行程阻尼力的不對稱性，圖2(左)所示對稱結(jié)構(gòu)實際運動及受力情況是比較復(fù)雜的。為便于計算，將其簡化成圖2(右)1/2懸臂梁結(jié)構(gòu)［4］。該結(jié)構(gòu)中，各參數(shù)最不利情況如表1所示:

表1 懸臂梁結(jié)構(gòu)最不利參數(shù)

很明顯，截面A處是最薄弱環(huán)節(jié)。由表1，截面A處各參數(shù)如下所示:

(1)最大彎矩:Mmax=F×a=7500×21×10-3N.m=157.5N.m

(2)圓截面對x-x軸的抗彎截面系數(shù):

(3)最大應(yīng)力:

截面A為規(guī)則對稱圓截面，這類截面最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力相等，發(fā)生在距中性軸最遠(yuǎn)的邊上。最大應(yīng)力所在點無切應(yīng)力，按正應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度驗算。采用的強(qiáng)度條件［4］為:

材料取40Cr，安全系數(shù)S=1.5時，

材料取2 Cr13，安全系數(shù)S=1.5時，

顯然，強(qiáng)度足夠。

4.2 最大靜載下梁的變位計算

由實際試驗過程可知，靜壓伺服油缸在平衡位置附近做簡諧運動，最大振幅±100mm(客戶要求，與標(biāo)準(zhǔn)不符)。當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡位置時，速度達(dá)到最大，作用力最小;當(dāng)?shù)竭_(dá)波峰、波谷處，速度最小，加速度最大，作用力最大。此時，梁的變位及受力均達(dá)到最大。

最大變位:

式中:E-鋼的彈性模量，常溫E=210x109N/m2;I-轉(zhuǎn)動慣量。

相對誤差:

式中:fA-最大變位;A-振幅。顯然，可以忽略不計。

5 結(jié)語

通過對《汽車筒式減振器臺架試驗方法》及減振器夾持部位的研究，成功研制了該套專用夾具。試驗結(jié)果表明，該套夾具重量輕，尺寸小，使用方便，操作省力，穩(wěn)定可靠，適用范圍廣，在一定程度上滿足了減振器生產(chǎn)、開發(fā)的需要。

［1］王天利，田萬祿，薛宇.常壓式汽車減振器夾具的研制［J］.新技術(shù)新工藝，2003，(10):21-22.

［2］周長城.汽車液壓筒式減振器設(shè)計及理論［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2012.

［3］QC/T 545-1999，汽車筒式減振器臺架試驗方法［S］.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.5版1卷.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

Structural Design for Fixture in Auto Shock Absorber

PEI Yu-xia1，LIU Xiao-ping2
(1.School of Mechatronical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022，China;2.National Center of Quality Supervision and Inspection of Automobile Spare Parts，Changchun 130012，China)

According to the regulations of automobile industry standardAutomobile Shock Absorber Bench Test Method(QC/T545-1999)and the characteristics of automobile shock absorber structure，this paper develops a normal pressure，high and low temperature fixture，which has features of compact construction，small control force，stable clamping，being convenient to use，high stiffness and high strength，and it can meet all kinds of tests of shock absorber.

automobile shock absorber;fixture;high stiffness and high strength

TH6

A

1009-3907(2013)10-1221-03

2013-09-04

裴雨霞(1990-)，女，山西忻州人，碩士研究生，主要從事精密超精密加工、檢測及裝備方面研究。

劉曉平(1954-)，男，吉林長春人，教授，碩士，主要從事精密超精密加工、檢測及裝備方面研究。

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責(zé)任編輯:

吳旭云