汽車的懸掛系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

摘要汽車板簧是汽車的重要組成成分，關(guān)系著汽車的平安性與舒適性，在當(dāng)今汽車行業(yè)飛速開展的今天汽車板簧試驗機(jī)的研究與改進(jìn)有著非常重要的意義。通過板簧疲勞試驗機(jī)的測試，才能知道汽車板簧是否符合目標(biāo)要求，降低汽車殘次品的數(shù)量，是消費(fèi)者得到最大的利益，并且有效的保證了消費(fèi)者的生命平安。所以不管從研究意義及社會意義上，汽車板簧試驗機(jī)有著不可替代的意義，保證這當(dāng)今汽車行業(yè)的良性開展。汽車板簧疲勞試驗機(jī)設(shè)計的目的是檢測汽車板簧的抗疲勞強(qiáng)度，以保證汽車的平安運(yùn)行。本次的設(shè)計知識包括了機(jī)械、電氣以及液壓的知識，采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯糠椒?，保證整個試驗機(jī)的正常運(yùn)行。最后運(yùn)用labviwe仿真軟件，電路局部進(jìn)行模擬。汽車板簧疲勞試驗機(jī)可以很好的預(yù)計板簧的抗疲勞強(qiáng)度，從而保證了人民的生命平安，及車輛的行駛平安。關(guān)鍵詞：汽車板簧；疲勞試驗機(jī)；電液伺服試驗機(jī)ABSTRACTAutomotiveleafspringisanimportantcomponentofthecar，Relationshipwiththecar'ssafetyandcomfort,ResearchandImprovementintherapiddevelopmentoftoday'sautomotiveindustry,automotiveleafspringtestingmachinetodayhasaveryimportantsignificance.Platespringfatiguetestingmachinetest,Inordertoknowwhethertheobjectivesandrequirementsofautomotiveleafspring,Reducethenumberofcarsofdefectivegoods,Consumersgetthemaximumbenefit,andeffectivelyguaranteethesafetyoftheconsumers.So,whetherfromtheresearchonthemeaningandsocialsignificance，Automobilespringtestingmachineirreplaceablesignificance,Thisistoensurethehealthydevelopmentoftoday'sautomotiveindustry.Thepurposeofautomobilespringfatiguetestingmachineisdesignedtodetectfatiguestrengthautomotiveleafspring,Toensurethesafeoperationofthevehicle.Thedesignknowledge,includingmechanical,electricalandhydraulicknowledge,Usingrigorousscientificmethods,Toensurethenormaloperationoftheentiretestingmachine.Finally,weuselabviwesimulationsoftware,Analogcircuitsection.Automobilespringfatiguetestingmachineisexpectedtobeagoodleafspringfatiguestrength,Thusensuringthesafetyofthepeople,anddrivingsafetyofthevehicle.Keywords：Automobilespring；Fatiguetestingmachine；Electro-hydraulicservotestingmachine目錄TOC\o"1-3"\h\z\u16660第1章前言1250481.1概述276341.2國內(nèi)外板簧疲勞試驗機(jī)的主要形式3273931.2.1目前國內(nèi)主流汽車板簧疲勞試驗機(jī)4113411.3汽車板簧的技術(shù)條件5105771.3.1汽車板簧的抗疲勞檢驗工程以及檢驗方法 8320621.3.2汽車板簧抗疲勞強(qiáng)度檢驗方法 914204第2章汽車板簧疲勞試驗機(jī)主體局部的設(shè)計14250572.1立柱的設(shè)計與分析 1596652.2夾緊缸的設(shè)計 17260262.3橫梁的設(shè)計 18177342.4橫梁升降缸的設(shè)計 23170472.5作動器的設(shè)計與校核 24183392.6底座的計算與校核 2633772.7油源的設(shè)計 2770082.8伺服電機(jī)的選擇 28第3章電氣控制局部與數(shù)據(jù)的仿真3212230301223.1位移放大電路的設(shè)計 3093003.2低通濾波器 32150013.3無限增益多路反響 3264443.3.1無限增益多路負(fù)反響二階濾波電路的特點 32165703.3.2有源二階低通濾波電路 32189243.4OP07放大器 354530第4章labviwe的應(yīng)用與仿真3610109第5章結(jié)論406455參考文獻(xiàn)4131587致謝4331935附錄1外文資料4422332附錄2外文資料翻譯51第1章前言在人們生活水平飛速開展的今天，對于汽車的需求量也在日益增加，同時對于汽車的平安與舒適性的要求也在日益嚴(yán)格。汽車的平安舒適這兩個重要的性能包括很多指標(biāo)，比方說汽車駕駛艙的噪音情況，汽車的輛懸架對于路面不平而造成的震動的減緩情況，汽車座椅的支撐性以及車內(nèi)空間的大小，車廂內(nèi)舒適的配置〔座椅的舒適性，座椅的彈性，空調(diào)的好壞，座椅的材質(zhì)什么的〕等等。其中，汽車汽車懸架對于震動的減緩程度是衡量汽車平安與舒適性的一個重要的指標(biāo)，汽車的懸掛系統(tǒng)分為：減震器、傳力裝置、彈性元件三局部，主要起到：減震、傳動力、緩沖的作用。汽車的懸掛系統(tǒng)是指車體與車輪之間，由各種彈簧、避震器組成的汽車支持系統(tǒng)。汽車懸掛系統(tǒng)主要的作用，首先是起到支撐整個車身的功能，其次為過濾顛簸并改變乘客的乘坐感受，汽車懸掛系統(tǒng)雖然看似普通，但卻包括了各種的作用力，決定了汽車的平安與穩(wěn)定以及舒適程度，它是當(dāng)代汽車不可或缺的關(guān)鍵部件。汽車懸架是一個傳動力矩的連接裝置的總括，包括轎車車架與輪胎之間的所有傳動力矩的連接裝置，它作用是傳導(dǎo)汽車車架和輪胎間的力及力的扭矩，而且能減緩因為路面不平而引起車體的震動，以此保證轎車能夠平穩(wěn)的行駛。最典型懸架系統(tǒng)包括：彈性元件、及減震器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，很少一局部結(jié)構(gòu)還包括了橫向穩(wěn)定桿，緩沖塊等。彈性元件包幾種：空氣彈簧、螺旋彈簧，鋼板彈簧、扭桿彈簧等各種形式，但是當(dāng)今汽車懸架很多都采用了螺旋彈簧與扭桿彈簧，一些高級轎車還使用了空氣彈簧。汽車懸架是中的一個總體的叫法，它將汽車架與輪胎聯(lián)系起來，關(guān)系著轎車許多種性能的使用。單從外表來看，汽車懸架只包括一些桿件、鋼筒和一些彈簧，然而就這些簡單的部件，卻在汽車的平安與舒適性上起著至關(guān)重要的作用。比方說，想要得到和好的舒服性，就需要最大化的緩沖汽車來自各方面的震動，為了得到這一特性就要將彈簧設(shè)計的柔軟點，不過這樣設(shè)計又會使汽車在剎車時，出現(xiàn)前傾或者后仰現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生左右傾斜的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到汽車的變向系統(tǒng)，給汽車的平安行駛留下隱患。轎車懸掛系統(tǒng)包括：非獨(dú)立懸掛、獨(dú)立懸掛，非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的汽車車輪安裝在，一根車軸的兩頭，如果一邊汽車車輪發(fā)生跳動時，那么另一邊的車輪也會跳動，這樣整個車身會發(fā)生振動或這傾斜；車軸分成兩段的稱為獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，每個汽車車輪都是在車架的下面獨(dú)立的安裝了螺旋彈簧，如果一邊車輪產(chǎn)生跳動，另外一側(cè)的車輪不會產(chǎn)生跳動，因此兩側(cè)四個輪胎可以獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)動，進(jìn)一步提升汽車的平安與舒適性。由于現(xiàn)代人對車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來愈高，所以非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)已漸漸被淘汰。而獨(dú)立懸掛系統(tǒng)因其車輪觸地性良好、乘坐舒適性及操縱安定性大幅提升、左右兩輪可自由運(yùn)動，輪胎與地面的自由度大，車輛操控性較好等優(yōu)點目前被汽車廠家普遍采用。常見的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)有多連桿式懸掛系統(tǒng)、麥佛遜式懸掛系統(tǒng)、拖曳臂式懸掛系統(tǒng)等等。1.1概述汽車板簧又叫做疊片彈簧，在整個汽車懸掛系統(tǒng)中所起的作用包括：承載、減振、導(dǎo)向,是保證車架系統(tǒng)正常工作非常重要的部件，與其它彈性元件相比擬,汽車板簧還起著導(dǎo)向元件的作用，決定了車輪、車軸的運(yùn)動變化規(guī)律,并且能傳遞各種各樣的力和力矩,汽車板簧的片與片之間的摩擦以及鉸鏈處的摩擦，也能夠起到衰減振動等的作用。之所以汽車板簧能在汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,除了以上的作用外，還因為其結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,價格低廉等因素，因此廣泛地被應(yīng)用于各種類型的客、貨車及重型卡車上，特別是在國家經(jīng)濟(jì)并不十分興旺,人民并不十分富裕,但是又想快速致富的當(dāng)下,各汽車廠商紛紛推出一系列的經(jīng)濟(jì)實用的輕型卡車，小型面包車等車型，在這些車型的懸掛系統(tǒng)中大多數(shù)都使用汽車板簧。雖然作為汽車懸架的彈性元件是板簧的主要功能，但是除此之外板簧片之間的摩擦有可作為系統(tǒng)的阻尼，很多汽車板簧利用卷耳及支撐座也起到導(dǎo)向的作用。不過按照它的受力與結(jié)構(gòu)特點來說，板簧有下面兩種特征：其一，不管汽車板簧按照怎么一種狀態(tài)裝配到轎車上，他的工作方式都是樑，也就是說，他的主要受力方向是自上而下的垂直力。并且，板簧受力所產(chǎn)生變形對于它的總長來說很小，因此可參照材料力中的，小撓度理論即線性原理進(jìn)行計算。汽車板簧在行駛過程中要受到反復(fù)彎曲交變的應(yīng)力，因此對其每片的外表質(zhì)量都有很高的要求，不允許出現(xiàn)在外表的質(zhì)量問題包括：有缺口、裂紋、折疊、斑疤等。即便是外表存在很小的質(zhì)量問題，也可能因應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞源，引起汽車板簧很早因疲勞產(chǎn)生斷裂。汽車板簧破壞的形式主要包括彈性失效，疲勞斷裂等多種形式,而疲勞斷裂是其中最重要的一種失效形式,疲勞斷裂突然的發(fā)生,往往導(dǎo)致災(zāi)難性的設(shè)備事故或人身事故，嚴(yán)重影響著消費(fèi)者的生命財產(chǎn)平安，因此板簧的抗疲勞強(qiáng)度的大小，是保證板簧的高強(qiáng)度和具有較長使用壽命的重要指標(biāo)之一,無論是汽車板簧生產(chǎn)廠家,還是整車裝配廠家,都必須對汽車板簧的抗疲勞強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。1.2國內(nèi)外板簧疲勞試驗機(jī)的主要形式目前國內(nèi)外的疲勞試驗機(jī)的是形式、樣式非常之多，按其工作原理大可分為以下幾種：反復(fù)彎曲疲勞試驗機(jī)其特點是精度高，結(jié)構(gòu)簡單，方便使用。其工作原理是由電動機(jī)驅(qū)動連桿工作，使試驗件產(chǎn)生反復(fù)的彎曲應(yīng)力。機(jī)械激振式疲勞試驗機(jī)該試驗機(jī)的特點是性能可靠，擁有固定的頻率，使用起來方便可靠。工作原理為偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的慣性來驅(qū)動振動桿，進(jìn)而產(chǎn)生變量載荷。電液伺服疲勞試驗機(jī)這種試驗機(jī)是近幾年來所產(chǎn)的比擬新型的疲勞試驗機(jī)，該機(jī)特點比擬的靈活好用，因為電液伺服疲勞試驗機(jī)的載荷類型及波形都可任意選擇，也可以做對稱循環(huán)和非對稱循環(huán)，非常的容易實驗對程序的控制，例如和計算機(jī)配合，便可以實驗載荷加載的自動控制。液壓式疲勞試驗機(jī)該試驗機(jī)最大特點是加載的載荷噸位大，可是液壓式疲勞試驗機(jī)工作頻率比擬低，載荷的控制換向方面，是通過試驗機(jī)的電磁閥或者電測換向閥實現(xiàn)的，該種機(jī)型可以滿足各種類型疲勞試驗的要求。復(fù)合應(yīng)力式疲勞試驗機(jī)復(fù)合應(yīng)力式疲勞試驗機(jī)特點是，可以加載彎曲和扭轉(zhuǎn)反復(fù)變量載荷，由電動機(jī)驅(qū)動輪驅(qū)動偏心塊來實現(xiàn)載荷的反復(fù)加載。旋轉(zhuǎn)彎曲式疲勞試驗機(jī)該機(jī)為應(yīng)用于疲勞試驗的最早期設(shè)備，該機(jī)的特點是精度很高，使用起來可靠，結(jié)構(gòu)比擬簡單，載荷是由砝碼施加的恒定壓力產(chǎn)生的，并且產(chǎn)生交變的應(yīng)力，并以此來到達(dá)疲勞試驗的目的。電磁激振式試驗機(jī)該試驗機(jī)為高頻試驗機(jī)，頻率可到達(dá)3000次/每分鐘以上，特點是能產(chǎn)生非常高的頻率，炒作方面也非常簡單，適用于各種元件材料的抗疲勞實驗。1.2.1目前國內(nèi)主流汽車板簧疲勞試驗機(jī)當(dāng)下我國主要的板簧疲勞試驗機(jī)主要有以下兩種機(jī)型，下面將對兩種試驗機(jī)做出簡單的介紹?！?)機(jī)械激振式板簧疲勞試驗機(jī)激振式疲勞試驗機(jī)主體結(jié)構(gòu)由機(jī)械傳動系統(tǒng)，試驗機(jī)機(jī)身，偏心滑結(jié)構(gòu)以及支架等結(jié)構(gòu)組成。該試驗機(jī)的工作作原理:首先是試驗機(jī)的傳動局部，伺服電機(jī)通過皮帶輪驅(qū)動偏心輪的轉(zhuǎn)動，并且通過偏心輪軸端的連桿裝置是滑塊實現(xiàn)上下循環(huán)運(yùn)動。(2)滑塊的上下振幅的調(diào)節(jié)，是改變偏心輪及偏心凸圓實現(xiàn)的。(3)工作臺上的兩個活動的小車，其作用是支撐板簧的兩端。(4)試驗機(jī)在啟動的時候是空載啟動，當(dāng)伺服電機(jī)驅(qū)動偏心輪運(yùn)轉(zhuǎn)時，空氣壓縮機(jī)使離合器脫離開，在偏心輪完全運(yùn)動起來以后，此時要松開離合器，因為彈簧的作用偏心輪與內(nèi)轂連接，進(jìn)而使主軸轉(zhuǎn)動?！?)液壓式板簧疲勞試驗機(jī)液壓式板簧疲勞試驗機(jī)主要分為三局部，：主機(jī)、液壓站、電控柜。主機(jī)包括工作臺、作動器升降缸、伺服閥的液壓部件，此外，主機(jī)還應(yīng)包括負(fù)荷傳感器和行程傳感器。液壓站是為整個設(shè)備提供動力的局部，由伺服電機(jī)，液壓缸等部件構(gòu)成。電控柜是整個系統(tǒng)的控制中心，由電源，控制面板，計算機(jī)以及各種的控制元件構(gòu)成。1.3汽車板簧的技術(shù)條件〔1〕一般性要求汽車鋼板簧應(yīng)符合中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且能夠按照經(jīng)該規(guī)定批準(zhǔn)審核的圖樣以及技術(shù)要求進(jìn)行加工生產(chǎn)，如果碰到有特殊情況的，在設(shè)計汽車鋼板簧前應(yīng)和生產(chǎn)廠家另訂協(xié)定，還要在產(chǎn)品圖樣上標(biāo)明。汽車彈簧片不能存在在使用過程中出現(xiàn)過熱過少等缺陷。汽車板彈簧片在拉伸外表，按照ZBTo6001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外表噴丸。汽車板彈簧片的摩擦外表上，在裝配前，應(yīng)將石墨潤滑脂〔片間有墊片的除外〕涂抹在外表上。汽車板簧總裝后應(yīng)該在外表涂漆。不過卷耳襯套〔除裝橡膠襯套的外〕，不能涂漆，此處采其用他防銹方法。材料汽車板彈簧片的材料是在GB1222的標(biāo)準(zhǔn)下挑選的熱軋彈簧鋼。汽車板彈簧片要經(jīng)過熱處理，硬度范圍是HB375-444.汽車板彈簧片的金相組織，必須符合JB3782中的有關(guān)規(guī)定。表一規(guī)定了對汽車鋼板彈簧片每邊總的脫碳層〔炭素體+過渡層〕深度的要求。表1-1脫碳層深度要求片厚脫碳層深度與片厚半分比小于或者等于83大于82.5板簧尺寸精度襯套中的汽車板彈簧卷軸線的傾斜〔如圖1圖2的兩個方向上〕，其偏差不大于1%。圖1.1圖1.2汽車板簧總成夾緊后，在U型螺栓夾緊距離及支架滑動范圍內(nèi)的總成寬度應(yīng)符合表1.1的規(guī)定。表1.2總寬度與寬度偏差總成寬度寬度偏差小于或者等于100+2.5大于100+3.0汽車鋼板蛋黃總成〔平直時〕兩卷耳軸心距的偏差不大于正負(fù)三，一端卷到彈簧片中心孔〔或者定位凸包〕的偏差不大于正負(fù)疑點五毫米。汽車鋼板彈簧總成，在靜載荷下的弧高偏差不大于正負(fù)6mm，重型汽車不大于正負(fù)8mm。汽車板彈簧裝入支架內(nèi)的各片的側(cè)面彎曲，每米不大于1.5mm。其余各片每米不大于3mm。汽車板簧的性能要求汽車鋼板彈簧總成，應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓縮，經(jīng)預(yù)壓縮后的總成，再以產(chǎn)品圖樣給定的驗證負(fù)荷壓縮時，不得產(chǎn)生永久變形，測量精度為正負(fù)0.5mm。汽車鋼板彈簧總成剛度偏差應(yīng)符合表3的要求。表3剛度范圍與偏差剛度范圍偏差≦93.2N/mm=7%>93.2N/mm=10%在應(yīng)力幅為323.62MPa〔3300kgf/c㎡〕最大應(yīng)力為833.57MPa〔8500kgf/cm〕的實驗條件下，汽車鋼板彈簧的疲勞壽命不小于8萬次。檢驗規(guī)那么產(chǎn)品需經(jīng)過制造廠檢驗部門的嚴(yán)格檢測并檢驗合格后才能出廠，并附有證明產(chǎn)品合格的文件或標(biāo)識。汽車鋼板彈簧總成出廠檢驗工程為：永久變形、靜載荷弧高、彈性變形〔或者剛度〕、卷耳寬度、卷耳平行度、卷耳垂直度、襯套孔徑、U型螺栓夾緊范圍內(nèi)的寬度和硬度。汽車鋼板彈簧總成型式檢驗工程為：臺架疲勞試驗、金相組織檢驗。訂貨單位有權(quán)抽檢產(chǎn)品，按隨機(jī)抽樣的方法進(jìn)行抽樣，具體檢驗方法，由雙方協(xié)定。1.3.1汽車板簧的抗疲勞檢驗工程以及檢驗方法對汽車板簧的抗疲勞強(qiáng)度檢驗的方法主要分為三種：程序抗疲勞檢驗法、標(biāo)準(zhǔn)檢驗法、隨機(jī)抗疲勞檢驗法。(1)程序抗疲勞檢驗法，能夠很真實清楚的反響出模擬板簧所受到的應(yīng)力，這種檢驗方法能夠在各種情況下加載不同的應(yīng)力載荷，并且能夠建立室內(nèi)的程序抗疲勞強(qiáng)度載荷的加載譜?！?〕標(biāo)準(zhǔn)板簧抗疲勞強(qiáng)度檢驗法，也叫做等幅抗疲勞強(qiáng)度檢驗法，這種方法是采用循環(huán)脈動裝置，來模擬汽車在運(yùn)動情況下，帶給板簧的載荷，它能夠以一種固定的頻率加載載荷，并且用疲勞試驗次數(shù)作為檢驗結(jié)果?！?〕隨機(jī)抗疲勞檢驗法，這里的隨機(jī)并不是完全意義上的隨機(jī)，而是在某種特定的條件下進(jìn)行的隨機(jī)檢驗，這種方法是用可變的載荷進(jìn)行檢驗的，那第一種與之比擬有點落后，因為這種方法的載荷平均值以及幅值能夠隨意的變化，其檢驗次數(shù)也是任意可變的，綜上所述，這種方法比擬接近于汽車在實際狀況中所受應(yīng)力的情況。以上對汽車板簧抗疲勞強(qiáng)度的檢驗方法，各有優(yōu)缺點，那第二種來說，第二種檢驗方法是最早期的檢驗方法，也是最簡單的方法，因為檢驗的標(biāo)準(zhǔn)一樣，從而讓檢驗具有了可比性，比方不同廠家或者不同車間再或者同一試件在技術(shù)改進(jìn)前后，都可進(jìn)行比擬，可以直觀的看出其優(yōu)劣性。上面涉及到的方法一和三，是近幾年才出現(xiàn)的比擬新的檢驗方法，他們的優(yōu)點就是先進(jìn)，因為這兩種方法可以將試件在一種虛擬的真實情況下進(jìn)行檢驗，就拿程序抗疲勞強(qiáng)度檢驗法法來說，這種方法的6級檢驗程序每一個循環(huán)，就代表汽車在試車場跑了半圈，通過這種方法，就可以比擬真實的將板簧壽命與汽車行駛的里程聯(lián)系起來。汽車板簧抗疲勞強(qiáng)度檢驗方法汽車鋼板彈簧的檢驗方法上面也介紹了很多，這里是本次設(shè)計中所采用的對于汽車鋼板彈簧的檢驗方法，下面是具體的介紹：汽車板簧的抗疲勞強(qiáng)度實驗、板簧在垂直負(fù)荷下的永久變形實驗，其中抗疲勞強(qiáng)度實驗包括：垂直負(fù)荷下的永久變形試驗、汽車板簧的特性試驗、垂直負(fù)荷下的疲勞試驗。1〕試驗中的支撐與夾持措施圖3所示的為帶有卷耳的汽車板簧。如下圖，板簧的固定是用銷將卷耳固定在小車上，其他地方應(yīng)參照圖紙與規(guī)定支撐。圖1.3板簧固定示意圖1汽車板簧2銷軸3滑動小車4滾動輪2〕試驗方法按照板簧圖紙上的負(fù)荷，緩慢的給汽車板簧進(jìn)行一次加載、卸載后，測量此時板簧的弧頂?shù)母叨?，然后用此前的載重連續(xù)加載兩次，卸載兩次，然后測量彈簧的弧頂高度，把兩次測得的數(shù)值比擬。汽車鋼板彈簧的特性試驗包括一下兩種1〕支撐和夾持方法與試驗1的方法一樣這里就不在贅述。2〕試驗方法用規(guī)定的負(fù)荷緩慢、連續(xù)的對汽車板簧進(jìn)行加、卸載，并記錄板簧弧頂高度的變化量與載重的變化。如果是逐級加載，應(yīng)不少于七個測試點，如果超過每一級別規(guī)定的載重，應(yīng)該將載重一級一級的減到該級別的二分之一一下，然后在重新加載負(fù)荷到指定的值。當(dāng)加載到1.5倍滿載靜載荷時，其后用加載時同樣的方法經(jīng)行卸載，并將彈簧變形量與載荷變化記錄下來，自由狀態(tài)下彈簧特性試驗時，負(fù)荷通過圖4所示的加載塊施加。圖1.4板簧自由狀態(tài)負(fù)荷圖〔3〕垂直負(fù)荷下的疲勞試驗1〕支撐與夾持方法帶卷耳彈簧的支撐方法和1中的方法相同，其他結(jié)構(gòu)彈簧按車上的實際安裝狀態(tài)或者功能上類似的狀態(tài)支撐；其中間局部也按車上安裝狀態(tài)或功能上類似的安裝夾緊。2〕實驗方法：實驗前應(yīng)當(dāng)模擬真實情況下的彈簧特性。樣品按照規(guī)定安裝在試驗臺后，施加預(yù)加負(fù)荷，再以一定的載荷進(jìn)行脈動疲勞試驗。Fm〔預(yù)加變形〕與Fa〔脈動幅度〕見下式：(1.1)極限變形量為：((1.2)式中：Fi——夾緊狀態(tài)的彈簧滿載靜變形量β——彈簧種類系數(shù)：載重汽車：前板簧2.5后主板簧2.0越野性汽車：板簧系數(shù)為3.0客車：前后板簧2.0汽車的副簧采用主板簧對應(yīng)值。3〕實驗進(jìn)行到、、、次時，調(diào)正夾緊螺栓的扭矩及預(yù)加負(fù)荷到規(guī)定的值，并記錄預(yù)加負(fù)荷調(diào)正量。4〕試驗中每隔次檢查一次樣品，發(fā)現(xiàn)裂紋后，每次檢查一次。5〕試驗中樣品外表最高溫度不得超過150℃6〕在一家彈簧樣品中，以任何一片鋼板首先出現(xiàn)宏觀裂紋〔同一部位兩側(cè)面沿厚度方向裂通〕時的循環(huán)次數(shù)，作為該樣品的壽命。汽車板簧疲勞試驗的標(biāo)準(zhǔn)如圖1.5所示，W為實驗開始時提前加的負(fù)荷，其目的是讓板簧的變形應(yīng)力到達(dá)，然后在交變應(yīng)力P〔t〕的作用下，讓交變的振幅能夠到達(dá)，由此進(jìn)行彈簧的疲勞實驗。圖1.5汽車板簧疲勞試驗的標(biāo)準(zhǔn)計算公式：(1.3)變形的最大量：(1.4)式子中：Fa——汽車板簧實驗的應(yīng)力幅值，單位是kgf/cm2Fm——汽車板簧試驗時的平均應(yīng)力變形幅值，單位是kgf/cm2Fi——試驗滿載時板簧的變形量，單位為cmΒ———各種彈簧的彈性系數(shù)在板簧設(shè)計時，一般情況下要根據(jù)常用到的經(jīng)驗性的公式來計算Fa及Fm的值。具體計算公式如下：(1.5)計算式中〔1.6〕E——板簧的彈性模量，單位是MPa—板簧的斷裂面模量，單位是——汽車板簧總的慣性力矩，單位是——汽車板簧的系數(shù)撓度系數(shù)——汽車板簧的厚度，單位是mmb——板簧的寬度，單位是mmL——汽車板簧的伸長數(shù)值，單位是mm第2章汽車板簧疲勞試驗機(jī)主體局部的設(shè)計汽車板簧疲勞試驗機(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器上下運(yùn)動，實現(xiàn)給定波形的疲勞加載，到達(dá)檢測板簧壽命的目的。其中液壓系統(tǒng)是該試驗機(jī)的主要動力系統(tǒng)，通過液壓缸的升降實現(xiàn)實驗臺的升降，試驗臺的升降速度及幅度，均有試驗機(jī)的微機(jī)控制電路完成。汽車板簧疲勞試驗機(jī)的機(jī)械局部如圖6所示圖2.1汽車板簧疲勞試驗機(jī)簡圖1、試驗機(jī)底座2、試驗臺3、板簧支撐4、板簧5、橫梁6、立柱7、升降缸8、作動器9、油管10、卡環(huán)2.1立柱的設(shè)計與分析〔1〕立柱高度確實定根據(jù)《技術(shù)手冊》及其試驗機(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：因為〔2.1〕所以〔2.2〕即〔2.3〕又因為〔這里的四分之一是試驗機(jī)有四根立柱，每一根立柱都承載總負(fù)荷的四分之一〕那么〔2.4〕所以〔2.5〕如果按照d=140mm那么〔2.6〕所以(2.7〕那么N/m〔2.8〕如果按照整體機(jī)器的二分之一考慮，那么K=N/m(2)立柱直徑確實定可用類比方法來確定，可參照MTS318.50B主立柱的根架的設(shè)計。由于N兩立柱的距離d=850mm=1819mm那么〔2.9〕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2.2立柱的安裝方式a圖2.2的結(jié)構(gòu)特定，圖2.2是WE萬能系列結(jié)構(gòu)，其特點為在立柱的加工時其加工量少，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)，裝配時有一定困難。圖2.3立柱的安裝方式b圖2.3的結(jié)構(gòu)特點，從圖2.3可看出這種結(jié)構(gòu)形式在加工時很浪費(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，但是安裝時有一定的困難。綜合以上所述，再結(jié)合本設(shè)計中所要求的技術(shù)參數(shù)，及試驗機(jī)在實際運(yùn)作時所需的技術(shù)要求，所以在設(shè)計時運(yùn)用圖b所示的安裝方式來完本錢次試驗。2.2夾緊缸的設(shè)計根據(jù)本次設(shè)計中的技術(shù)要求，以及實際狀況下該疲勞試驗機(jī)的所受負(fù)荷的總重量特選如圖7所示的夾緊缸，以及該試驗機(jī)的夾緊方式。圖2.4橫梁的夾緊及夾緊缸示意圖1橫梁2缸蓋3夾緊缸2.3橫梁的設(shè)計圖2.5橫梁的俯視圖疲勞試驗機(jī)的設(shè)計中最困難的就是橫梁的設(shè)計。這需要對它的剛度，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)的夾緊動作下，夾緊部位要承受疲勞載荷。對疲勞載荷過于保守的設(shè)計可能產(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外表可能會產(chǎn)生磨損故障。在總體設(shè)計階段所審議的橫梁外形的幾個可行方案中，我們最終采用了圖1〔a〕中的方案，因為它制造工藝簡單，夾持部位應(yīng)力分布相對均勻。為了確保測試和夾緊缸有足夠的空間，橫梁的寬度和長度分別設(shè)計為880mm和1540mm。為了獲取適宜的橫梁厚度，我們對不同厚度的橫梁在500KN和1000KN的載荷下的變形量進(jìn)行了實驗計算，如圖4所示。以橫梁最大允許變形量為0.05mm的剛度要求為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確定橫梁厚度為300mm.應(yīng)力分析對優(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，并且在加緊動作期間具有較低的應(yīng)力，以防止疲勞損傷。如果能滿足以下條件，設(shè)計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，是夾緊面的壓強(qiáng)，R是立柱的半徑，P是作動器最大輸出壓力，W是橫梁的重量，n是立柱的數(shù)目。為了確定,夾緊部位的設(shè)計被視為一個用來獲得應(yīng)力分析參數(shù)的簡化模型，如圖5所示。自由體受力圖的力平衡規(guī)定〔2.10〕其中，F(xiàn)是夾緊缸輸出力，定義如下〔2.11〕是液壓缸的內(nèi)徑，是活塞桿的直徑，是夾緊缸的壓力，m是夾緊缸的數(shù)量。為了確定，角θ方向的力F可以從夾緊元件受力平衡圖中獲得，如下圖〔2.12〕并有以下關(guān)系由公式〔4〕可知，臨界條件為θ=π時，，那么為〔2.13〕θ=0時，F(xiàn)為〔2.14〕夾緊缸根據(jù)公式〔1〕中的條件設(shè)計，由如下分析獲得。圖2.6加緊面在任意角度θ方向的變形曲線實際上，夾緊面的壓強(qiáng)的分布可以看作是線性函數(shù)和非線性函數(shù)的疊加。如果只是線性分布，那么由公式〔2〕可知，為〔2.15〕如果只是非線性分布，的分布近似服從沒有立柱時加緊部位的撓度曲線。曲線中的，可以運(yùn)用Boresi等人在1978年提出的卡式定理計算出，計算公式如下：〔2.16〕其中是角θ方向偏移量的豎直分量,是角θ方向由夾緊力F引起的偏移量的豎直分量,U是加緊局部的瞬時應(yīng)力引起的應(yīng)變能.加緊部位的撓度曲線可按照公式(2.16)計算,如圖6所示.非均勻分布與的關(guān)系如下〔2.17〕其中,A是圖6中斜線局部的面積，B是橫梁的厚度。圖2.7橫梁距離壓力曲線圖根據(jù)圖5〔a〕和〔b〕進(jìn)行的應(yīng)力分析，為加緊局部的設(shè)計提供參考信息。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)計成如圖5〔C〕所示。但是加緊部位的厚度T必須重新設(shè)計，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〔2.18〕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，計算機(jī)程序是基于上述的簡單等式〔1~9〕和圖5中最終確定的幾何尺寸開發(fā)出來，用來計算加持力和橫梁加緊部位的最正確尺寸。圖7曲線顯示出夾緊局部沿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局部，我們用反射偏振鏡系統(tǒng)對圖5所示的各點進(jìn)行了光學(xué)彈性應(yīng)力分析，以通過實驗檢測出設(shè)計的缺陷。因為最終的設(shè)計結(jié)構(gòu)與用于應(yīng)力表2光彈性法測出的模擬壓力值測量點abcdef條紋級數(shù)1.832.722.882.702.91.83〔MPa〕1.952.93.072.883.091.95(MPa)99.5147.9156.6146.8157.799.5分析的簡化結(jié)構(gòu)有很大不同。根據(jù)Zandman，衛(wèi)特拿和戴利的理論，應(yīng)變和光彈性條紋的關(guān)系為。由于最大應(yīng)力出現(xiàn)在模型的外表，所以應(yīng)力可以表示為〔2.19〕其中，f是材料條紋值，N為條紋級數(shù)，為泊松比。我們利用光彈性涂層材料制作了一個縮小了十分之一的模型，型號PS-1A，起參數(shù)如下：E=2480MPa，=0.38，，t=3mm。模型中的壓力和試件中的壓力關(guān)系如下：〔2.20〕其中，F(xiàn)是力，L是長度，下標(biāo)m和p分別表示試件和模型。表2中顯示出光學(xué)彈性法實驗應(yīng)力分析的結(jié)果。光學(xué)模型中最大應(yīng)力發(fā)生在e點，夾緊力為250KN時，試件中的最大應(yīng)力為157.7MPa。由于橫梁材料SC46C鑄鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度為225.4MPa和450.8MPa，試件的最大應(yīng)力能夠保證疲勞試驗機(jī)的平安使用壽命。此外，在橫梁和立柱的接觸面上，可能會發(fā)生疲勞磨損。為了防止這種疲勞磨損，鋁軸套要插入立柱和橫梁之間。利用軸套減少摩擦是一種很常見的做法，但是很少用在防止疲勞磨損方面。2.4橫梁升降缸的設(shè)計橫梁重量確實定：橫梁質(zhì)量〔2.21〕橫梁體積〔2.22〕綜上公式可得到橫梁的理論質(zhì)量應(yīng)為9800kg應(yīng)為橫梁不是嚴(yán)格意義上的實心，并且從橫梁的俯視圖上可以看出9800kg與實際上有些出入，再加上作動器，傳感器以及加載汽車板簧的夾持裝置，可確定為總重量約為6000kg由上面給出的試驗機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖可以看出橫梁升降缸共有兩個，分別裝在橫梁的左右兩側(cè)對角線上。如果液壓缸的柱塞直徑取ф50mm，在這種情況下油壓為：〔2.23〕如果再將升降缸的柱塞加粗之直徑為60mm，這時的油壓為：〔2.24〕綜合各方面及工作平安性的考慮此時較為適宜所以選擇柱塞直徑為60mm的升降缸作為本次本次設(shè)計中所使用的橫梁升降缸2.5作動器的設(shè)計與校核〔1〕作動器是是一種執(zhí)行的機(jī)構(gòu)，它能夠把從儲能器的液壓能轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，作動器還帶有位移傳感器或各種控制開關(guān)，能夠進(jìn)行伺服控制。下面是對于作動器的設(shè)計與校核。圖2.8作動器活塞剖視圖活塞體積的計算：〔2.25〕所以活塞的質(zhì)量M為：〔2.26〕作動器內(nèi)的液壓油質(zhì)量：〔2.27〕B兩口是作動器上的兩個伺服，其質(zhì)量的計算公式為：〔2.28〕其中油管直徑d=3cm，油管長度L=25cm所以油管的體積為：〔2.29〕油管的通油面積〔2.30〕所以〔2.31〕綜上所可得出作動器總質(zhì)量〔2.32〕作動器的固有頻率〔2.33〕那么〔2.34〕所以〔2.35〕根據(jù)作動器頻率的選擇原那么可知頻率應(yīng)選16Hz2.6底座的計算與校核圖2.9底座三視圖試驗機(jī)的底座在整個試驗中起著承載整個試驗機(jī)重量以及試件的重量，對試驗的影響很大，所以最好對試驗機(jī)底座的設(shè)計與校核十分重要。1試驗機(jī)的彎矩圖如圖11所示圖2.10底座彎矩圖如圖10所示計算底座的強(qiáng)度與變形底座強(qiáng)度的計算〔2.36〕〔2.37〕〔2.38〕有公式(2.36)(2.37)(2.38)可得(2.39〕遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以底座材料可選QT600-3，，強(qiáng)度方面完全滿足試驗機(jī)對底座強(qiáng)度的要求。底座撓度的變形計算：〔2.40〕通過上面的計算與校核可以看出，尺寸方面有點保守，在加工過程或者工藝優(yōu)化方面可以適當(dāng)?shù)墓?jié)省材料。2.7油源的設(shè)計表2.1試驗機(jī)要求振幅〔mm〕2.5515100頻率〔Hz〕301261表4為設(shè)計任務(wù)上的要求試驗的行程那么最大負(fù)載流量〔2.41〕又〔2.42〕那么將高壓泵的轉(zhuǎn)速n初步選為n=1480〔r/min〕所以V將大于或者等于48〔r/min〕。2.8伺服電機(jī)的選擇由選取的高壓泵可以得出，高壓泵的實際輸出流量〔2.43〕所以伺服電機(jī)的功率又因為〔2.44〕所以由上述計算可得，伺服電機(jī)可選皖南電機(jī)公司出產(chǎn)的Y2—200L—2，作為本次設(shè)計中的伺服電機(jī)。第3章電氣控制局部與數(shù)據(jù)的仿真3.1位移放大電路的設(shè)計通常情況下，由于傳感器的信號輸出非常的微弱，這里顯示的簡便性，記錄下輸入信號并且與輸出端的信號進(jìn)行比擬，這里叫要將信號經(jīng)行放大處理，此處的放大的裝置稱測量放大器。根據(jù)差動放大器能夠克服溫度上升帶來的溫度漂移問題，所以應(yīng)選用差動放大電路。圖3.1差分放大電路圖該電路中，溫度對稱及參數(shù)對稱的晶體管是T1、T2，所以,,,由于該電路的參數(shù)在兩邊也對稱，所以該差動電路中就有了兩個輸入端，u0為輸出的電壓，其大小來自于T1、T2兩管的兩個集電極。抑制由于溫度上升而帶來的零點漂移根本原理在該電路靜態(tài)的時候，ui1=ui2=0，由電路兩邊參數(shù)對稱性可得(3.1)(3.2)此時的電路輸出電壓為(3.3)由于兩個晶體管的各種參數(shù)對稱性，不難得出溫上升時，就會讓兩個晶體管的電流與電位產(chǎn)生相同的變化，所以應(yīng)使得電路輸出電壓的溫度漂移等于零，借此來阻止電路的零點漂移。電路信號的輸入方式多樣化，取決于它具有兩個輸入端?！?〕電路的共模輸入信號：兩端極性相反但輸入信號電壓相等時，此時的輸入信號稱為共模輸入信號。所以當(dāng)差動電路的輸入信號是共模信號時，由共模信號的特性可得出，輸出電壓為u0=0，此時的放大倍數(shù)時〔3.4〕〔2〕差模輸入信號：兩端極性相反但輸入信號電壓相等時，此時的輸入信號，此時為差模輸入信號，其放大的倍數(shù)是，因此〔3.5〕〔3.6〕〔3.7〕兩個輸入端的電壓差值除以輸入時的電壓，就是差摸放大倍數(shù)?！?.8〕差動放大電路的特性是：共射極放大電壓倍數(shù)和差摸放大倍數(shù)相等。〔3〕差動電路的比擬輸入信號：如果兩端輸入的不是〔1〕、〔2〕提到的兩種信號，此時稱之為比擬輸入信號，通常把這種信號分解為：uic〔共模信號〕、uid〔差模信號〕，這種方法可以讓分析處理簡單化。比方ui1、ui2，兩種信號的關(guān)系是〔3.9〕〔3.10〕由上面兩個信號可以求出比擬輸入信號。3.2低通濾波器低通濾波器作用比擬簡單：通低頻阻高頻。常用在去掉輸入信號中不想得到的高頻信號，去除高頻對實驗的干擾圖3.2低通濾波器3.3無限增益多路反響3.3.1無限增益多路負(fù)反響二階濾波電路的特點采用了反相的接線方法，其優(yōu)點為：輸出與輸入電壓的具有相反的電位，電器元件少，不過在增益調(diào)節(jié)方面略顯缺乏。有源二階低通濾波電路〔1〕壓控電壓源二階低通濾波電路如圖3,2所示。電路的傳輸函數(shù)見下式：〔3.11〕統(tǒng)一化的傳輸函數(shù)為：〔3.12〕，是品質(zhì)因數(shù)通帶內(nèi)，電壓放大倍數(shù)為：〔3.13〕截止角頻率為：〔3.14〕〔3.15〕因為輸入有偏置電流和漂移都對電路產(chǎn)生影響，所以：〔3.16〕由式〔3.16〕與式子可以得出：〔3.17〕〔3.18〕圖3.3壓控電壓源二階有源低通濾波器圖3.4無限增益多路負(fù)反響二階低通濾波電路〔2〕無限增益多路負(fù)反響二階低通濾波電路如圖3.4所示，傳輸函數(shù)如下式所示：〔3.19〕統(tǒng)一化的傳輸函數(shù)為：〔3.20〕，是品質(zhì)因數(shù)。通帶內(nèi)，電壓放大倍數(shù)：〔3.21〕截止角頻率為：〔3.22〕由此我們設(shè)計了如下圖的的電路圖3.5濾波電路3.4OP07放大器OP07是微電流放大器，和普通運(yùn)放一樣都用于放大電路。但是OP07的輸入靈敏度更高。不同型號后綴的OP-07其輸入的靈敏度不一樣，如OP07A的輸入偏置響應(yīng)電壓最大為25uV，OP07E/OP07J/OP07Z的輸入偏置響應(yīng)電壓最大為75mV，而其它的如Op07C/OP07D/OP07Y等的輸入偏置響應(yīng)電壓最大為150mV。另外，不同型號的OP-07的工作溫度范圍也不一樣，如OP07A/OP07/OP07RC的工作溫度范圍為-55℃~+125℃，OP07E的工作溫度范圍為0℃~+70℃，而OP07C/OP07D的工作溫度范圍為-40℃~+85℃。第4章labviwe的應(yīng)用與仿真Labviwe是一款虛擬模擬現(xiàn)實的軟件，在電子電器與生活中常有應(yīng)用，由于水平與條件的限制，下面是模擬試驗機(jī)的動作過程。圖4.1試驗機(jī)給板簧的壓力與位移值圖4.2力值與位移程序圖圖3-8力值的面板圖4.3板簧力-位移圖下面是程序框圖圖4.4力值測量系統(tǒng)的程序框圖圖4.5板簧疲勞試驗機(jī)力-位移的程序框圖第5章結(jié)論本次設(shè)計是汽車板簧試驗機(jī)，涉及面廣，設(shè)計到電氣、液壓、機(jī)械等相關(guān)專業(yè)知識。首先是板簧疲勞試驗機(jī)的主體局部，設(shè)計到機(jī)械知識，立柱的計算與校核，橫梁與底座的設(shè)計，還有作動器，升降臺的設(shè)計等等，液壓系統(tǒng)是整個試驗機(jī)的動力系統(tǒng)，負(fù)責(zé)整個試驗機(jī)的升降與力的加載，是疲勞試驗機(jī)正常運(yùn)行的重要保障：電氣局部是整個試驗機(jī)的大腦,控制著整個疲勞試驗機(jī)的運(yùn)行?？刂齐娐纺M仿真局部，運(yùn)用labviwe進(jìn)行板簧力-位移的波形圖，模擬出板簧疲勞試驗機(jī)的真實的運(yùn)行。主機(jī)局部的橫梁采用材料是Q235-A，周邊倒角，外表進(jìn)行噴漆處理，防止腐蝕。其中橫梁兩邊與立柱的連接局部最為重要，是橫梁最薄弱的環(huán)節(jié)，在設(shè)計時要考慮來自各方面的受力。立柱局部的設(shè)計根據(jù)相關(guān)手冊與技術(shù)要求，先確定了立柱的尺寸，在計算試驗機(jī)立柱要承載負(fù)荷，得出立柱的直徑與最末端的設(shè)計形狀。根據(jù)立柱的末端設(shè)計確定立柱作的工藝，采用熱裝。作動器的設(shè)計最為復(fù)雜，作動器是整個機(jī)器的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，將來自油源的壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)器的動力，設(shè)計時要考慮到達(dá)，整個機(jī)器的負(fù)重，活塞質(zhì)量，以及板簧重量橫梁重量等等，所以在設(shè)計時要充分考慮到來自各方面的負(fù)荷。液壓系統(tǒng)是機(jī)器的動力裝置，在設(shè)計時，根據(jù)試驗機(jī)特性，升降高度，夾緊方式等，進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計。伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計，差動位移放大器的選擇和放大倍數(shù)，以及低通濾波器的選擇，都是根據(jù)整個試驗機(jī)的需要，進(jìn)行選擇。仿真局部，用labviwe仿真軟件，在電腦上編寫程序框圖，進(jìn)行模擬試驗機(jī)在真實情況下的具體運(yùn)行狀態(tài)。參考文獻(xiàn)[l]陳家瑞.汽車構(gòu)造:下冊=M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005[2]殷磊.汽車板簧疲勞試驗方法的分析與改進(jìn)=Dl.南昌:南昌大學(xué),1999[3]胡斌祥.鋼板彈簧壽命試驗性與實用性評估比擬研究[J].武漢汽車工業(yè)太學(xué)學(xué)報,2000,(10):9一12.[4]方昌林,吳志敏.農(nóng)用運(yùn)輸車鋼板彈簧的疲勞壽命試驗[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2001,22(2):60一62[5]倪根林.汽車鋼板彈簧共振疲勞試驗[J1.汽車工藝與材料,1999,4:37一39[6]機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn).JB3383一83汽車鋼板彈簧臺架試驗方法=M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1984[7]楊可森,程永全,席中慧,李宏偉.PWS-1000型電液伺服動靜萬能試驗機(jī)的動態(tài)特性分析[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2002,(6):149-04[8]楊可森,席中慧,李宏偉,程永全.電液伺服動靜萬能試驗機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的一些原那么[J].工程設(shè)計學(xué)報2002,(8):4403[9]張福波,董彩云,張齊生,?；鄯?變結(jié)構(gòu)控制方法在材料試驗機(jī)中的應(yīng)用[J].流體傳動與控制.2007(04)[10]孫瑞利,周建桃.電液伺服閥的原理及其故障的排除[J].航海技術(shù).1999:25-28.[11]關(guān)景泰.機(jī)電液控制技術(shù)[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,2003,4:54-55.[12]裴忠才,朱善安.電液伺服系統(tǒng)的積分滑模自適應(yīng)控制[J].電工技術(shù)學(xué)報.2005(04)[13]駱涵秀.試驗機(jī)的電液控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991[14]陶永華.新型PID控制及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[15]王占林.液壓伺服控制[M].北京航空學(xué)院出版社,1987.1:88-95.[16]J.C.Jones.DevelopmentsinDesignofElectrohydraulicControlValvesFormTheirInitialDesignConcepttoPres-entDayDesignandApplications[D].1997[17]PJCostaBranco,JADente.Onusingfuzzylogictointegratelearningmechanismsinanelectro-hydraulicsystem-PartI:actuator’sfuzzymodeling.IEEETrans.systems,man[18]Sohn,I.Bae,D.Jung.W,etal.FatiguedesignofleafsPringbasedonProvingground.AdvansinFractureandFailurePrevention:ProeendingsoftheFifthInternationalConfereneeonFractureandStrengthofSolids(FE0FS2003):SecondInternationalConfereneeonPhysiesandChemistry2004,1295~1300致謝將要畢業(yè)，畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲，意味著我的大學(xué)生活也將畫上一個句號，其實在這四年的大學(xué)生活里，我每天都在想自己學(xué)了什么，可是我一直在搖頭，直到這個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計，我認(rèn)識到自己學(xué)了什么，當(dāng)然，這次設(shè)計離不開老師的悉心教導(dǎo)與催促。特別是感謝李老師的關(guān)心與指導(dǎo)，從年假回來，楊老師就張羅著讓我們準(zhǔn)備各種資料，操心著實習(xí)的相關(guān)事宜。在畢業(yè)設(shè)計時，更是幾乎每天都會來圖書館八樓來給我們指導(dǎo)，同學(xué)們有什么不會的，老師都不會耐心的指導(dǎo)，直到同學(xué)將原理搞明白，搞清楚，發(fā)現(xiàn)不來圖書館的同學(xué)，親自打問清楚，不來的原因。每當(dāng)我們的設(shè)計遇到瓶頸的時候，楊老師便會出現(xiàn)在教室里。在楊老師的指導(dǎo)與催促下，我們充分的發(fā)揮自己的主觀能動性，俯下身，深鉆研，在這一段時間里，我們不僅學(xué)到了機(jī)械局部知識，還學(xué)到了電氣方面的知識，更學(xué)到了一種態(tài)度，一種認(rèn)真踏實細(xì)致的態(tài)度，帶給我們以后踏上社會搭橋鋪路，更是從楊老師身上學(xué)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，一切都讓我們受益匪淺，。在這段時間里，除了楊老師對我們悉心指導(dǎo)，還有很多老師也在指導(dǎo)我們的設(shè)計工作，我也像好幾位老師請教過問題，而且老師都是認(rèn)認(rèn)真真的給我講解，再次向所有老師說聲，你們辛苦了。設(shè)計將要畫上句號，由于自己水平與專業(yè)知識的有限，設(shè)計中難免有些不住，還請各位老師及同學(xué)批評指正，在此再次感謝各位老師與同學(xué)們在這段時間里對我的幫助，謝謝你們。附錄1外文資料DevelopmentofafatiguetestmachineforhighfrequencyapplicationsAbstract:Inthisresearch,acompletesystemofaforcecontrolunitimplementedonahome-builtelectromechanicalfatiguetestmachineisproposed.Theentiresystemincludesanelectro-mechanicalshaker,aloadcell,acontroller,dedicatedsoftware,andanexternalmetallicstructuretoconstrainthespecimen.Admittedly,thebendingfatiguetestonflatspecimenhastobemeasuredbyapplyingacyclicforcewithaconstantfrequency.Thesimplicityofthemachineanditscheapoverallpricearethemostimportantadvantagesoftheproposedsystem.Moreover,themachinehasbeendesignedbasedonthespecimenssuggestedinASTMstandardBendingFatigueTestingforcoatingsamples.Fordemonstrationofmachinefunctionalityinthispaper,themeasuredresultsofsomefatiguetestshavebeenpresentedinordertoshowtheefficiencyofthesystem.Inthisregard,AluminiumflatspecimensweredepositedbyBronzethroughcoldspraycoatingandtheyhavebeenusedassamplesfortest.TheresultsshowthatthemachineiscapableoffollowingtheperquisiterequirementsmentionedintheASTMstandard.1.IntroductionToimprovethemechanicalcharacteristicsofmetalsandmetalalloys,thetechniqueofcoating[1]areoftenused.Verificationofresistanceofthesemodifiedmaterialsintheirexternalstructureiscarriedoutinvariousways.Onewaytomeasurethematerialchangesduetothecoatingeffectisthefatiguetestand,inparticular,testsonspecimensdesignedasdescribedintheASTMstandard[2].Againwithreferencetothisspecification,anentiresystemperformingthefatiguetestsweredesigned.Thissystemutilizessuchspecimensmeasuringsomedefiningcharacteristics.Basedontheexistenceofmachineryalreadyinoperation,wereselectedveryefficientindividualcomponentsandbuiltatestmachinewiththeobjectiveofmaximizingtheefficiencyofthetestsintermsofimplementation,testingtimeandcostsoftheentiremachine.Theworkingparametersonwhichwebasedtheimplementationofthesetestsaretheexcitationfrequencyofthespecimen,theforcesappliedatoneendsideofthespecimenandthedisplacementofthisextreme[3,4].Asnotedinthefrequencyrangeoftheexecutionofthetestsisfrom10Hzto30Hz,theappliedforceisaround3-25Nandthedisplacementsareaboutonetenthofamillimeter.Inadditiontothebenefitsofthechoiceofcomponents,hasbeenimplementedacontrolsoftwarethatcanhandletheevidencewithmaximumefficiencyandsafety.Automationconcernsthedisruptionofthetestinthespecimen’srupturemoment.Inthiswayyouwillnothavedowntime,andthereislessdangeronthemovementofthemachinewithbrokenspecimenstillvibrant.Thearticleisstructuredtohighlightinthefirstparagraphageneralintroductiontotheproblem,inthesecondsectionadetaileddescriptionofthelay-out,HWandSW,inparagraphthreeexperimentsonsamplesofmetalalloycoveredwithsprayBronzeandparagraphfourconclusionsaboutthesystem.2.ThefatiguetestmachineInthissectionashortdescriptionofthefatiguetestmachineisproposed.Themainfeaturesrequiredbythetestrigarethehighfrequency(about20Hz),withrespecttothecommonhydraulictestmachines,andanharmonicforcewithazero-peakamplitudeupto100N.TosatisfytheserequirementsthelayoutreportedinFig.1isadopted.Itispossibletodistinguishtwodifferentlevels:thehardware(HW)andthesoftware(SW).Fig.2.Themachinehardwarelevel:(a)theshakerandthereactionstructure,(b)thespecimenandtheloadcellTheHWlevelincludesthetestmachinecomposedbyaLDStypeV406Aelectrodynamicsshakerandareactionstructureonwhichthespecimenisrigidlyconnected(clamp,Fig.2).ThemaincharacteristicsoftheshakeraresummarizedinTable1.Itisimportanttounderlinethat,duetothespecimenhighflexibility,alsothedisplacementlimit(Ap-psineequalto17.6mm)hastobeconsideredduringthetestdesign.Table1.TheLSDV406AshakermainfeaturesSpecificationLimitMinfrequencyResonantfrequencyMaxdisplacement(Ap-psine)Maxvelocity(A0-psine)Maxacceleration(A0-psine)Maxforce(A0-psine2Hz9000Hz17.6mm1.78m/s490m/s2100NOntheothersidethespecimenislinkedtotheshakerbymeansofarodonwhichapiezoelectric2.5kNloadcell(type9301)ismounted.Thetransducerallowstomeasuretheforceappliedtothespecimenandtofeedbackittothecontrollerunit.Thedouble-hingeconnectionavoidtheundesiredbendingmomenttransfer.ThecontrollerunitisaBrüel&Kj?r1050(±10Vinputandoutputsignals,1MHzclockbase,PDcompensator)drivenbyasoftwaredevelopedinNILabVIEW.Thecontrollerallowstosetthetestfrequencyandamplitudethatiscontinuouslycomparedwiththeactualvaluemeasuredbytheloadcell.MoreoveraNI6009acquisitionboardisabletosampletheforcesignal(1kHzsamplingfrequency)andtosendittotheSW(Fig.3).Thisstoresthedatawithagivenlaw(e.g.20cyclesevery60s),analyzesthesignalinrealtime(min/maxvalue,FFT…)andrunsanalgorithmtomanagethealarmcondition.Infact,toautomaticallystopthetestwhenthesampleisbroken,itispossibletodefineasuitablethresholdonthemeasuredforceharmoniccomponentattheassignedfrequency.Fig.3.ThemachinesoftwarelevelInordertoevaluatethebenefitsintroducedbytheproposedsolution,arougheconomicalinsightisreportedinTable2.Thetotalcostcanbedirectlycomparedwiththecommercialmachinesone,quantifiableinabout120k€,withacostreductiongreaterthan80%.Table2.TheproposedsolutioneconomicaleffortComponentCostNI6009acquisitionboardLDSV406Ashaker+amplifierKistler9301loadcell+amplifierB&K1050controllerPersonalcomputerOther300€5000€3700€12000€500€500€TOTAL22000€3.ThecoatingtestsForshowingthetestmachinecapability,11aluminumspecimenswhicharegeometricallyfollowedtheASTMcoatingstandardhavebeentestedwiththemachine.Fig.4showsthetwoseriesofspecimenswithandwithoutcoatingwhichhavebeentested.Fivespecimensarecoatedwithcoldspraycoatingbybronzepowders.Thecoldspraycoatingisanemergingtechniqueinwhichtheparticlesdepositedonthesubstratebytheirhighkineticenergyduetotheirsupersonicvelocity[5].Fig.4:a)Aluminumspecimencoatedbybronzeandb)noncoatedspecimensOnthespecimens,differentloadshavebeenappliedinordertoexaminethefatiguelimitoftwodifferenttypesofshownspecimeninFig.4.Fig.5showsthequalityofappliedloadbythemachinefortwodifferentrangeoftheloads3Nand20N.AsitisshowninFig.5thereissomedisturbanceintheappliedload(atabout40Hz)inbothlowandhighforceduetothesmallnon-linearityinthemechanism.Fig.6showsthefinalresultsofthenumberofcyclesandappliedstressonthespecimens.ThenumberofspecimensisnotenoughinordertohaveacompleteestimationoftheW?hlerdiagram[6],butitshowsthatthemachineiscapableofapplyingdifferentloadsandcanrestorethedataforalongperiodoftime.Fig.6showsaslightimprovementinfatiguelifeofcoatedspecimens.Anywayitneedsmoreinformationandstudyforabetterconclusionofthespecimens’behaviour.Fig.5theloadappliedbymachinefor60sofworkingata)3Nandb)20NFig.6Cycle-stressdiagramforbothcoatedandnon-coatedspecimens.4.ConclusionsAtestmachinebasedonthestandarddescriptionhasbeendeveloped.Themachineiscapableofdoingthefatiguetestindifferentrangeofloadswithdifferentfrequencies;bycombingtheSWandHWwithadevelopedcode,themachinecanrestorethedataduringthetestbyanyneededresolutions.Twoseriesoftestsonthesuggestedspecimenbythestandardhavebeenexaminedonthemachineinordertochecktheperformanceofitsdifferentaspects.Although,theappliedforcesarenotcompletelynoiseless,notonlytheperformanceofthemachinefollowstheperquisiterequirementmentionedinthestandard,butalsothecostofthemachineisconsiderablylessthanthecommercialcompetitorsinthemarket.Basedonthepresentedresults,themachineisabletocontinueworkingforalongperiodoftimeandmeanwhileitcanrestorethedataofappliedload.Thecon