1、青岛理工大学毕业设计 I 摘 要 汽车板簧是汽车的重要组成成分，关系着汽车的安全性与舒适性，在当今汽车行业飞速发展的今天汽车板簧试验机的研究与改进有着非常重要的意义。通过板簧疲劳试验机的测试，才能知道汽车板簧是否符合目标要求，降低汽车残次品的数量，是消费者得到最大的利益，并且有效的保证了消费者的生命安全。所以不论从研究意义及社会意义上，汽车板簧试验机有着不可替代的意义，保证这当今汽车行业的良性发展。 汽车板簧疲劳试验机设计的目的是检测汽车板簧的抗疲劳强度，以保证汽车的安全运行。本次的设计知识包括了机械、电气以及液压的知识，采用科学严 谨的研究方法，保证整个试验机的正常运行。最后运用 labvi
2、we 仿真软件，电路部分进行模拟。汽车板簧疲劳试验机可以很好的预计板簧的抗疲劳强度，从而保证了人民的生命安全，及车辆的行驶安全。 关键词： 汽车板簧；疲劳试验机；电液伺服试验机 青岛理工大学毕业设计 II ABSTRACT Automotive leaf spring is an important component of the car， Relationship with the cars safety and comfort,Research and Improvement in the rapid development of todays automotive industry,
3、automotive leaf spring testing machine today has a very important significance.Plate spring fatigue testing machine test ,In order to know whether the objectives and requirements of automotive leaf spring ,Reduce the number of cars of defective goods ,Consumers get the maximum benefit , and effectiv
4、ely guarantee the safety of the consumers .So, whether from the research on the meaning and social significance， Automobile spring testing machine irreplaceable significance ,This is to ensure the healthy development of todays automotive industry.The purpose of automobile spring fatigue testing mach
5、ine is designed to detect fatigue strength automotive leaf spring ,To ensure the safe operation of the vehicle.The design knowledge, including mechanical , electrical and hydraulic knowledge,Using rigorous scientific methods ,To ensure the normal operation of the entire testing machine .Finally, we
6、use labviwe simulation software,Analog circuit section .Automobile spring fatigue testing machine is expected to be a good leaf spring fatigue strength ,Thus ensuring the safety of the people, and driving safety of the vehicle. Key words： Automobile spring； Fatigue testing machine； Electro-hydraulic
7、 servo testing machine 青岛理工大学毕业设计 I 目 录 第 1 章 前言 . 1 1.1 概述 . 2 1.2 国内外板簧疲劳试验机的主要形式 . 3 1.2.1 目前国内主流汽车板簧疲劳试验机 . 4 1.3 汽车板簧的技术条件 . 5 1.3.1 汽车板簧的抗疲劳检验项目以及检验方法 . 8 1.3.2 汽车板簧抗疲劳强度检验方法 . 9 第 2 章 汽车板簧疲劳试验机主体部分的设计 . 14 2.1 立柱的设计与分析 . 15 2.2 夹紧缸的设计 . 17 2.3 横梁的设计 . 18 2.4 横梁升降缸的设计 . 23 2.5 作动器的设计与校核 . 24 2
8、.6 底座的计算与校核 . 26 2.7 油源的设计 . 27 2.8 伺服电机的选择 . 28 第 3 章 电气控制部分与数据的仿真 . 29 3.1 位移放大电路的设计 . 29 3.2 低通滤波器 . 31 3.3 无限增益多路反馈 . 31 3.3.1 无限增益多路负反馈二阶滤波电路 的特点 . 31 3.3.2 有源二阶低通滤波电路 . 31 3.4 OP07 放大器 . 34 第 4 章 labviwe 的应用与仿真 . 35 青岛理工大学毕业设计 II 第 5 章 结 论 . 39 参 考 文 献 . 40 致 谢 . 42 附录 1 外文资料 . 43 附录 2 外文 资料翻译
9、 . 50 青岛理工大学毕业设计 1 第 1 章 前言 在人们生活水平飞速发展的今天，对于汽车的需求量也在日益增加，同时对于汽车的安全与舒适性的要求也在日益严格。汽车的安全舒适这两个重要的性能包括很多指标，比如说汽车驾驶舱的噪音情况，汽车的辆悬架对于路面不平而造成的震动的减缓情况，汽车座椅的支撑性以及车内空间的大小，车厢内舒适的配置（座椅的舒适性，座椅的弹性，空调的好坏，座椅的材质什么的）等等。其中，汽车汽车悬架对于震动的减缓程度是衡量汽车安全与舒适性的一个重要的指标，汽车的 悬挂系统分为：减震器、传力装置、弹性元件三部分，主要起到：减震、传动力、缓冲的作用。 汽车的悬挂系统是指车体与车轮之间
10、，由各种弹簧、避震器组成的汽车支持系统。汽车悬挂系统主要的作用，首先是起到支撑整个车身的功能，其次为过滤颠簸并改变乘客的乘坐感受，汽车悬挂系统虽然看似普通，但却包括了各种的作用力，决定了汽车的安全与稳定以及舒适程度，它是当代汽车不可或缺的关键部件。 汽车悬架是一个传动力矩的连接装置的总括，包括轿车车架与轮胎之间的所有传动力矩的连接装置，它作用是传导汽车车架和轮胎间的力及力的扭矩，而且能减 缓因为路面不平而引起车体的震动，以此保证轿车能够平稳的行驶。 最典型悬架系统包括：弹性元件、及减震器、导向机构，很少一部分结构还包括了横向稳定杆，缓冲块等。弹性元件包几种：空气弹簧、螺旋弹簧，钢板弹簧、扭杆弹
11、簧等各种形式，但是当今汽车悬架很多都采用了螺旋弹簧与扭杆弹簧，一些高级轿车还使用了空气弹簧。 汽车悬架是中的一个总体的叫法，它将汽车架与轮胎联系起来，关系着轿车许多种性能的使用。单从表面来看，汽车悬架只包括一些杆件、钢筒和一些弹簧，然而就这些简单的部件，却在汽车的安全与舒适性上起着至关重要的作用。比如说，想要得 到和好的舒服性，就需要最大化的缓冲汽车来自各方面的震动，为了得到这一特性就要将弹簧设计的柔软点，不过这样设计又会使汽车在刹车时，出现前倾或者后仰现象，甚至产生左右倾斜的现象，严重影响到汽车的变向系统，给汽车的安全行驶留下隐患。 青岛理工大学毕业设计 2 轿车悬挂系统包括：非独立悬挂、独
12、立悬挂，非独立悬挂系统的汽车车轮安装在，一根车轴的两头，如果一边汽车车轮发生跳动时，则另一边的车轮也会跳动，这样整个车身会发生振动或这倾斜；车轴分成两段的称为独立悬挂系统，每个汽车车轮都是在车架的下面独立的安装了螺旋弹簧，如果 一边车轮产生跳动，另外一侧的车轮不会产生跳动，因此两侧四个轮胎可以独立进行运动，进一步提升汽车的安全与舒适性。 由于现代人对车子乘坐舒适性及操纵安定性的要求愈来愈高，所以非独立悬挂系统已渐渐被淘汰。而独立悬挂系统因其车轮触地性良好、乘坐舒适性及操纵安定性大幅提升、左右两轮可自由运动，轮胎与地面的自由度大，车辆操控性较好等优点目前被汽车厂家普遍采用。常见的独立悬挂系统有多
13、连杆式悬挂系统、麦佛逊式悬挂系统、拖曳臂式悬挂系统等等。 1.1 概述 汽车板簧又叫做叠片弹簧，在整个汽车悬挂系统中所起的作用包 括：承载、减振、导向 ,是保证车架系统正常工作非常重要的部件，与其它弹性元件相比较 ,汽车板簧还起着导向元件的作用，决定了车轮、车轴的运动变化规律 ,并且能传递各种各样的力和力矩 ,汽车板簧的片与片之间的摩擦以及铰链处的摩擦，也能够起到衰减振动等的作用。之所以汽车板簧能在汽车领域被广泛应用 ,除了以上的作用外，还因为其结构简单 ,工作可靠 ,价格低廉等因素，因此广泛地被应用于各种类型的客、货车及重型卡车上，特别是在国家经济并不十分发达 ,人民并不十分富裕 ,但是又想
14、快速致富的当下 ,各汽车厂商纷纷推出一系列的经济实用的轻型卡车 ，小型面包车等车型，在这些车型的悬挂系统中大多数都使用汽车板簧。 虽然作为汽车悬架的弹性元件是板簧的主要功能，但是除此之外板簧片之间的摩擦有可作为系统的阻尼，很多汽车板簧利用卷耳及支撑座也起到导向的作用。不过按照它的受力与结构特点来说，板簧有下面两种特征： 其一，不管汽车板簧按照怎么一种状态装配到轿车上，他的工作方式都是樑，也就是说，他的主要受力方向是自上而下的垂直力。并且，板簧受力所产生变形对于它的总长来说很小，因此可参照材料力中的，小挠度理论即线性原理进行计青岛理工大学毕业设计 3 算。 汽车板簧在行驶过程中要受到反 复弯曲交
15、变的应力，因此对其每片的表面质量都有很高的要求，不允许出现在表面的质量问题包括：有缺口、裂纹、折叠、斑疤等。即便是表面存在很小的质量问题，也可能因应力集中而产生疲劳源，引起汽车板簧很早因疲劳产生断裂。汽车板簧破坏的形式主要包括弹性失效，疲劳断裂等多种形式 ,而疲劳断裂是其中最重要的一种失效形式 ,疲劳断裂突然的发生 ,往往导致灾难性的设备事故或人身事故，严重影响着消费者的生命财产安全，因此板簧的抗疲劳强度的大小，是保证板簧的高强度和具有较长使用寿命的重要指标之一 , 无论是汽车板簧生产厂家 ,还是整车装配厂家 ,都必须对汽车板簧的抗疲劳强度进行严格的检测。 1.2 国内外板簧疲劳试验机的主要形
16、式 目前国内外的疲劳试验机的是形式、样式非常之多，按其工作原理大可分为以下几种： （ 1） 反复弯曲疲劳试验机 其特点是精度高，结构简单，方便使用。其工作原理是由电动机驱动连杆工作，使试验件产生反复的弯曲应力。 （ 2)机械激振式疲劳试验机 该试验机的特点是性能可靠，拥有固定的频率，使用起来方便可靠。工作原理为偏心质量块旋转所产生的惯性来驱动振动杆，进而产生变量载荷。 （ 3） 电液伺服疲劳试验机 这种试验机是近几年来 所产的比较新型的疲劳试验机，该机特点比较的灵活好用，因为电液伺服疲劳试验机的载荷类型及波形都可任意选择，也可以做 对称循环和非对称循环，非常的容易实验对程序的控制，例如和计算机
17、配合，便可以实验载荷加载的自动控制。 （ 4） 液压式疲劳试验机 该试验机最大特点是加载的载荷吨位大，可是液压式疲劳试验机工作频率比较低，载荷的控制换向方面，是通过试验机的电磁阀或者电测换向阀实现的，青岛理工大学毕业设计 4 该种机型可以满足各种类型疲劳试验的要求。 （ 5） 复合应力式疲劳试验机 复合应力式疲劳试验机特点是，可以加载弯曲和扭转反复变量载荷，由电动机驱动轮驱动偏心块来实现载荷的反复加载。 （ 6） 旋转弯曲式疲劳试验机 该机为应用于疲劳试验的最早期设备，该机的特点是精度很高，使用起来可靠，结构比较简单，载荷是由砝码施加的恒定压力产生的，并且产生交变的应力，并以此来达到疲劳试验的
18、目的。 （ 7） 电磁激振式试验机 该试验机为高频试验机，频率可达到 3000 次 /每分钟以上，特点是能产生非常高的频率，炒作方面也非常简单，适用于各种元件材料的抗疲劳实验。 1.2.1 目前国内主流汽车板簧疲劳试验机 当下我国主要的板簧疲劳试验机主要有以下两种机型，下面 将对两种试验机做出简单的介绍。 （ 1)机械激振式板簧疲劳试验机 激振式疲劳试验机主体结构由机械传动系统，试验机机身，偏心滑结构以及支架等结构组成。 该试验机的工作作原理 : 首先是试验机的传动部分，伺服电机通过皮带轮驱动偏心轮的转动，并且通过偏心轮轴端的连杆装置是滑块实现上下循环运动。 (2)滑块的上下振幅的调节，是改变
19、偏心轮及偏心凸圆实现的。 (3)工作台上的两个活动的小车，其作用是支撑板簧的两端。 (4)试验机在启动的时候是空载启动，当伺服电机驱动偏心轮运转时，空气压缩机使离合器脱离开，在偏心轮完全运动起 来以后，此时要松开离合器，因为弹簧的作用偏心轮与內毂连接，进而使主轴转动。 （ 2)液压式板簧疲劳试验机 液压式板簧疲劳试验机主要分为三部分 ，：主机、液压站、电控柜。主机包括工作台、作动器升降缸、伺服阀的液压部件，此外，主机还应包括负荷传感器青岛理工大学毕业设计 5 和行程传感器。液压站是为整个设备提供动力的部分，由伺服电机，液压缸等部件构成。电控柜是整个系统的控制中心，由电源，控制面板，计算机以及各
20、种的控制元件构成。 1.3 汽车板簧的技术条件 （ 1）一般性要求 汽车钢板簧应符合中华人民共和国汽车行业标准的要求，并且能够按照经该 规定批准审核的图样以及技术要求进行加工生产，如果碰到有特殊情况的，在设计汽车钢板簧前应和生产厂家另订协定，还要在产品图样上标明。 汽车弹簧片不能存在在使用过程中出现过热过少等缺陷。 汽车板弹簧片在拉伸表面，按照 ZB To6 001 标准进行表面喷丸。 汽车板弹簧片的摩擦表面上，在装配前，应将石墨润滑脂（片间有垫片的除外）涂抹在表面上。 汽车板簧总装后应该在表面涂漆。不过卷耳衬套（除装橡胶衬套的外），不能涂漆，此处采其用他防锈方法。 （ 2） 材料 汽车板弹簧片的材料是在 GB 1222 的标准下挑选的热轧弹簧钢 。 汽车板 弹簧片要经过热处理，硬度范围是 HB 375-444. 汽车板弹簧片的金相组织，必须符合 JB 3782 中的有关规定。 表一规定了对汽车钢板弹簧片每边总的脱碳层（炭素体 +过渡层）深度的要求。 表 1-1 脱碳层深度要求 片 厚 脱碳层深度与片厚半分比 小于或者等于 8 3 大于 8 2.5 （ 3） 板簧尺寸精度 衬套中的汽车板弹簧卷轴线的倾斜（如图 1 图 2 的两个方向上），其偏差不大于 1%。 青岛理工大学毕业设计 6 图 1.1 图 1.2
