汽车的悬挂系统毕业设计

1、青岛理工大学毕业设计摘 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labviwe仿真软件，

2、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ABSTRACTAutomotive 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, automotive leaf spring test

3、ing 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 effectively guarantee the safety of

4、 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 machine is designed to detect fa

5、tigue 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 use labviwe simulation softw

6、are,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 servo testing machine I目 录第1章 前

7、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 2.6 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30 3.1 位移放大电路的设计30 3.2 低通滤波器32 3.3

8、无限增益多路反馈32 3.3.1 无限增益多路负反馈二阶滤波电路的特点32 3.3.2 有源二阶低通滤波电路32 3.4 OP07放大器35第4章 labviwe的应用与仿真36第5章 结 论40参 考 文 献41致 谢43附录1 外文资料44附录2 外文资料翻译51I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

9、，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，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

10、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

11、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。 轿车悬挂系统包括：非独立悬挂、独立悬挂，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

12、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

13、,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。

14、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算。 汽车板簧在行驶过程中要受到反复弯曲交变的应力，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

15、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

16、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，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

17、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

18、动。(2)滑块的上下振幅的调节，是改变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，计算机以及各种

19、的控制元件构成。1.3 汽车板簧的技术条件 （1）一般性要求 1 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。2 汽车弹簧片不能存在在使用过程中出现过热过少等缺陷。3 汽车板弹簧片在拉伸表面，按照ZB To6 001标准进行表面喷丸。4 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。5 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1 汽车板弹簧片

20、的材料是在GB 1222的标准下挑选的热轧弹簧钢 。2 汽车板弹簧片要经过热处理，硬度范围是HB 375-444.3 汽车板弹簧片的金相组织，必须符合JB 3782中的有关规定。4 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83大于8 2.5（3） 板簧尺寸精度1 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%。图1.1 图1.22 汽车板簧总成夹紧后，在U型螺栓夹紧距离及支架滑动范围内的总成宽度应符合表1.1的规定。表1.2总宽度与宽度偏差 总 成 宽 度 宽 度 偏 差小

21、于或者等于100 +2.5 大于100 +3.0 3 汽车钢板蛋黄总成（平直时）两卷耳轴心距的偏差不大于正负三，一端卷到弹簧片中心孔（或者定位凸包）的偏差不大于正负疑点五毫米。4 汽车钢板弹簧总成，在静载荷下的弧高偏差不大于正负6mm，重型汽车不大于正负8mm。5 汽车板弹簧装入支架内的各片的侧面弯曲，每米不大于1.5mm。其余各片每米不大于3mm。6 汽车板簧的性能要求7 汽车钢板弹簧总成，应进行预压缩，经预压缩后的总成，再以产品图样给定的验证负荷压缩时，不得产生永久变形，测量精度为正负0.5mm。8 汽车钢板弹簧总成刚度偏差应符合表3的要求。表3刚度范围与偏差 刚 度 范 围 偏 差 93

22、.2N/mm =7% 93.2N/mm =10% 9 在应力幅为323.62MPa（3 300kgf/c）最大应力为833.57MPa（8500kgf/cm）的实验条件下，汽车钢板弹簧的疲劳寿命不小于8万次。（5） 检验规则1 产品需经过制造厂检验部门的严格检测并检验合格后才能出厂，并附有证明产品合格的文件或标识。2 汽车钢板弹簧总成出厂检验项目为：永久变形、静载荷弧高、弹性变形（或者刚度）、卷耳宽度、卷耳平行度、卷耳垂直度、衬套孔径、U型螺栓夹紧范围内的宽度和硬度。3 汽车钢板弹簧总成型式检验项目为：台架疲劳试验、金相组织检验。4 订货单位有权抽检产品，按随机抽样的方法进行抽样，具体检验方法

23、，由双方协定。 1.3.1 汽车板簧的抗疲劳检验项目以及检验方法 对汽车板簧的抗疲劳强度检验的方法主要分为三种：程序抗疲劳检验法、标准检验法、随机抗疲劳检验法。 (1)程序抗疲劳检验法，能够很真实清楚的反应出模拟板簧所受到的应力，这种检验方法能够在各种情况下加载不同的应力载荷，并且能够建立室内的程序抗疲劳强度载荷的加载谱。 （2）标准板簧抗疲劳强度检验法，也叫做等幅抗疲劳强度检验法，这种方法是采用循环脉动装置，来模拟汽车在运动情况下，带给板簧的载荷，它能够以一种固定的频率加载载荷，并且用疲劳试验次数作为检验结果。 （3）随机抗疲劳检验法，这里的随机并不是完全意义上的随机，而是在某种特定的条件下

24、进行的随机检验，这种方法是用可变的载荷进行检验的，那第一种与之比较有点落后，因为这种方法的载荷平均值以及幅值能够随意的变化，其检验次数也是任意可变的，综上所述，这种方法比较接近于汽车在实际状况中所受应力的情况。 以上对汽车板簧抗疲劳强度的检验方法，各有优缺点，那第二种来说，第二种检验方法是最早期的检验方法，也是最简单的方法，因为检验的标准一样，从而让检验具有了可比性，比如不同厂家或者不同车间再或者同一试件在技术改进前后，都可进行比较，可以直观的看出其优劣性。上面涉及到的方法一和三，是近几年才出现的比较新的检验方法，他们的优点就是先进，因为这两种方法可以将试件在一种虚拟的真实情况下进行检验，就拿

25、程序抗疲劳强度检验法法来说，这种方法的6级检验程序每一个循环，就代表汽车在试车场跑了半圈，通过这种方法，就可以比较真实的将板簧寿命与汽车行驶的里程联系起来。 1.3.2 汽车板簧抗疲劳强度检验方法 汽车钢板弹簧的检验方法上面也介绍了很多，这里是本次设计中所采用的对于汽车钢板弹簧的检验方法，下面是具体的介绍：汽车板簧的抗疲劳强度实验、板簧在垂直负荷下的永久变形实验，其中抗疲劳强度实验包括：垂直负荷下的永久变形试验、汽车板簧的特性试验、垂直负荷下的疲劳试验。 1）试验中的支撑与夹持措施 图3所示的为带有卷耳的汽车板簧。如图所示，板簧的固定是用销将卷耳固定在小车上，其他地方应参照图纸与规定支撑 。

26、图1.3板簧固定示意图 1汽车板簧 2销轴 3滑动小车 4滚动轮 2）试验方法 按照板簧图纸上的负荷，缓慢的给汽车板簧进行一次加载、卸载后，测量此时板簧的弧顶的高度，然后用此前的载重连续加载两次，卸载两次，然后测量弹簧的弧顶高度，把两次测得的数值比较。（2） 汽车钢板弹簧的特性试验包括一下两种 1）支撑和夹持方法与试验1 的方法一样这里就不在赘述。 2）试验方法用规定的负荷缓慢、连续的对汽车板簧进行加、卸载，并记录板簧弧顶高度的变化量与载重的变化。如果是逐级加载，应不少于七个测试点，如果超过每一级别规定的载重，应该将载重一级一级的减到该级别的二分之一一下，然后在重新加载负荷到指定的值。当加载到

27、1.5倍满载静载荷时，其后用加载时同样的办法经行卸载，并将弹簧变形量与载荷变化记录下来，自由状态下弹簧特性试验时，负荷通过图4所示的加载块施加。图1.4板簧自由状态负荷图（3）垂直负荷下的疲劳试验 1）支撑与夹持方法 带卷耳弹簧的支撑方法和1中的方法相同，其他结构弹簧按车上的实际安装状态或者功能上类似的状态支撑；其中间部分也按车上安装状态或功能上类似的安装夹紧。 2）实验方法：实验前应当模拟真实情况下的弹簧特性。 样品按照规定安装在试验台后，施加预加负荷，再以一定的载荷进行脉动疲劳试验。 Fm（预加变形）与Fa（脉动幅度）见下式： (1.1 ) 极限变形量为： ( (1.2) 式中：Fi夹紧状

28、态的弹簧满载静变形量 弹簧种类系数： 载重汽车： 前板簧 2.5 后主板簧 2.0 越野性汽车： 板簧系数为 3.0 客 车： 前后板簧 2.0 汽车的副簧采用主板簧对应值。 3）实验进行到、次时，调正夹紧螺栓的扭矩及预加负荷到规定的值，并记录预加负荷调正量。 4）试验中每隔次检查一次样品，发现裂纹后，每次检查一次。 5）试验中样品表面最高温度不得超过150 6）在一家弹簧样品中，以任何一片钢板首先出现宏观裂纹（同一部位两侧面沿厚度方向裂通）时的循环次数，作为该样品的寿命。（3） 汽车板簧疲劳试验的规范 如图1.5所示，W为实验开始时提前加的负荷，其目的是让板簧的变形应力达到，然后在交变应力P

29、（t）的作用下，让交变的振幅能够达到，由此进行弹簧的疲劳实验。 图1.5汽车板簧疲劳试验的规范 计算公式： (1.3) 变形的最大量： (1.4) 式子中： Fa汽车板簧实验的应力幅值，单位是kgf/cm2 Fm汽车板簧试验时的平均应力变形幅值，单位是kgf/cm2 Fi 试验满载时板簧的变形量，单位为cm 各种弹簧的弹性系数 在板簧设计时，一般情况下要根据常用到的经验性的公式来计算Fa及Fm的值。 具体计算公式如下： (1.5) 计算式中 （1.6） E板簧的弹性模量，单位是MPa 板簧的断裂面模量，单位是 汽车板簧总的惯性力矩，单位是 汽车板簧的系数挠度系数 汽车板簧的厚度，单位是mm b

30、板簧的宽度，单位是mm L汽车板簧的伸长数值，单位是mm第2章 汽车板簧疲劳试验机主体部分的设计 汽车板簧疲劳试验机主要采用电液伺服控制系统，由电液伺服阀来控制作动器上下运动，实现给定波形的疲劳加载，达到检测板簧寿命的目的。其中液压系统是该试验机的主要动力系统，通过液压缸的升降实现实验台的升降，试验台的升降速度及幅度，均有试验机的微机控制电路完成。汽车板簧疲劳试验机的机械部分如图6所示图2.1汽车板簧疲劳试验机简图 1、试验机底座 2、试验台 3、板簧支撑 4、板簧 5、横梁 6、立柱 7、升降缸 8、作动器 9、油管 10、卡环 2.1 立柱的设计与分析 （1）立柱高度的确定 根据技术手册及

31、其试验机的工作行程可以推断出，立柱的高度为2230mm。再按照任务书中的规定要求，立柱的变形量取试验机主机总变形的三分之二来确定具体过程见以下式子： 因为 （2.1） 所以 （2.2） 即 （2.3） 又因为 （这里的四分之一是试验机有四根立柱，每一根立柱都承载总负荷的四分之一） 则 （2.4） 所以 （2.5）如果按照d=140mm 则 （2.6）所以 (2.7）则 N/m （2.8） 如果按照整体机器的二分之一考虑，那么K=N/m(2)立柱直径的确定可用类比方法来确定，可参照MTS 318.50B主立柱的根架的设计。 由于N 两立柱的距离d=850mm =1819mm 则 （2.9） 综上

32、所述取立柱的直径为80mm材料为40Cr，经调制处理，硬度约为250HB(3)立柱的根部结构 图2.2立柱的安装方式a图2.2的结构特定，图2.2是WE万能系列结构，其特点为在立柱的加工时其加工量少，从而能够节省一定的材料，符合绿色环保的理念，但是这种方式立柱与底座的垂直度不能调节，装配时有一定困难。 图2.3立柱的安装方式b图2.3的结构特点，从图2.3可看出这种结构形式在加工时很浪费材料，而且压盘要与立柱安装后一起加工，从而使加工过程复杂化，但是这种连接结构根部很稳定，但是安装时有一定的困难。综合以上所述，再结合本设计中所要求的技术参数，及试验机在实际运作时所需的技术要求，所以在设计时运用

33、图b所示的安装方式来完成本次试验。2.2 夹紧缸的设计 根据本次设计中的技术要求，以及实际状况下该疲劳试验机的所受负荷的总重量特选如图7所示的夹紧缸，以及该试验机的夹紧方式。图2.4 横梁的夹紧及夹紧缸示意图1横梁 2缸盖 3夹紧缸2.3 横梁的设计 图2.5横梁的俯视图疲劳试验机的设计中最困难的就是横梁的设计。这需要对它的刚度，几何尺寸的相容性，工艺性和横梁作用在立柱上的夹紧力，进行仔细地综合分析。在反复的夹紧动作下，夹紧部位要承受疲劳载荷。对疲劳载荷过于保守的设计可能产生不必要的夹紧力，结果导致在立柱夹紧部位的接触表面可能会产生磨损故障。在总体设计阶段所审议的横梁外形的几个可行方案中，我们

34、最终采用了图1（a）中的方案，因为它制造工艺简单，夹持部位应力分布相对均匀。为了确保测试和夹紧缸有足够的空间，横梁的宽度和长度分别设计为880mm和1540mm。为了获取合适的横梁厚度，我们对不同厚度的横梁在500KN和1000KN的载荷下的变形量进行了实验计算，如图4所示。以横梁最大允许变形量为0.05mm的刚度要求为设计标准，确定横梁厚度为300mm. 应力分析对优化夹紧部位零件的尺寸是至关重要的，因此要求横梁在较低的夹紧力下容易移动，并且在加紧动作期间具有较低的应力，以避免疲劳损伤。如果能满足以下条件，设计的横梁就能够夹紧立柱 其中，是横梁和立柱之间的摩擦系数，B是横梁的厚度，是夹紧面的

35、压强，R是立柱的半径，P是作动器最大输出压力，W是横梁的重量，n是立柱的数目。为了确定 ,夹紧部位的设计被视为一个用来获得应力分析参数的简化模型，如图5所示。 自由体受力图的力平衡规定 （2.10） 其中，F是夹紧缸输出力，定义如下 （2.11） 是液压缸的内径，是活塞杆的直径，是夹紧缸的压力，m是夹紧缸的数量。为了确定，角方向的力F可以从夹紧元件受力平衡图中获得，如图 所示 （2.12） 并有以下关系 由公式（4）可知，临界条件为=时，则为 （2.13）=0时，F为 （2.14） 夹紧缸根据公式（1）中的条件设计，由如下分析获得。 图2.6加紧面在任意角度方向的变形曲线实际上，夹紧面的压强的

36、分布可以看作是线性函数和非线性函数的叠加。如果只是线性分布，则由公式（2）可知，为 （2.15）如果只是非线性分布，的分布近似服从没有立柱时加紧部位的挠度曲线。曲线中的，可以运用Boresi等人在1978年提出的卡式定理计算出，计算公式如下： （2.16） 其中是角方向偏移量的竖直分量,是角方向由夹紧力F引起的偏移量的竖直分量,U是加紧部分的瞬时应力引起的应变能.加紧部位的挠度曲线可按照公式(2.16)计算,如图6所示.非均匀分布与的关系如下（2.17）其中,A是图6中斜线部分的面积，B是横梁的厚度。 图2.7横梁距离压力曲线图根据图5（a）和（b）进行的应力分析，为加紧部分的设计提供参考信息

37、。横梁需要在一块相当大的铸件上进行精密加工，所以考虑到它的工艺性，横梁夹紧部位的结构设计成如图5（C）所示。但是加紧部位的厚度T必须重新设计，以获得更高的稳定性和更小的夹紧力。加紧部位的最大弯曲应力和剪切应力都取决于T，关系 （2.18）其中，H，L，R，X如图5定义。由于夹紧力与加紧部位的厚度是有关联的，其合理的数值可以通过矢量代换获得，计算机程序是基于上述的简单等式（19）和图5中最终确定的几何尺寸开发出来，用来计算加持力和横梁加紧部位的最佳尺寸。图7曲线显示出夹紧部分沿X轴方向上的最大组合应力分布。作为综合分析分析的一部分，我们用反射偏振镜系统对图5所示的各点进行了光学弹性应力分析，以通

38、过实验检测出设计的缺陷。因为最终的设计结构与用于应力表2 光弹性法测出的模拟压力值测量点abcdef条纹级数1.832.722.882.702.91.83（MPa）1.952.93.072.883.091.95(MPa)99.5147.9156.6146.8157.799.5分析的简化结构有很大不同。根据Zandman，卫特拿和戴利的理论，应变和光弹性条纹的关系为。由于最大应力出现在模型的表面，所以应力可以表示为 （2.19）其中，f是材料条纹值，N为条纹级数，为泊松比。我们利用光弹性涂层材料制作了一个缩小了十分之一的模型，型号PS-1A，起参数如下：E=2480MPa，=0.38， ，t=3

39、mm。模型中的压力和试件中的压力关系如下： （2.20） 其中，F是力，L是长度，下标m和p分别表示试件和模型。表2中显示出光学弹性法实验应力分析的结果。光学模型中最大应力发生在e点，夹紧力为250KN时，试件中的最大应力为157.7MPa。由于横梁材料SC46C铸钢的屈服强度和抗拉强度为225.4 MPa和450.8MPa，试件的最大应力能够保证疲劳试验机的安全使用寿命。此外，在横梁和立柱的接触面上，可能会发生疲劳磨损。为了避免这种疲劳磨损，铝轴套要插入立柱和横梁之间。利用轴套减少摩擦是一种很常见的做法，但是很少用在避免疲劳磨损方面。2.4 横梁升降缸的设计 横梁重量的确定：横梁质量 （2.

40、21） 横梁体积 （2.22） 综上公式可得到横梁的理论质量应为9800kg 应为横梁不是严格意义上的实心，并且从横梁的俯视图上可以看出9800kg与实际上有些出入，再加上作动器，传感器以及加载汽车板簧的夹持装置，可确定为总重量约为6000kg 由上面给出的试验机结构简图可以看出横梁升降缸共有两个，分别装在横梁的左右两侧对角线上。 如果液压缸的柱塞直径取50mm，在这种情况下油压为： （2.23） 如果再将升降缸的柱塞加粗之直径为60mm，这时的油压为： （2.24） 综合各方面及工作安全性的考虑此时较为合适所以选择柱塞直径为60mm的升降缸作为本次本次设计中所使用的横梁升降缸2.5 作动器的

41、设计与校核 （1） 作动器是是一种执行的机构，它能够把从储能器的液压能转变转变成机械能，作动器还带有位移传感器或各种控制开关，能够进行伺服控制。下面是对于作动器的设计与校核。 图2.8 作动器活塞剖视图活塞体积的计算： （2.25）所以活塞的质量M为： （2.26） 作动器内的液压油质量： （2.27）A、 B两口是作动器上的两个伺服，其质量的计算公式为： （2.28）其中油管直径d=3cm，油管长度L=25cm所以油管的体积为： （2.29） 油管的通油面积 （2.30） 所以 （2.31） 综上所可得出作动器总质量 （2.32） 作动器的固有频率 （2.33）则 （2.34） 所以 （2.

42、35）根据作动器频率的选择原则可知频率应选16Hz2.6 底座的计算与校核 图2.9底座三视图试验机的底座在整个试验中起着承载整个试验机重量以及试件的重量，对试验的影响很大，所以最好对试验机底座的设计与校核十分重要。 1试验机的弯矩图如图11所示图2.10底座弯矩图如图10所示计算底座的强度与变形底座强度的计算 （2.36） （2.37） （2.38）有公式 (2.36) (2.37)(2.38) 可得 (2.39）远远小于，所以底座材料可选QT600-3，强度方面完全满足试验机对底座强度的要求。底座挠度的变形计算 ： （2.40）通过上面的计算与校核可以看出，尺寸方面有点保守，在加工过程或者

43、工艺优化方面可以适当的节省材料。2.7 油源的设计 表2.1试验机要求振幅（mm）2.5515100频率（Hz）301261 表4为设计任务上的要求试验的行程则最大负载流量 （2.41） 又 （2.42）则 将高压泵的转速n初步选为 n=1480（r/min）所以V将大于或者等于48（r/min）。2.8 伺服电机的选择 由选取的高压泵可以得出，高压泵的实际输出流量 （2.43） 所以伺服电机的功率又因为 （2.44）所以 由上述计算可得，伺服电机可选皖南电机公司出产的Y2200L2，作为本次设计中的伺服电机。第3章 电气控制部分与数据的仿真3.1 位移放大电路的设计通常情况下，由于传感器的信号输出非常的微弱，这