【正文】 。 圖 曲柄組合件 — 曲柄 30度疲勞測試 圖 鞍管 測試分析 CPSC 1512 標準對鞍管的疲勞試驗不做要求。在 右曲柄的腳蹬軸上，在距離曲柄外側(cè)定位面的 65mm 處，施加一個重復的 1800N 的垂直動力，如圖 所示，試驗周期為 50000 次。讓左曲柄處于水平向下傾斜 30 度的位置。最大測試頻率應(yīng)為 25Hz。 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）。讓曲柄處于水平向下傾斜 45 度的位置。 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。 m。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。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北華大學學士學位論文 12 次，測試頻率 35Hz。避震前叉應(yīng)以其自由、伸展長度進行試驗。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 垂直力進行疲勞測試 圖 前叉 彎曲力 測試分析 JIS D 9301 標準對前叉疲勞不做要求。在立管頂部插入一根相當于鞍管的管子，插入的深度為 75mm，然后按照廠家規(guī)定緊固。 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。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。 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 。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。 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 。 表 CPSC 1512 標準的制動試驗的速度和制動距離 試驗方式 試驗速度 /km 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)、傾斜角度和風速的要求與 ISO 4210 不同。車閘的可靠性能由線性測量決定。 EN 14764 標準規(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。 在手閘閘把、把端把或裝有副閘把 的自行車，除了對主閘把進行試驗外，還須對副閘把另行試驗。 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行。大部分國家主要依據(jù) EN 標準為主要測試標準。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，從而進行閉環(huán)控制。 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。 北華大學學士學位論文 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。 本次設(shè)計 主要是研究試驗臺機械系統(tǒng)設(shè)計部分。 北華大學學士學位論文 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)范標準。福建華興碳纖維復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準。 1993 年，我國天津飛鴿自行車 (集團 )公司和北京環(huán)航復合材料公司聯(lián)合投資開發(fā)粘接型碳纖維自行車。 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)品的標準化工作、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 。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、復合應(yīng)力試驗機等）和動負荷試驗機（ 如沖擊試驗機和疲勞試驗機等）的能力，有效地促進了國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的發(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，北華大學學士學位論文 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。朝著準確模擬各種特殊環(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、復雜的試驗條件 。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 。1988 年，捷安特公司開始批量生產(chǎn)聯(lián)合開發(fā)的碳纖維自行車構(gòu)架，并組裝整車上市，獲得了每年一百萬輛的市場份額，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，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。于是便開始著手研制碳纖維自行車。疲勞試驗機實際上能對各種部件施加靜負荷和動負荷 ,特別是在動態(tài)試驗中能用最小能量的損耗得到大負荷 ,高交變速度 ,根據(jù)需要還能進行低循環(huán)試驗 ,程序試驗和隨機負荷試驗 ,這種試驗機巧妙地使用了電液伺服閥 ,采用一般試驗機的彈簧 /質(zhì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,使之滿加種試驗如 。 1957 年電液伺服諧振式疲勞試驗機問世 ,為疲勞試驗機技術(shù)邁開了新的一步。目前從瑞士、英國、西德、日本等生產(chǎn)的疲勞試驗機來看 ,大都是以電磁激勵的共振型疲勞 試驗機為主。德國、美國等國的碳纖維自行車質(zhì)量檢測設(shè)備比較復雜、自動化程度高，但是設(shè)備造價高，價格昂貴，并且單件檢測費用高昂，一般企業(yè)難以承受。即用碳纖維管和多通接頭作“底”外敷纏繞碳纖維層，使多通接管掩埋在里面，外部看起來似整體成型，以確保自行車的強度。這其中具有代表性的是法國 Look 公司的 KG196 和 DONNAY 公司的 PRO9000 整體式車架及 KESTREL北華大學學士學位論文 5 車架。由此研究出重量輕、剛度大的碳纖維整體車架，隨著碳纖維整體車架成型工藝的研制開發(fā)，碳纖維自行車在歐洲市場的地位不斷上升，年銷售量已達幾萬輛。歐美等國的自行車廠商與研究部門密切合作，對自行車進行了計算機輔助受力分析和強度計算，使自行車外形更符合人機工程學的要求。 20 世紀 80 年代中期，意大利、法國、英國和美國利用他們在復合材料和工程塑料方面的技術(shù)優(yōu)勢，相繼開發(fā)成功了用碳纖維管和鋁 合金接頭粘接成車架的碳纖維自行車。 本項目預(yù)研制一 臺 用于 自行車疲勞測試的綜合試驗臺，該試驗臺充分利用組合夾具柔性裝夾、適應(yīng)范圍廣的特點，可對自行車的前叉、車架、車把、腳踏車閘、車輪及整車的疲勞性能測試實驗；并利用液 壓與機電結(jié)合控制方式，靈活準確的控制疲勞加載力的大小、頻率，更好地滿足了實驗參數(shù)要求，提高了實驗的準確性，同時也提高了試驗臺測試的效率。同時，通過對碳纖維自行車整車系統(tǒng)的疲勞強度研究，制定疲勞強度試驗標準，最終實現(xiàn)在疲勞試驗機上對碳纖維自行車進行疲勞試驗，不僅可以大大縮 短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)費用，避免路試中的安全事故，而且為在碳纖維自行車開發(fā)和定型抽檢中對整車及關(guān)鍵部件疲勞耐久性考核試驗及主要性能對比提供技術(shù)支持。疲勞強度不夠，使用一段時間后，容易發(fā)生車架斷裂、永久變形等嚴重事故，給人身安全帶來嚴重威脅。疲勞強度是指自行車在行駛過程中，承受交變應(yīng)力時不產(chǎn)生疲勞裂紋和疲勞斷裂的能力。在載荷的作用下，車架和前叉必須有足夠的靜強度和疲勞強度。并且路面的交變載荷經(jīng)車輪、前叉?zhèn)鬟f到車把，同時經(jīng)后輪和車架傳遞到車把和坐墊，使騎車者感覺不舒適的同時，也對前叉等部件產(chǎn)生沖擊和振動，易使前叉受損。 車架、前叉和車把是碳纖維自行車的關(guān)鍵零部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到整車的好壞。由于自行車大多行駛在城市郊區(qū)、農(nóng)村、山村等地區(qū)，由于路況差，而且疲勞破壞具有突然性而出現(xiàn)問題，往往會造成嚴重的后果?？刂葡到y(tǒng)是整個系統(tǒng)非常重要的部分 ,對于疲勞試驗機整個系統(tǒng)的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用 ,控制系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接影響到疲勞試驗機的性能。通過對自行車車把的疲勞試驗 ,可以具體地分析自行車把材料的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,從而對改進自行車把提供實際依據(jù) ,并為自行車的安全問題提供保障。萬能試驗機可分為機械萬 能試驗機、液壓萬能試驗機、電液伺服萬能試驗機和電子萬能試驗機。按加荷方法分類 : 靜負荷試驗機 (靜態(tài) )和動負荷試驗機 (動態(tài) )。對有效使用材料、改進工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有重要作用。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中，試驗機是一種不可缺少的重要測試儀器。因此 ,研制一臺通用性好的疲勞試驗機具有實際意義。面對由于材料與結(jié)構(gòu)的疲勞與斷裂所帶來的種種問題及影響 ,疲勞研究的現(xiàn)實意 義也就尤為突出了。疲勞失效是材料在正常工作情況下 ,在長期反復作用的應(yīng)力下所發(fā)生的性能變化 ,該應(yīng)力的大小并沒有超出材料能夠承受的范圍 ,但是長期反復的作用就會引起材料的疲勞 ,材料的疲勞并不是一開始就會被察覺的 ,它是一個緩慢發(fā)展的過程。車把的金屬材料雖然抗塑性變形的性能較好 ,但是反復施加應(yīng)力時 ,金屬材料還是可能 被破壞 (被稱為微細的應(yīng)力集中 )。因此，研制一臺通用性好的疲勞試驗機具有實際意義。而中國是自行車生產(chǎn)大國，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保人身安全，生產(chǎn)的自行車的各組零部件能否合格，是一個關(guān)鍵問題，因此迫切需要一種自行車零部件的檢測設(shè)備對其檢測。經(jīng)過多年的努力 , 我們成功地研制出變速系統(tǒng)綜合試驗分析機。 采用 氣動控制的疲勞試驗機 , 該機雖具有氣動動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單等優(yōu)點 , 但由于空氣可壓縮性大 , 工作速度的穩(wěn)定性差 , 有一定的沖擊 。變速自行車的大規(guī)模生產(chǎn)必須有先進、實用、可靠而安全的變速傳動部件和外變速系統(tǒng)專用的質(zhì)量檢測、試驗分析設(shè)備。鑒于以上因素， 本企業(yè)充分運用當前計算機自動檢測與測量技術(shù)，急需研制一種碳纖維自行車整車及主要零件的疲勞測試平臺。 為了保證碳纖維自行車的質(zhì)量和安全有效的使用，國家頒布了有關(guān)標準，有關(guān)標準中規(guī)定了各種自行車的性能和檢測試驗方法。隨著碳纖維復合材料制造技術(shù)逐漸趨于成熟，碳纖維售價大幅度下降，促進 了碳纖維自行車的開發(fā)研究。典型的低、中、高檔自行車構(gòu)架分別由碳鋼、鉻鉬合金及鋁合金和碳纖維制造。因此迫切需要有新形態(tài)、新材料的自行車出現(xiàn)，以使自行車外觀更具美感，重量進一步下降，騎乘舒適性更好。近年來，我國自行車工業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)的社會化、專業(yè)化程度越來越高，每年生產(chǎn)數(shù)千萬輛各種花色、規(guī)格的自行車，社會擁有數(shù)億輛，已成為名副其實的自行車王國和世界自行車 制造中心。按地區(qū)劃分，世界重要自行車生產(chǎn)國主要分布在亞洲、歐洲、北美地區(qū)。北華大學學士學位論文 I 目 錄 第一章 緒論 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