專利名稱：乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及車輛檢測技術領域，具體涉及一種乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置。
背景技術：
白車身(Body in White)是指完成焊接但未涂裝之前的車身，不包括車門、引擎蓋等運動件。白車身加上內外飾(包括儀表板、方向管柱、座椅、前后擋風玻璃、后視鏡、翼子板、水箱、大燈、地毯、內飾護板等等)及車門、引擎蓋、行李箱蓋和電子電器系統(tǒng)就組成真正意義上的車身，行內稱為trimmed body，即裝好的車身，在此基礎上再加上底盤(包括發(fā)動機、變速箱、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等)就組成了整車。彎曲剛度和扭轉剛度是白車身結構的重要性能之一，車身剛度的測試，需要建立一套科學、可靠的試驗方法，而車身約束裝置有著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的白車身剛度試驗臺基本上采用過約束固定方式，使得所測車身剛度值受到臺架影響，裝配過程中會對車身產(chǎn)生了預載荷，且試驗過程中車身變形受到約束裝置限制。測量白車身剛度的關鍵點在于車身的約束方式和位移傳感器精度。目前，國內各汽車企業(yè)和相關高校均開展有白車身的彎、扭剛度試驗，并且位移傳感器的精度基本上都高于0.01mm，而約束裝置卻不盡相同，差別就在于對車身空間自由度的限定。目前所采用的方式均為過約束式，即白車身各個減振器安裝處剛性固定或者引入的運動副數(shù)量過少，造成過約束。已知與本實用新型相關的技術方案如下:1、清華大學范子杰等人開發(fā)的《乘用車白車身結構扭轉剛度測試約束與加載裝置》(申請日:2002年11月8日，專利號ZL02146783.8)，如圖1所示；以及《乘用車白車身結構彎曲剛度測試約束與加載裝置》(申請日:2002年11月8日，專利號ZL02146781.1)。2.奇瑞汽車股份有限公司陳文敏等人開發(fā)的《乘用車白車身結構靜剛度測試系統(tǒng)及其試驗方法》(申請日:2008年4月18日，專利號ZL200810093644.4)，如圖2所示。進行空間運動的自由構件的自由度為6，確定一個構件在空間坐標系中的位置需要6個獨立的位置參數(shù)，或者說，構件可沿三個坐標軸有3個獨立的移動和繞三個坐標軸有3個獨立的轉動。當構件組成空間運動副后相互都受到約束，并且兩個構件組成運動副后仍然保持有一定的相對運動?？臻g機構中所用的運動副類型較多，通常又按運動副中約束數(shù)進行分類。約束數(shù)為I的運動副稱為I級副，約束數(shù)為2的運動副稱為2級副，依次類推，約束數(shù)為5的運動副稱為5級副?？臻g機構的自由度=所有活動構件自由度-所有運動副引入的約束數(shù)，其公式為:F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-PI式中:n為活動構件數(shù)；P1、P2、P3、P4、P5分別為1-5級運動副的個數(shù)。上述已知的白車身剛度試驗約束裝置技術方案中，范子杰等人開發(fā)的扭轉剛度試驗約束裝置引入的球副、轉動副最多，但數(shù)量依然有限而存在過約束；其白車身空間自由度=所有活動構件自由度-所有運動副引入的約束數(shù)，即:F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-Pl-k=6 X 4-5 X 1-4 X 0-3 X 6-2 X 0-1 X 0-2=-1式中:n為活動構件數(shù)；P1、P2、P3、P4、P5分別為1_5級運動副的個數(shù)；k為局部自由度?？梢?，現(xiàn)有的最佳技術方案中仍有過約束。現(xiàn)有技術方案由于引入的球副、轉動副數(shù)量有限，對白車身存在過約束，其缺點如下:a)不滿足空間機構自由度約束要求，引入了超過車身六個自由度的約束，進而在安裝固定車身時會對其產(chǎn)生預載荷；車身開發(fā)的每個階段均需要測試剛度值，而過約束式裝置由于在裝夾過程中會產(chǎn)生大小不一的預載荷，勢必會降低各個階段所測剛度值的可比性。b)過多的約束使得車身在加載過程中變形受到限制，使得所測車身剛度值變大。
實用新型內容本實用新型的特征和優(yōu)點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本實用新型而學習。為克服現(xiàn)有技術的問題，本實用新型提供一種乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，采用非過約束式剛度試驗臺，剛好完全約束車身空間六個自由度，消除臺架對所測車身剛度值的影響，并且易于實現(xiàn)車身姿態(tài)的調整。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，包括:工作臺；扭轉橫梁,其通過支架橫向設置在工作臺上的一側,并能繞支架橫向扭轉；第一立柱和第二立柱，其下端分別設置在扭轉橫梁的兩側上；第三立柱和第四立柱，其下端分別在工作臺上的另一側間隔設置；其中，第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱的頂端分別設置有限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件，用于共同支承白車身；第三立柱和第四立柱中的其中一個的下端固定在工作臺上，其余三個立柱的下端與工作臺或扭轉橫梁的連接件中，一個采用單向轉動的轉動鉸鏈，兩個采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件。根據(jù)本實用新型的一個實施例，限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件采用球鉸或萬向聯(lián)軸節(jié)。根據(jù)本實用新型的一個實施例，轉動鉸鏈為在縱向轉動的轉動鉸鏈。根據(jù)本實用新型的一個實施例，扭轉橫梁采用空心方鋼，其與支架之間的樞轉接合處固定有加強板。根據(jù)本實用新型的一個實施例，扭轉橫梁上固定有T形槽，用于固定第一立柱和第二立柱下端的連接件，使第一立柱和第二立柱在扭轉橫梁上的橫向位置能夠在T形槽中進行調節(jié)。根據(jù)本實用新型的一個實施例，扭轉橫梁的下表面距離扭轉中心一定距離處固定連接有管件，用作扭轉試驗的加載點。根據(jù)本實用新型的一個實施例，立柱為長度可調節(jié)的立柱，其包括具有內螺紋的空心管件，及與空心管件螺紋連接的螺紋桿。根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一立柱的下端與扭轉橫梁采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，第二立柱的下端與扭轉橫梁、以及第四立柱的下端與工作臺采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件進行連接，第三立柱的下端固定在工作臺上。根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一立柱及第二立柱的下端與扭轉橫梁采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件進行連接，第四立柱的下端與工作臺采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，第三立柱的下端固定在工作臺上。根據(jù)本實用新型的一個實施例，白車身與各立柱上端的連接件通過轉換接頭進行固定。本實用新型針對現(xiàn)有的過約束式試驗裝置影響車身剛度值的問題，依據(jù)空間機構自由度限定原理設計了一套非過約束固定裝置，通過合理的布置運動副，使得車身空間六個自由度在彎扭試驗過程中均剛好被完全約束，在安裝固定車身時不會對其產(chǎn)生預載荷，且加載過程中車身變形不會受到約束裝置的限制，剛度值在試驗過程中不受約束裝置的影響，進而得到更精確的剛度值，有效改善了車身彎、扭剛度試驗過程中約束裝置對測試結果的影響，有利于同批次車身剛度試驗結果的比對。同時，利用本實用新型易于實現(xiàn)車身姿態(tài)的調整。通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特征和內容。

下面通過參考附圖并結合實例具體地描述本實用新型，本實用新型的優(yōu)點和實現(xiàn)方式將會更加明顯，其中附圖所示內容僅用于對本實用新型的解釋說明，而不構成對本實用新型的任何意義上的限制，在附圖中:圖1為現(xiàn)有技術一乘用車白車身結構扭轉剛度測試約束與加載裝置結構示意圖；圖2為現(xiàn)有技術二乘用車白車身結構靜剛度測試系統(tǒng)結構示意圖；圖3為本實用新型實施例一乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例一工作臺上約束機構的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例一前懸架部位約束機構的結構示意圖；圖6為本實用新型實施例一左后懸架部位約束機構的結構示意圖；圖7為本實用新型實施例一右后懸架部位約束機構的結構示意圖；圖8為本實用新型實施例一約束裝置的原理圖；圖9為本實用新型實施例二約束裝置的原理圖；圖10為本實用新型實施例三約束裝置的原理圖；圖11為本實用新型實施例四約束裝置的原理圖。
具體實施方式
針對現(xiàn)有的過約束式試驗裝置影響車身剛度值的問題，本實用新型依據(jù)空間機構自由度限定原理設計了一套非過約束固定裝置，通過合理的布置運動副，使得車身空間六個自由度在彎扭試驗過程中均剛好被完全約束。本實用新型主要應用于《GB/T 15089-2001機動車輛及掛車分類》所規(guī)定的Ml類乘用車白車身的剛度試驗。實施例一如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本實施例的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，包括:工作臺10、扭轉橫梁20、第一立柱40 (即左前立柱)、第二立柱50 (即右前立柱)、第三立柱60 (即左后立柱)和第四立柱70 (即右后立柱)，其中扭轉橫梁20通過支架30橫向設置在工作臺10上的一側，并能繞支架30橫向扭轉；第一立柱40和第二立柱50的下端分別設置在扭轉橫梁20的兩側上；第三立柱60和第四立柱70的下端分別在工作臺10上的另一側間隔設置。在本實施例中，第一立柱40、第二立柱50、第三立柱60和第四立柱70的頂端分別設置有限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件41、51、61、71 (可選用桿端軸承或球絞)，用于共同支承白車身80 ;第一立柱40的下端與扭轉橫梁20采用單向轉動的轉動鉸鏈42進行連接，第二立柱50的下端與扭轉橫梁20、以及第四立柱70的下端與工作臺10采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件52、72進行連接，第三立柱60的下端通過支座62固定在工作臺10上。在本實施例中，限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件41、51、61、71、52、72采用球鉸，為3級低副。球鉸的內部構件的外表面為球形，內表面為銷孔，內部構件的外表面與外部構件之間可以相互轉動，因而能夠在三個方向進行轉動。球鉸沿銷軸(螺栓孔)可以大角度轉動，其余兩個方向只能約±15度轉動。當然，也可以采用如萬向聯(lián)軸節(jié)之類的連接件。本實施例中，轉動鉸鏈42為在縱向轉動的轉動鉸鏈，當然也可以采用在橫向轉動的轉動鉸鏈，為5級低副。優(yōu)選地，扭轉橫梁20橫向設置在工作臺10的前側，扭轉橫梁20上的兩個立柱40、50用于約束白車身80的前懸架部位，后側的兩個立柱60、70用于約束白車身80的后懸架部位。扭轉橫梁20采用空心方鋼，其與支架30之間的樞轉接合處固定有加強板(可在有銷孔處的兩端均焊接加強鋼板)。扭轉橫梁20上表面左右各焊接有T型槽22、21，用于固定第一立柱40和第二立柱50下端的連接件,使第一立柱40和第二立柱50在扭轉橫梁20上的橫向位置能夠在T形槽22、21中進行調節(jié)。扭轉橫梁20的下表面距離扭轉中心一定距離處(如I米處)固定連接有管件23、24 (如圖5所示，可以采用焊接圓鋼管的方式)，用作扭轉試驗的加載點。所有立柱均為長度可調節(jié)的立柱，其包括具有內螺紋的空心管件，及與空心管件螺紋連接的螺紋桿，還可以配有鎖緊螺母，優(yōu)選地，空心管件的兩端采用逆向螺紋，分別連接螺紋桿，這樣通過轉動空心管件就可以調整立柱的長短。白車身80與各立柱上端的連接件41、51、61、71可通過轉換接頭進行固定。本實施例中包括五個活動構件，即左前、右前、右后立柱、白車身、扭轉橫梁，包括6個球鉸和2個單向轉動鉸鏈，球鉸是3級低副，單向轉動鉸鏈是5級低副。本實用新型引入了足夠的運動副數(shù)量并合理有效的進行組合，使得車身的6個空間自由度剛好被完全約束，即車身自由度為O。約束原理如圖8所示，對于車身、立柱、扭轉橫梁和工作臺共同組成的空間機構，其自由度=所有活動構件自由度-所有運動副引入的約束數(shù)，即:F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-Pl-k=6 X 5-5 X 2-4 X 0-3 X 6-2 X 0-1 X 0-2=0可見，無論扭轉加載還是彎曲加載，如果不考慮裝配間隙以及裝置剛度的影響，那么將只有車身變形。按照圖3安裝后，調整立柱長短并用水平儀對車身位置進行檢測。當進行彎曲試驗時，對車身座椅安裝處同時向下加載；進行扭轉試驗時，對扭轉橫梁20上的管件23、24加載。加載過程中，由于車身自由度為零，約束裝置的剛度遠大于車身剛度，自身不會發(fā)生變形；各立柱以及扭轉橫梁將隨著車身的變形而運動，并且不影響車身的彎扭剛度。這樣，通過合理的布置2個轉動副和6個球副，使得車身空間6個自由度剛好被完全約束，在安裝固定車身時不會對其產(chǎn)生預載荷且加載過程中車身變形不會受到約束裝置的限制，進而有效改善了車身彎、扭剛度試驗過程中約束裝置對測試結果的影響，有利于同批次車身剛度試驗結果的比對。實施例二如圖9所示，在實施例二中，第一立柱40及第二立柱50的下端與扭轉橫梁20采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件(例如采用球鉸)進行連接，第四立柱70的下端與工作臺10采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，第三立柱60的下端固定在工作臺10上。其余的結構與實施例一相同，此處不再重復描述。利用實施例二的結構，同樣使得車身的6個空間自由度剛好被完全約束，即車身自由度為0，同樣可以實現(xiàn)本實用新型的目的。實施例三如圖10所示，在實施例三中，第二立柱50的下端與扭轉橫梁20采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，第一立柱40的下端與扭轉橫梁20、以及第四立柱70的下端與工作臺10采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件(例如采用球鉸)進行連接，第三立柱60的下端固定在工作臺10上。其余的結構與實施例一相同，此處不再重復描述。利用實施例三的結構，同樣使得車身的6個空間自由度剛好被完全約束，即車身自由度為0，同樣可以實現(xiàn)本實用新型的目的。實施例四如圖11所示，在實施例四中，第一立柱40的下端與扭轉橫梁20采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，第二立柱50的下端與扭轉橫梁20、以及第三立柱60的下端與工作臺10采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件(例如采用球鉸)進行連接，第四立柱70的下端固定在工作臺10上。其余的結構與實施例一相同，此處不再重復描述。利用實施例四的結構，同樣使得車身的6個空間自由度剛好被完全約束，即車身自由度為0，同樣可以實現(xiàn)本實用新型的目的。以上參照附圖說明了本實用新型的優(yōu)選實施例，本領域技術人員不脫離本實用新型的范圍和實質，可以有多種變型方案實現(xiàn)本實用新型。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本實用新型較佳可行的實施例而已，并非因此局限本實用新型的權利范圍，凡運用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效變化，均包含于本實用新型的權利范圍之內。
權利要求1.一種乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于包括: 工作臺； 扭轉橫梁，其通過支架橫向設置在所述工作臺上的一側，并能繞所述支架橫向扭轉； 第一立柱和第二立柱，其下端分別設置在所述扭轉橫梁的兩側上； 第三立柱和第四立柱，其下端分別在所述工作臺上的另一側間隔設置； 其中，所述第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱的頂端分別設置有限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件，用于共同支承白車身；所述第三立柱和第四立柱中的其中一個的下端固定在所述工作臺上，其余三個立柱的下端與所述工作臺或所述扭轉橫梁的連接件中，一個采用單向轉動的轉動鉸鏈，兩個采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件。
2.根據(jù)權利要求1所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件采用球鉸或萬向聯(lián)軸節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述轉動鉸鏈為在縱向轉動的轉動鉸鏈。
4.根據(jù)權利要求1所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述扭轉橫梁采用空心方鋼，其與所述支架之間的樞轉接合處固定有加強板。
5.根據(jù)權利要求1所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述扭轉橫梁上固定有T形槽，用于固定所述第一立柱和第二立柱下端的連接件，使所述第一立柱和第二立柱在所述扭轉橫梁上的橫向位置能夠在所述T形槽中進行調節(jié)。
6.根據(jù)權利要求1所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述扭轉橫梁的下表面距離扭轉中心一定距離處固定連接有管件，用作扭轉試驗的加載點。
7.根據(jù)權利要求1所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述立柱為長度可調節(jié)的立柱，其包括具有內螺紋的空心管件，及與所述空心管件螺紋連接的螺紋桿。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述第一立柱的下端與所述扭轉橫梁采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，所述第二立柱的下端與所述扭轉橫梁、以及所述第四立柱的下端與所述工作臺采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件進行連接，所述第三立柱的下端固定在所述工作臺上。
9.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述第一立柱及所述第二立柱的下端與所述扭轉橫梁采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件進行連接，所述第四立柱的下端與所述工作臺采用單向轉動的轉動鉸鏈進行連接，所述第三立柱的下端固定在所述工作臺上。
10.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，其特征在于，所述白車身與各立柱上端的連接件通過轉換接頭進行固定。
專利摘要本實用新型提供一種乘用車白車身彎扭剛度試驗約束裝置，包括工作臺；扭轉橫梁，其通過支架橫向設置在工作臺上的一側，并能繞支架橫向扭轉；第一立柱和第二立柱，其下端分別設置在扭轉橫梁的兩側上；第三立柱和第四立柱，其下端分別在工作臺上的另一側間隔設置；各立柱的頂端分別設置有限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件；第三立柱和第四立柱中的其中一個的下端固定在工作臺上，其余三個立柱的下端與工作臺或扭轉橫梁的連接件中，一個采用單向轉動的轉動鉸鏈，兩個采用限制三個移動自由度但不限制三個轉動自由度的連接件。這樣剛好完全約束車身空間六個自由度，消除臺架對所測車身剛度值的影響，并且易于實現(xiàn)車身姿態(tài)的調整。
文檔編號G01M17/007GK202974672SQ201220674780
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月9日 優(yōu)先權日2012年12月9日
發(fā)明者李濤, 田川超, 盧海波, 董川川, 譚能堃 申請人:廣州汽車集團股份有限公司