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1、第11卷 第5期 Vol. 11 No. 5重 庆 工 业 管 理 学 院 学 报 Journal of Chongqing Institute of Technology Management1997年10月 Oct. 1997汽车零部件试验检测方法石晓辉 施 全(重庆工业管理学院车辆工程学院 重庆400050)摘要 简略介绍了汽车零部件的主要试验方法和试验装置。重点叙述了汽车传动系统各总成及车身、 车架等总成的试验方法,分析了各种常用试验设备的优缺点,并介绍了国际上汽车零部件试验方法的一些新的动向。 关健词 发动机 底盘 车身 测功机 机械传动试验台 惯性试验台 静强度试验 振动疲劳强度试
2、验随着汽车工业的发展,人们越来越认识到零部件的性能和质量是决定整车性能和质量的最重要的因素之一。汽车是一个由许多种零部件组成的复杂的机械系统,对于产品开发所需的许多技术资料,目前尚不能通过理论计算得到,只能通过试验,因此有人说 “汽车是试验出来的” 。国外汽车工业由于发展时间较长,且对试验检测工作十分重视,在资金上给予了巨大的投入,一般都具有较为齐全的试验装备。再加上严格管理和精良的加工设备,所以与国内形成了较大的差距,因而现在我国汽车厂加大对试验检测设备的投入,就能大大缩短同国外同类厂家在试验手段上的差距,有利于我国汽车产品在国内外的竞争能力。1 汽车零部件试验装置的种类汽车是一种由上万个零
3、件组成的复杂的机械系统,除了通用的标准件外,许多零件和部件都有其专用试验设备,有些零部件的试验设备还不只一种,因此汽车零部件的试验设备是十分繁多的,而且品种还在不断地增加。但从零部件的种类来看,其试验设备大体可分为四类(整车除外)。111 汽车底盘试验设备。汽车底盘一般是汽车包含各大总成最多的一部分,因此也是零部件试验设备中品种最多的,重要的试验台也是最多的一部分,主要的试验装置有:11111 由多台架组成的离合器台架系统(包括离合器综合性能试验台、 超速试验台等) ;11112 变速器台架试验系统(包括变速器寿命命、 换档机构寿命、 动态刚度、 静扭和噪声试验装置) ;1. 1. 3 传动轴
4、台架试验系统(包括传动轴寿命、 动平衡、 静扭等试验装置) ;1. 1. 4 驱动桥台架试验系统(包括驱动桥寿命、 桥壳弯曲疲劳寿命、 半轴静扭、 半轴扭转疲劳等试验装置) ;1. 1. 5 转向系部件试验系统(包括转向器、 转向盘、 安全转向轴、 球头销及动力转向等试验装置) ;1. 1. 6 汽车制动系部件试验系统(本系统包括液压驱动部件、 气压驱动部件、 制动软管、 行车制动 器和驻车制动器等试验装置) ;1. 1. 7 汽车行驶系部件试验系统(包括汽车前轴、 悬架和车轮等试验装置)。1. 2 汽车发动机测试系统。发动机是汽车的心脏,因而发动机测试系统一直受到生产厂家的重 1995-20
5、04 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.视,其试验装置主要有由测功机为核心的发动机综合测试系统和几种重要的部件,如化油器、 起动 机、 喷油泵等试验装置组成。1. 3 汽车车身试验系统。车身是汽车的承载部分和人员、 货物的活动及存放空间,车身的部件种 类繁多,其试验装置种类也较繁多。其中最重要的当然是车身的强度试验装置,它包括车身和整车 的扭转刚度和强度试验装置,车身和车架台扭转疲劳试验装置,以及车身部件(如车门、 车门铰链、车顶等)强度试验装置等,近年来,在汽车开发中,车身和车架的模态分析、 试验也越来越
6、引起重视, 另外车身试验装置还包括密封柱、 安全玻璃、 空调、 刮水器、 后视镜、 遮阳板、 座椅及安全带、 门锁及 车窗升降器等部件的试验装置。1. 4 汽车电器试验装置。汽车电器种类繁多,其中大部分是非汽车厂生产的,因而检测设备大多 在电器生产厂,汽车厂也有一些重要的电器试验装置,如汽车电器综合试验台、 起动电机试验台、 电喷试验台等。 由上可知,汽车零部件试验装置的种类繁多,但许多试验装置的工作原理和试验内容是相近或 一致的,因此,从试验台的工作原理和试验工况来看,可以将汽车零部件的试验装置分为运转(性能 和强度)类试验和结构(性能和强度)类试验台两大类。限于篇幅,以下简单介绍这两大类的
7、几种主 要试验装置的特点。2 运转(性能和强度)类试验装置该类试验装置的主要特点是试验部件在运转中的性能和强度(寿命) ,按其试验工况可分为三类:2. 1 测功机及其辅助测试系统。其试验工况如图1所示:显然这类试验装置主要用于测试发动机 的性能,当然也可用于电动机或原动机的测试,按其工作原理又可为以下几种:2. 1. 1 水力测功机。这种测功机是利用控制水的阻力使机械能变成热能来消耗发动机产生的能 量从而实现加载。2. 1. 2 机械摩擦制动器。这种测功机的原理是通过控制摩擦面的压力来控制发动机的载荷,发动 机产生的能量通过摩擦变成热能。2. 1. 3 磁粉制动器。这种测功机的原理是利用通电后
8、机内的磁粉产生的磁阻来实现加载,使机械能变成热能消耗掉。图1 发动机测功台1.发动机 2.扭矩传感器 3.测功机 4.力传感器 5.转速传感器2. 1. 4 电涡流测功机。这种测功机的原理是利用电涡流效应使机械能转化为热能,从而达到加载的目的。6重 庆 工 业 管 理 学 院 学 报 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2. 1. 5 电力测功机。电力测功机在试验时实际上就是一台发电机,它能够将发动机产生的机械能 转化为电能,然后将其返回电网加以利用或者用电阻消耗掉,电力测功机又分为直流电
9、力测功机和 交流电力测功机,目前用得较多、 性能也较好的是直流电力测功机,直流电力测功机具有反应灵敏、图2 应用开式试验台测定变速器效率的装置示意图1.测功机(或驱动电机) 2.扭矩测量仪(或传感器)3.被试变速器 4.陪试变速器 5.加载装置(或测功机)加载精度高、 易于自动控制且能量可以回收等优点,特别是它作为电动机使用时可以对发动机进行反拖试验,测发动机的摩擦功等,这是以上的各种测功机所不具备的性能,因此直流电力测功机是目前在使用的性能最好的测功机,它的主要缺点是造价较高,因此主要用于研究单位和开发中心等,但随着电控技术的成熟和生产实际的需求,以及能源的短缺,电力测功机的应用范围正在不断
10、地扩大。2. 2 机械传动试验台。传动试验台是汽车零部件试验设备的主要设备之一,也是各个汽车部件总成的主要试验设备,它可以对变速器、 联轴器、 传动轴、 后桥、 分动器、 轮边减速器以及各种汽车齿轮进行效率、 温升、 振动噪声、 承载力和疲劳寿命试验,因而它成为汽车厂的底盘试验室,以及各传动总成配套厂的主要试验设备,在汽车的试验设备中具有重要的地位,按其工作原理可将其分为三类:开式试验台、 电封闭式试验台和机械封闭式试验台。2. 2. 1 开式试验台和电封闭式试验台。这两种试验台都是由驱动电机、 输入传感器、 被试件、 输出传感器、 升速器、 加载装置组成。电封闭试验台和开式试验台的基本型式如
11、图2所示,两种试验台的工作原理都是由驱动电机驱动被动件,由加载装置加上给定的载荷,由各种传感器测出各种所需指标,电封闭试验台和开式试验台的加载装置实际上就是一台测功机,只不过电封闭式试验台所用测功机是可将电能返回电网的电力测功机,能量基本上形成了一个封闭系统,因而称为电封闭试验台,而开式试验台的测功机是前面所述测功机的前四种中的一种,其能量不能回收,因此称之为开式试验台。显然电封闭式试验台较开式试验台有明显的优越性,电封闭式试验台具有反应灵敏、 易于控7石晓辉 施全:汽车零部件试验检测方法 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. A
12、ll rights reserved.制、 布置方便灵活、 不受被测件尺寸和传动比的限制、 节能等优点,在汽车行业得到了越来越广泛的 应用。2. 2. 2 机械封闭式试验台。机械封闭式试验台的基本型式如图3所示,机械封闭式试验台是由驱 动电机、 两个传动箱、 输入扭矩转速传感器、 被试件、 输出扭矩转速传感器、 加载器等组成,其工作原 理是被试件通过两个传动箱形成一个封闭的传动系统通过加载器使该封闭系统产生一个内扭矩T ,当驱动电机拖动整个系统以转速n运转时,被试件就相当于正在传递功率P = T. n ,此时,驱动 电机只需克服整个传动系统的阻力,当系统效率较高时,驱动电机所消耗能量就很少,一
13、般只占试 验功率的5 %20 % ,由于这种试验台试验时相当于有一个封闭环功率流在这个封闭的机械传动 系统内流动,因此称之为机械封闭式试验台,机械封闭式试验台具有节能、 控制方便、 可靠性好、 造 价低等优点,同电封闭式试验台相比,它在同等投资下可以进行更大功率的试验,这是它的主要优点,其缺点是被试件必须成对进行试验,需受封闭系统尺寸的限制。图3 应用闭式试验台测定变速器的装置示意图1.电动机 2.辅助齿轮箱 3.扭矩传感器 4.被试变速器 5.陪试变速器 6.加载器近年来,国内已有单位研制出了机械封闭和电封闭兼用的传动试验台,其作法是在电封闭试验台的基础上配备合适的传动箱和加载器可使其成为机
14、械封闭式试验台,这样只需很小的投资便可 使试验台的试验功率得以扩大几倍。如我院车辆系教师为重庆钢铁设计院研制的齿轮传动试验便 是一个成功的例子。2. 3 惯性式试验台。惯性式试验台主要包括离合器惯性试验台、 变速器换档机构试验台和惯性式 制动器试验台,其主要特点是利用一组或两组可变惯量飞轮组合来模拟汽车行驶时被试件的工作状况:2. 3. 1 惯性式离合器综合性能试验台。惯性式离合器的结构型式如图4所示。它由驱动电机、 储 能飞轮、 被试离合器总成、 惯性飞轮及制动器组成,其工作程序是:首先使被试验离合器总成处于分 离状态,继而启动驱动电机1 ,使试验台所有的旋转件达到规定的转速,此时将被试离合
15、器总成结 合,并使惯性飞轮的转速与驱动电机的转速相等,与此同时,将被试离合器分离,并制动制动器,使惯性飞轮静止,然后松开制动器,被试离合器再结合,又使惯性飞轮的转速与驱动电机的转速相等, 即完成一个工作循环。 离合器试验台主要用于测试离合器的磨损、 摩擦功、 温升、 离合器总成传递扭矩能力等测试。8重 庆 工 业 管 理 学 院 学 报 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图4 驱动式试验台简图1.驱动电机 2.储能飞轮 3.被试离合器总成 4.惯性飞轮 5.制动器2. 3. 2 变速器换
16、档机构试验台。该试验台如图5所示。它主要由驱动电机、 飞轮、 转速扭矩传感 器、 被试变速器、 力传感器、 换档执行机构组成,该试验台可用于进行同步器和换档机构的性能与寿命试验,也可用来进行非同步变速器换档齿轮或啮合齿轮的齿轮冲击磨损试验。图5 换档试验台示意图1.测速发动机 2.离合器从动盘 3.测力传感器 4.位移传感器5.被试变速器 6.转速扭矩仪 7.飞轮 8.电动机2. 3. 3 惯性式制动器台。该试验台结构型式如图6所示。它主要由驱动电机、 飞轮、 制动器、 连接 法兰盘、 被试制动器和扭矩传感器组成,主要用于测试制动器制动力、 温度、 耐磨性、 可靠性和耐久 性等。9石晓辉 施全:汽车零部件试验检测方法 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2. 4
