汽車減振器夾具結構設計

裴雨霞，劉曉平

(1.長春理工大學 機電工程學院，長春 130022;2.國家汽車零部件產品質量監督檢驗中心 (長春)，長春 130012)

汽車減振器夾具結構設計

裴雨霞1，劉曉平2

(1.長春理工大學 機電工程學院，長春 130022;2.國家汽車零部件產品質量監督檢驗中心 (長春)，長春 130012)

根據汽車行業標準《汽車筒式減振器臺架試驗方法》(QC/T545-1999)的試驗規定和汽車減振器結構的特點，研制出一種常壓、高低溫夾具。這種夾具結構緊湊，操縱力小，夾緊穩定，使用方便，高剛度高強度，能夠滿足減振器的各種試驗。

汽車減振器;夾具;高剛度高強度

0 引言

減振器是懸架系統的最主要減振部件，減振器性能的好壞直接關系到整車的安全性、平順性、操作穩定性和零部件的疲勞壽命。但是，目前減振器的設計理論大多是建立在簡化的數學模型基礎上的，與減振器的實際情況有一定差別。因此，在實際設計中必須利用試驗設備來驗證設計結果和實際使用效果［1］。可以說，減振器設計技術的發展依賴于其測試和試驗設備的發展。而試驗設備中，試驗夾具設計的合理性在很大程度上關系到減振器試驗數據的高保真性，進而關系到我國減振器行業的發展及整車性能的提高。

1 夾具設計準則及對應措施

減震器模擬試驗臺是用來對汽車減振器綜合性能進行測試的專用檢測設備，其夾具設計的優劣直接關系到減振器各項指標［2］的合格與否。夾具設計中，應遵循以下準則:

1.1 高剛度，高強度

夾具在靜壓伺服油缸拉壓力作用下，不允許有異常位移、變形、裂紋等破壞現象的發生。本設計中采用的防范措施有:

(1)螺紋加工時不加工退刀槽，直接退刀，防止因為設置退刀槽而引起的應力集中;

(2)選用優質材料。如優質不銹鋼2Cr13和優質合金鋼40Cr;

(3)熱處理。調質處理28-32HRC;

(4)適當增大安全因子。

1.2 高同軸度

試樣安裝后，不得有明顯的傾斜。本設計中采用的防范措施有:

(1)相關零件精加精檢，保證裝配后同軸度極佳;

(2)通過裝于橫梁與伺服油缸上的同軸度極佳的調整桿的松緊微調傳感器和伺服油缸的同軸度。

1.3 環境的高仿性

根據汽車行業標準《汽車筒式減振器臺架試驗方法》，本設計中研制出一種常壓、高低溫夾具。

1.4 嚴格的間隙

試驗機行業間隙的存在是設備成敗致命的弱點。本設計中，為盡可能消除間隙:(1)所有鎖緊螺母均在預加載力作用下鎖緊;

(2)夾頭體鎖緊銷鎖緊采用內六角圓柱頭螺釘及標準型彈簧墊圈。

2 夾具的工作原理

自然停機狀態下，夾具上端(力傳感器)固定于主機橫梁，橫梁保持靜止，夾具下端(連接體或定位連接體)與靜壓伺服油缸活塞桿相連;試樣(減振器)安裝時，兩頭分別固定在機架與橫梁之間的升降油缸由停機狀態下的最低位置豎直向上移動，當到達適當位置時停止，將試樣頂端連于上夾頭體。隨后，橫梁下移(升降油缸下行)到適當位置，通過與靜壓伺服油缸的微調配合，將試樣底端與下夾頭體相連，此時，鎖緊油缸來油將橫梁鎖緊于立柱。最后，通過伺服油缸的預加載將各鎖緊件鎖緊。試驗時，試驗人員根據汽車行業標準《汽車筒式減振器臺架試驗方法》進行相關試驗。

3 夾具的結構設計

根據汽車行業標準《汽車筒式減振器臺架試驗方法》(QC/T545-1999)的試驗規定及目前試驗機行業比較先進的靜壓伺服油缸驅動加載的加載方式，本項目中采用圖1所示的夾具結構形式。筒式夾具適用于減振器的性能試驗和疲勞試驗，圖1-1用于除溫度特性試驗外其它性能試驗，如示功試驗，速度特性試驗，內摩擦阻力測定等;圖1-2用于溫度特性試驗;圖1-3用于疲勞試驗［3］。

圖1 筒式夾具結構示意圖

4 驗證夾具的可靠性

4.1 強度靜力驗算

為了保證試驗機的高剛度高強度，使夾具零變形(理想狀態)或極小變形，下面就性能試驗中結構的最大變形對夾具進行驗證。圖2所示結構為可能的最大變形。

圖2 簡化1/2懸臂梁結構

根據《汽車筒式減振器臺架試驗方法》的試驗規定及減振器雙向行程阻尼力的不對稱性，圖2(左)所示對稱結構實際運動及受力情況是比較復雜的。為便于計算，將其簡化成圖2(右)1/2懸臂梁結構［4］。該結構中，各參數最不利情況如表1所示:

表1 懸臂梁結構最不利參數

很明顯，截面A處是最薄弱環節。由表1，截面A處各參數如下所示:

(1)最大彎矩:Mmax=F×a=7500×21×10-3N.m=157.5N.m

(2)圓截面對x-x軸的抗彎截面系數:

(3)最大應力:

截面A為規則對稱圓截面，這類截面最大拉應力與最大壓應力相等，發生在距中性軸最遠的邊上。最大應力所在點無切應力，按正應力進行強度驗算。采用的強度條件［4］為:

材料取40Cr，安全系數S=1.5時，

材料取2 Cr13，安全系數S=1.5時，

顯然，強度足夠。

4.2 最大靜載下梁的變位計算

由實際試驗過程可知，靜壓伺服油缸在平衡位置附近做簡諧運動，最大振幅±100mm(客戶要求，與標準不符)。當到達平衡位置時，速度達到最大，作用力最小;當到達波峰、波谷處，速度最小，加速度最大，作用力最大。此時，梁的變位及受力均達到最大。

最大變位:

式中:E-鋼的彈性模量，常溫E=210x109N/m2;I-轉動慣量。

相對誤差:

式中:fA-最大變位;A-振幅。顯然，可以忽略不計。

5 結語

通過對《汽車筒式減振器臺架試驗方法》及減振器夾持部位的研究，成功研制了該套專用夾具。試驗結果表明，該套夾具重量輕，尺寸小，使用方便，操作省力，穩定可靠，適用范圍廣，在一定程度上滿足了減振器生產、開發的需要。

［1］王天利，田萬祿，薛宇.常壓式汽車減振器夾具的研制［J］.新技術新工藝，2003，(10):21-22.

［2］周長城.汽車液壓筒式減振器設計及理論［M］.北京:北京大學出版社，2012.

［3］QC/T 545-1999，汽車筒式減振器臺架試驗方法［S］.

［4］成大先.機械設計手冊［M］.5版1卷.北京:化學工業出版社，2007.

Structural Design for Fixture in Auto Shock Absorber

PEI Yu-xia1，LIU Xiao-ping2
(1.School of Mechatronical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022，China;2.National Center of Quality Supervision and Inspection of Automobile Spare Parts，Changchun 130012，China)

According to the regulations of automobile industry standardAutomobile Shock Absorber Bench Test Method(QC/T545-1999)and the characteristics of automobile shock absorber structure，this paper develops a normal pressure，high and low temperature fixture，which has features of compact construction，small control force，stable clamping，being convenient to use，high stiffness and high strength，and it can meet all kinds of tests of shock absorber.

automobile shock absorber;fixture;high stiffness and high strength

TH6

A

1009-3907(2013)10-1221-03

2013-09-04

裴雨霞(1990-)，女，山西忻州人，碩士研究生，主要從事精密超精密加工、檢測及裝備方面研究。

劉曉平(1954-)，男，吉林長春人，教授，碩士，主要從事精密超精密加工、檢測及裝備方面研究。

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責任編輯:

吳旭云