【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 汽車板簧疲勞試驗(yàn)的規(guī)范 計(jì)算公式： )()(FiFjFaFjFiFm?????? () 變形的最大量： ))(( FjFiF ???? () 式子中： Fa—— 汽車板簧實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力幅值，單位是 kgf/cm2 Fm—— 汽車板簧試驗(yàn)時(shí)的平均應(yīng)力變形幅值，單位是kgf/cm2 Fi —— 試驗(yàn)滿載時(shí)板簧的變形量，單位為 cm Β——— 各種彈簧的彈性系數(shù) 在板簧設(shè)計(jì)時(shí)，一般情況下要根據(jù)常用到的經(jīng)驗(yàn)性的公式來計(jì)算 Fa 及 Fm的值。 具體計(jì)算公式如下： ??52003300??maFF () 計(jì)算式中 6,12,1212003006002 nbhWnbhIEWIL E ??????? ?? （ ） 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 E—— 板簧的彈性模量，單位是 MPa 0W— 板簧的斷裂面模量，單位是 3mm 0I —— 汽車板簧總的慣性力矩，單位是 4mm ?—— 汽車板簧的系數(shù)撓度系數(shù) 0h —— 汽車板簧的厚度，單位是 mm b—— 板簧的寬度，單位是 mm L—— 汽車板簧的伸長(zhǎng)數(shù)值，單位是 mm 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 2 章 汽車板簧疲勞試驗(yàn)機(jī)主體部分的設(shè)計(jì) 汽車板簧疲勞試驗(yàn)機(jī) 主要采用電液伺服控制系統(tǒng) ， 由電液伺服閥來控制作動(dòng)器上下運(yùn)動(dòng) ， 實(shí)現(xiàn)給定波形的疲勞加載 ，達(dá)到檢測(cè)板簧 壽命的目的。其中液壓系統(tǒng)是該試驗(yàn)機(jī)的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)， 通過液壓缸的升降實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的升降，試驗(yàn)臺(tái)的升降速度及幅度，均有試驗(yàn)機(jī)的微機(jī)控制電路完成。汽車板簧疲勞試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械部分如圖 6 所示 圖 試驗(yàn)機(jī)底座 試驗(yàn)臺(tái) 板簧支撐 板簧 橫梁 立柱 升降缸 作動(dòng)器 油管 卡環(huán) 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 立柱的設(shè)計(jì)與分析 （ 1）立柱高度的確定 根據(jù)《技術(shù)手冊(cè)》及其試驗(yàn)機(jī)的工作行 程可以推斷出，立柱的高度為 2230mm。再按照任務(wù)書中的規(guī)定要求，立柱的變形量取試驗(yàn)機(jī)主機(jī)總變形的三分之二來確定具體過程見以下式子： 因?yàn)榭???FK （ ） 所以 101000KF83 ??????總? （ ） 即 ?????總立 ?? （ ） 又因?yàn)?AEF41 ?? ???總 （這里的四分之一是試驗(yàn)機(jī)有四根立柱，每一根立柱都承載總負(fù)荷的四分之一） 則 2395 1 6 1cmA ???? ??? ? （ ） 所以 mmAd 100 8022 ???? ? （ ） 如果按照 d=140mm 則 ???? ?? 立 （ ） 所以立總 ?? ??? 23 (） 則 833 101 0 0 0 ??????KN/m （ ） 如果按照整體機(jī)器的二分之一考慮，那么 K= ? N/m (2)立柱直徑的確定可用類比方法來確定，可參照 MTS 主立柱的根架的設(shè)計(jì)。 由于 3max 10150??F N 兩立柱的距離 d=850mm ? =1819mm 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 則 mm8028194500850d 121 ????? ??立D （ ） 綜上所述取立柱的直徑為 80mm 材料為 40Cr，經(jīng)調(diào)制處理，硬度約為 250HB (3)立柱的根部結(jié)構(gòu) 圖 a 圖 的結(jié)構(gòu)特定，圖 是 WE 萬(wàn)能系列結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為在立柱的加工時(shí) 其加工量少，從而能夠節(jié)省一定的材料，符合綠色環(huán)保的理念，但是這種方式立柱與底座的垂直度不能調(diào)節(jié)，裝配時(shí)有一定困難。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 b 圖 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從圖 可看出這種結(jié)構(gòu)形式在加工時(shí)很浪費(fèi)材料，而且壓盤要與立柱安裝后一起加工，從而使加工過程復(fù)雜化，但是這種連接結(jié)構(gòu)根部很穩(wěn)定，但是安裝時(shí)有一定的困難。 綜合以上所述，再結(jié)合本設(shè)計(jì)中所要求的技術(shù)參數(shù)，及試驗(yàn)機(jī)在實(shí)際運(yùn)作時(shí)所需的技術(shù)要求，所以在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用圖 b 所示的安裝方式來完成本次試驗(yàn)。 夾緊缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)本次設(shè)計(jì)中的技術(shù)要求， 以及實(shí)際狀況下該疲勞試驗(yàn)機(jī)的所受負(fù)荷的總重量特選如圖 7所示的夾緊缸，以及該試驗(yàn)機(jī)的夾緊方式。 圖 橫梁的夾緊及夾緊缸示意圖 1 橫梁 2 缸蓋 3 夾緊缸 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 橫梁的設(shè)計(jì) 圖 疲勞試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)中最困難的就是橫梁的設(shè)計(jì)。這需要對(duì)它的剛度，幾何尺寸的相容性，工藝性和橫梁作用在立柱上的夾緊力，進(jìn)行仔細(xì)地 綜合 分析。在反復(fù)的夾緊動(dòng)作下，夾緊部位要承受疲勞載荷。對(duì)疲勞載荷過于保守的設(shè)計(jì)可能產(chǎn)生不必要的 夾緊力，結(jié)果導(dǎo)致 在立柱夾緊部位的接觸表面可能會(huì)產(chǎn)生磨損故障。在總體設(shè)計(jì)階段所審議的橫梁外形的幾個(gè)可行方案中，我們最終采用了圖 1（ a）中的方案，因?yàn)樗圃旃に嚭?jiǎn)單，夾持部位應(yīng)力分布相對(duì)均勻。為了確保測(cè)試和夾緊缸有足夠的空間，橫梁的寬度和長(zhǎng)度分別設(shè)計(jì)為 880mm 和 1540mm。為了獲取合適的橫梁厚度，我們對(duì)不同厚度的橫梁在 500KN 和 1000KN 的載荷下的變形量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)計(jì)算，如圖 4所示。以橫梁最大允許變形量為 的剛度要求為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定橫梁厚度為 300mm. 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 應(yīng)力分析對(duì)優(yōu)化夾緊部位零件的尺 寸是至關(guān)重要的，因此要求橫梁在較低的夾緊力下容易移動(dòng)，并且在加緊動(dòng)作期間具有較低的應(yīng)力，以避免疲勞損傷。如果能滿足以下條件，設(shè)計(jì)的橫梁就能夠夾緊立柱 其中，μ是橫梁和立柱之間的摩擦系數(shù)， B 是橫梁的厚度， θP 是夾緊面的壓強(qiáng)， R是立柱的半徑， P 是作動(dòng)器最大輸出壓力， W 是橫梁的重量， n是立柱的數(shù)目。 為了確定 θP ,夾緊部位的設(shè)計(jì)被視為一個(gè)用來獲得應(yīng) 力分析參數(shù)的簡(jiǎn)化模型，如圖 5所示。 自由體受力圖的力平衡規(guī)定 （ ） 其中， F 是夾緊缸輸出力，定義如下 （ ） cD 是液壓缸的內(nèi)徑， rD 是活塞桿的直徑 ， nP 是夾緊缸的壓力， m 是夾緊缸的數(shù)量。 為了確定 1F ，角θ方向的力 F可以從夾緊元件受力平衡圖中獲得， 如圖 所示 ? ? n /Rd θμB2 π0θ WPP ??? （ ） 并有以下關(guān)系 由公式（ 4）可知，臨界條件為θ =π時(shí)， FF?θ ，則 θF 為 （ ） ? ? ????? n224π PDDF rc θ dθπ0 θ1 Si nRPFF ???? ?π)μ(θθ eFF ??青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 θ =0 時(shí)， F為 （ ） 夾緊缸根據(jù)公式（ 1）中的條件設(shè)計(jì)， θP 由如下分析獲得。 圖 實(shí)際上，夾緊面的壓強(qiáng) θP 的分布可以看作是線性函數(shù)和非線性函數(shù)的疊加。如果 θP 只是線性分布，則由公式（ 2）可知， θP 為 （ ） 如果 θP 只是非線性分布， θP 的分布近似服從沒有立柱時(shí)加緊部位的撓度曲線。曲線中的 θδ ，可以運(yùn)用 Boresi 等人在 1978 年提出的卡式定理計(jì)算出，計(jì)算公式如下： eθδ VU??? （ ） 其中 θδ 是角θ方向偏移量的豎直分量 ,eV 是角θ方向由夾緊力 F 引起的偏移量的豎直分量 ,U是加緊部分的瞬時(shí)應(yīng)力引起的應(yīng)變能 .加緊部位的撓度曲線可按照公式 ()計(jì)算 ,如圖 6所示 .非均勻分布 θP 與 θδ 的關(guān)系如下 （ ） μπ1 ??? eFFRBFFP ???? 2θ 1BA FP E?????青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 其中 ,A 是圖 6 中斜線部分的面積， B 是橫梁的厚度。 圖 根據(jù)圖 5（ a）和（ b）進(jìn)行的應(yīng)力分析，為加緊部分的設(shè)計(jì)提供參考信息。橫梁需要在一塊相當(dāng)大的鑄件上進(jìn)行精密加工，所以考慮到它的工藝性，橫梁夾緊部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖 5（ C）所示。但是加緊部位的厚度 T 必須重新設(shè)計(jì)，以獲得更高的穩(wěn)定性和更小的夾緊力。加緊部位的最大彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力都取決于 T，關(guān)系 （ ） ? ?12/ 23m a x. HBHXRLFx ???????HBFt ??? ?22 XRRTRH ?????青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 其中， H， L， R， X 如圖 5定義。 由于夾緊力與加緊部位的厚度是有關(guān)聯(lián)的，其合理的數(shù)值 可以通過矢量代換獲得，計(jì)算機(jī)程序是基于上述的簡(jiǎn)單等式（ 1~9）和圖 5 中最終確定的幾何尺寸開發(fā)出來，用來計(jì)算加持力和橫梁加緊部位的最佳尺寸。圖 7曲線顯示出夾緊部分沿 X軸方向上的最大組合應(yīng)力分布。 作為綜合分析分析的一部分，我們用反射偏振鏡系統(tǒng)對(duì)圖 5所示的各點(diǎn)進(jìn)行了 光學(xué)彈性應(yīng)力分析，以通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出設(shè)計(jì)的缺陷。因?yàn)樽罱K的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與用于應(yīng)力 表 2 光彈性法測(cè)出的模擬壓力值 測(cè)量點(diǎn) a b c d e f 條紋級(jí)數(shù) m? （ MPa）