【文章內(nèi)容簡介】 市場份額，這種高科技自行車的成功開發(fā)，使捷 安特一舉成為世界著名商標(biāo)，捷安特自行車得以順利地暢銷美國、日本、澳大利亞和歐洲共同體國家，捷安特公司的碳纖維自行車得以占領(lǐng)全球的 60%市場份額。臺灣的碳纖維自行車安全測試機多采用氣動控制，設(shè)備可靠性差，檢測精度難以保證。伴隨著試驗技術(shù)的發(fā)展趨勢，未來我國試驗機產(chǎn)品的發(fā)展會朝著功能模塊化、系列化、共用化方向發(fā)展 。朝著特種、專業(yè)化方向發(fā)展 。朝著準(zhǔn)確模擬各種特殊環(huán)境、模擬實際工況的方向發(fā)展，以便提供更接近特殊環(huán)境和實際工況的綜合、復(fù)雜的試驗條件 。朝著自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展 。試驗機的應(yīng)用軟件會朝著可擴展、 可升級、個性化的方向發(fā)展，北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 從一定意義上來看，未來試驗系統(tǒng)功能的優(yōu)劣會在其系統(tǒng)的應(yīng)用軟件方面更多的表現(xiàn)出來。 我國計量檢測事業(yè)的歷史悠久，但試驗機制造行業(yè)在舊中國是空白，中華人民共和國成立后，黨和政府十分重視計量檢測技術(shù)的發(fā)展，采取了許多重要措施來發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過五十多年的努力，我國萬能材料試驗機的制造，從無到有、從小到大，從單參數(shù)到多參數(shù)，從靜態(tài)到動態(tài)，逐步發(fā)展成初具規(guī)模，具有能生產(chǎn)靜負(fù)荷試驗機（如拉、壓萬能試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、松弛試驗機、持久強渡試驗機、蠕變試驗機、復(fù)合應(yīng)力試驗機等）和動負(fù)荷試驗機（ 如沖擊試驗機和疲勞試驗機等）的能力，有效地促進(jìn)了國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展。我國萬能材料試驗機市場已形成一定的規(guī)模，試驗機產(chǎn)品的發(fā)展日趨大型化、智能化、動靜態(tài)功能復(fù)合化，有的試驗機產(chǎn)品已出口到國外，遠(yuǎn)銷到亞洲和歐美市場，具有一定的競爭能力。 此外，長春試驗機研究所以其行業(yè)歸口所的身份，開展了試驗機行業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化工作、行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的編制工作，建立了試驗機技術(shù)情報網(wǎng)，設(shè)立了試驗機測試中心站 (國家試驗機產(chǎn)品質(zhì)檢中心的前身 )，編輯出版了我國試驗機行業(yè)學(xué)術(shù)期刊，這些都對我國試驗機行業(yè)的技術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重大的推動作用 。 國內(nèi)的碳纖維自行車在最近幾年取得了較大的進(jìn)展。 1993 年，我國天津飛鴿自行車 (集團 )公司和北京環(huán)航復(fù)合材料公司聯(lián)合投資開發(fā)粘接型碳纖維自行車。深圳中華自行車公司自籌資金在 1993 年底建成一個生產(chǎn)廠，生產(chǎn)自行車用碳纖維管，目前已研制出可焊接碳纖維管自行車。福建華興碳纖維復(fù)合材科技有限公司的 WINSPACE、 深圳喜得盛自行車有限公司的 XDS和浙江力霸皇集團代工的 TRIACE 等碳纖維自行車品牌均已接近國際標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著碳纖維自行車國際貿(mào)易的發(fā)展，我國自行車安全質(zhì)量檢測設(shè)備卻達(dá)不到歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)，所以只有在消 化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行更深入的研究開發(fā)一種碳纖維自行車綜合疲勞測試平臺，并結(jié)合客戶所在國家的自行車道路標(biāo)準(zhǔn)的實際情況制定企業(yè)的檢測評價標(biāo)準(zhǔn)，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)費用，提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，對于我國碳纖維自行車企業(yè)而言，具有廣闊的市場應(yīng)用價值和產(chǎn)業(yè)化前景。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 第二章 總體 方案 分析 主要研究內(nèi)容 本課題針對碳纖維自行車各部件的疲勞性能測試進(jìn)行研究，設(shè)計一臺疲勞性能綜合測試試驗機，該試驗臺應(yīng) 適用于自行車各項零件及材料，成車之疲勞動態(tài)檢驗測試，功能齊全，用途廣泛，測試符合各國 自行車測試規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 同時具有各測試部件安裝簡單可靠、具有數(shù)字控制能力、檢測結(jié)果可自動生成報表顯示等功能。 本次設(shè)計 主要是研究試驗臺機械系統(tǒng)設(shè)計部分。 試驗臺整體方案的設(shè)計 針對自行車疲勞測試的方法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行 深入的調(diào)研與 理論分析 ， 得到了相應(yīng)的 設(shè)計方案 ，并 設(shè)計出試驗機的總體方案，如圖 所示。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 試驗機整體結(jié)構(gòu)圖 該試驗機采用的是高頻加載與力閉環(huán)有機結(jié)合，在保證力閉環(huán)的前提下，通過計算機采集（速度為 10Kb/s）來的大量高速數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)專門算法，再反饋給伺服閥和伺服缸。這樣采集 計 算 反饋 再采集 再計算 再反饋，直到輸出的力值與設(shè)定值相等為止，閉環(huán)控制保證了力控制的準(zhǔn)確和可靠。 該試驗機的機械部分主要包括試驗臺龍門框架、升降臺、加載裝置、檢測裝置及組合夾具組成，如圖 所示。在其總體設(shè)計思路中，主要通過測試工作臺及組合夾具安裝 （ 1） 被測零部件，通過升降臺的升降、平移及角度調(diào)整等功能，將加載裝置按要求作用于被測部件。利用壓力傳感器及位移傳感器等檢測元件，檢測加載力大小及位移量，并反饋回上位機，從而進(jìn)行閉環(huán)控制。 圖 疲勞綜合測試試驗臺構(gòu)成圖 測試部件的分析 目前，自行車整車檢測標(biāo)準(zhǔn)： CPSC 151歐洲標(biāo)準(zhǔn)： EN 1476 EN 14766 以及日本標(biāo)準(zhǔn)： JIS D9301。大部分國家主要依據(jù) EN 標(biāo)準(zhǔn)為主要測試標(biāo)準(zhǔn)。 本次設(shè)計是以EN14764 歐洲標(biāo)準(zhǔn) （ 2） 為依據(jù)進(jìn)行的分析檢測。 制動性能差異 制動性能試驗須在車閘已通過車閘強度試驗后的整車上進(jìn)行。不論以哪種方式試北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 驗的受試自行車，在試驗前都應(yīng)將輪胎充足氣，并按制造商的建議說明調(diào)整車閘；如有輪緣部，應(yīng)將閘皮和輪輞間的間隙調(diào)整到制造商規(guī)定的最大值。 在手閘閘把、把端把或裝有副閘把 的自行車，除了對主閘把進(jìn)行試驗外，還須對副閘把另行試驗。 表 各標(biāo)準(zhǔn)制動試驗的速度和制動距離 表 標(biāo)準(zhǔn)代號 干態(tài)制動 濕態(tài)制動 備注 試驗速度/ 制動距離 /m 試驗速度/ 制動距離 /m 使用兩個車閘 單用 后閘 使用兩個車閘 單用后閘 ISO 4210 25 7 15 16 9 19 JIS D9301 GD5m以上 25 16 9 行程 GD GD5m以下 16 EN14764 25 7 15 16 5 10 JIS D9301 與 ISO 4210 標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法基本相同。 EN 14764 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種試驗方法： 一種試驗方法是道路試驗，該試驗的制動距離是直接測得的，讓受試車閘自身證明其可靠性能。與 ISO 4210 標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法相同；另一種供選擇的試驗方法是試驗機試驗，由試驗測得制動力，然后經(jīng)計算求得制動距離。車閘的可靠性能由線性測量決定。最后還要有一次道路試驗，借以檢驗其平穩(wěn)、安全、停住的特性。 在美國 CPSC 1512 制動性能測試也是采用道路試驗，但一些測試條件，如跑道摩擦系數(shù)、傾斜角度和風(fēng)速的要求與 ISO 4210 不同。 CPSC 1512 標(biāo)準(zhǔn)要求：制動試驗的速度和制動距離詳見表 。 表 CPSC 1512 標(biāo)準(zhǔn)的制動試驗的速度和制動距離 試驗方式 試驗速度 /km h1 制動距離 /m 備注 手閘 16 ≤ 24 腳蹬曲柄速率 60r/min，相當(dāng)于行程大于 腳閘 16 24 腳蹬曲柄速率 60r/min，相當(dāng)于行程大北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 于 腳閘與手閘并用 16 24 腳蹬曲柄速率 60r/min，相當(dāng)于行程大于 車架 腳蹬力 測 試分析 在 EN14764 標(biāo)準(zhǔn)中對車架 腳蹬力疲勞試驗有要求。 讓每個腳踏軸（或等同的減震器部分）在距離車架中心面 150mm 的位置施加一個重復(fù)向下的 1200N 的作用力，且作用力的方向與車架中心面向外左右傾斜 度（精度在 度以內(nèi)）如圖 。在施加這作用力時，保證在開始對第二個腳蹬軸施加作用力時，先對施加于第一個腳蹬軸的作用力減為最大力的 5%或比最大力的 5%更小的力。試驗 100000 次，頻率 23Hz，受試自行車兩邊各施力 1次為一個試驗周期。 圖 車架 — 用腳蹬力進(jìn)行疲勞測試 圖 車架 水平力 測試分析 在 EN 14764 中對車架 水平力疲勞試驗有要求。 將車架擺放成正常姿勢，固定平叉接片，以至于車架轉(zhuǎn)動時不受任何限制（尤其是通過后軸）如圖 。保證前后軸的中心在同一水平線上。在受試自行車前叉接片向前施加 1200N 大小的水平力，向后施加 600N 的水平力，測試 50000 次，頻率為 35Hz，如圖 所示，前叉限制在垂直方向，但在作用力下可在前后方向自由滑動。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 圖 車架 水平力進(jìn)行疲勞測試 圖 車架 垂直力 測 試分析 在 EN 14764 中對車架 垂直力疲勞試驗有要求。 將車架擺放成正常姿勢，固定后軸，車架后軸能轉(zhuǎn)動（尤其是通過后軸）如圖 所示。安裝一個合適的滾輪在前軸上以使得車架在測試力的作用下前后方向自由滑動。在立管頂部插入一根相當(dāng)于鞍管的管子，插入的深度為 75mm，然后按照廠家規(guī)定緊固。在管子上端安全固定一個水平朝后的加長裝置（圖 3 所示 E），以至于該管子的長度（如圖 所示尺寸 h）將與座夾緊固的中心相當(dāng)?shù)?H位置為特殊車架可推薦的最高鞍座高度，或如果最高鞍座高度不能確定，則尺寸 h 應(yīng)為 250mm。在加 長裝置上，距管子中心軸點 70mm 處，如圖 所示，施加垂直向下的 0— 1200N 的力，測試 50000 次，頻率 35Hz 圖 車架 垂直力進(jìn)行疲勞測試 圖 前叉 彎曲力 測試分析 JIS D 9301 標(biāo)準(zhǔn)對前叉疲勞不做要求。 EN 14764 標(biāo)準(zhǔn)與 ISO 4210 要求是一致的，但 EN14764 中增加了對碳纖維材質(zhì)前叉的要求：在試驗時其最大偏移峰值不論在哪個方向上應(yīng)不超過其原始值的 20%。避震前叉應(yīng)以其自由、伸展長度進(jìn)行試驗。 將前叉及前叉組合件安裝在模擬前管的夾具上，并擰緊軸承如圖 。在裝載裝置上施加一個方向完全相反的交變力，大小為 650N 的力，該力的方向在車輪所在的平面內(nèi)并垂直于前叉立管，在該作用力下繞著固定在叉口的軸轉(zhuǎn)動，測試 100000北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 次，測試頻率 35Hz。 圖 前叉 — 彎曲疲勞測試 圖 曲柄組合件 測試分析 CPSC 1512 標(biāo)準(zhǔn)對曲柄組合件的疲勞試驗不做要求； JIS D 9301 標(biāo)準(zhǔn)與 ISO 4210 相同，其中 JIS D 9301 標(biāo)準(zhǔn)對除鐵類材料外的曲柄組合件的曲柄長度在 140mm 以下的，荷重為 700N。無銷曲柄與中軸試驗棒配合時，固定螺母或固定螺栓的緊固力矩為（ 40177。 5） N m。 EN 14764 標(biāo)準(zhǔn)要求中對碳纖維制成的曲柄，在試驗時任一曲柄的最大偏移峰值均不應(yīng)超過其原始值的 20%。 疲勞測試有兩種方法，一種是曲柄與水平線呈 45 度，用腳蹬模擬作用力，第二種是曲柄與水平線呈 30 度，在下坡時騎行者站在腳蹬上模擬作用力。 a）與水平面呈 45度的曲柄測試方法 將由兩個腳蹬軸（有必要的話，加上加長裝置），兩個曲柄和鏈輪（或其他驅(qū)動部分），裝在專用的軸承中的中軸，安裝在帶有軸承座的模擬中接頭的專用夾具上如圖 所示。讓曲柄處于水平向下傾斜 45 度的位置。用一根長度適當(dāng)?shù)膫鲃渔湽潭ㄔ谧畲箧溳喕騿为毜逆溳喩弦苑乐拐麄€組合件轉(zhuǎn)動，將這個傳動鏈牢固的固定在一個合適的支撐裝置，或者卡住任何類型的傳動方式（如皮帶或傳動軸）來確保傳動的第一級。 在左右曲柄的腳蹬軸上，在距離曲柄外側(cè)定位面的 65mm 處，交替施加一個重復(fù)的， 1800N 的垂直動力，如圖 所示，試驗周期為 50000 次（各個試驗周期包括施加兩個力）。右曲柄的作用力方向垂直向下，而在左曲柄的作用力方向垂直向上，也就是說后方曲柄的作用力垂直向上，前方曲柄的作用力垂直 向下，確認(rèn)在腳蹬軸的作用力大小降到最大力的 5%或更小時，然后開始在另外一個腳踏軸上施加測試力。最大測試頻率應(yīng)為 25Hz。 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 曲柄組合件 — 曲柄