汽车二力杆件载荷标定装置设计
目 录
1引言1
2载荷标定装置的设计2
3装置材料的选择3
4固定机构的确定4
5加载机构的选择7
5.1重物加载7
5.2机械式加载10
5.3液压加载10
6位置调节机构的确定15
6.1滚珠丝杠副的选择15
6.2工作台的设计17
7载荷标定方法17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 引言
结构部件载荷试验与数据处理在现代机械设计中具有十分重要的意义，它是寿命估算、全尺寸模拟实验、可靠性设计、耐久性评定和计算机辅助设计的重要依据。应用十分广泛，如汽车、拖拉机、联合收割机、飞机、航空发动机、火车、舰船、电站、化工容器以及各类动力装置等，是目前国内外十分关注和正在发展的课题，从科学上讲，具有广泛的发展前途。本文针对二力杆件结构部件载荷标定实验和数据处理的实际需要，进行了二力杆件结构部件载荷标定方法和实验数据处理装置设计的开发研究。
汽车在道路上行驶时，不断受到各种载荷的冲击，为了维护汽车行驶的稳定性和安全性，对汽车的零件进行安全测量。因为其结构本身的复杂性，受到系统本身因为横向或纵向载荷因素而产生的随机附加载荷, 且该附加载荷往往是其工作载荷的几倍。横向稳定杆等汽车二力杆件类零部件长时间受到随机交变载荷的作用，其性能将受到严重影响，同时可能产生疲劳损坏，甚至出现裂纹或者断裂。在汽车二力杆件类零件试验中，为了减少试验周期，增加工作效率，就需要一种具有针对性的载荷标定装置。为此，在国内由于现有研究水平和试验设备均相对落后的情况下为更好地完成对汽车二力杆件类零件的可靠性和安全性的检测，而汽车二力杆件类零件可靠性试验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
势在必行的情况下，本文就汽车二力杆件类零件载荷标定装置研究作探讨。在对汽车二力杆件类零件载荷标定装置设计的过程中，通过对汽车载荷标定装置、标定方法等相关资料（含专利）以及二力杆件类零件结构特点和载荷特征的分析，得出二力杆件类零件载荷标定装置，加快汽车零部件可靠性的研究步伐，同时本文的研究也为汽车零部件开发试验研究积累经验，为更好的生产出更好的汽车献出自己的一份力量【1】。
在国外，如美国、前苏联等许多国家都投入了大量的人力物力进行实验研究和方法探讨，并在实际工程中以得到了应用。由于二力杆件结构部件载荷数据采集和实时处理问题的复杂性，直到目前为止，我国这一领域方法研究仍不够完善，所采用的理论和方法仍是沿用美国、前苏联60年代的研究成果，诸如载荷桥路设计，现场实验加载方法，载荷方程表达以及数据回归分析等仍有许多理论和实践有待进一步深入探讨和研究。
二力杆指的是没有外力的作用下、不计重力、两端可以自由转动的轻杆。我们知道，杆既可以发生拉伸或压缩形变，也可以发生弯曲或扭转形变，因此杆的弹力不一定沿杆的方向。但是，二力杆两端的弹力必定沿杆两端连线的方向，否则杆不能平衡。??
二力杆常见于桁架结构，若：1.桁架的节点都是光滑的铰接点。2.各杆的轴线都是直线并且通过铰的中心。3.荷载和支座反力都作用在节点上。则该桁架的所有杆件都为二力杆。??
二力杆件：指的是一个杆件只在两端受力，且处于平衡状态。?由于二力杆件处于平衡状态，由力的平衡可知其两端所受的合力方向相反，力的大小相等。?
注意：二力杆件不一定是直杆。??
两端通过球铰或平面圆柱铰与其他物体连接且不计质量的构件称为二力杆约束。由球铰或平面圆柱铰约束分析可知，二力杆只在两端受到约束力与，它们分别通过各自的几何中心。如果二力杆处于平衡，两力必大小相等，方向相反，且共线。??
二力杆约束与柔索约束不同，它不是单面约束。??
如果杆件为直杆，将其切断。根据切断部分平衡的条件，切断面必存在力与分别和与构成平衡力系。力与称为杆件的内力。它们大小相等方向相反【2，3】。
2 载荷标定装置的设计
如下图1所示为我所设计的汽车二力杆件载荷标定装置，它由固定机构、加载机构、位置调节机构等部分组成。此装置能适用于任何二力杆件试件的载荷标定，并且操作简单、使用方便，能准确、简明的读取载荷的多少。
图1汽车二力杆件载荷标定装置三视图
在二力杆件试件载荷标定的时候，先将试件的一端固定在夹具上，调动滚珠丝杠副使试件另一端能被夹具套入，然后固定好二力杆件，再通过不同的液压加载器对试件进行拉伸或压缩，从而对二力杆件进行载荷标定。
3 装置材料的选择
根据以往经验和查阅相关资料，汽车横向稳定杆为主的汽车二力杆件零件具有较高的拉伸与压缩强度，在选用的设计装置材料应该满足相应的要求。
目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等，或分为铬不锈钢和镍不锈钢两大类。并且双相不锈钢具有以下性能特点：
（1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60°C以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力；
（2）含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L；
（3）具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等动力设备；
（4）综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上；
（5）可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接；
（6）含低铬（18%Cr）的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过锻造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，可以生产板、管和丝等产品；
（7）冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，需施加较大应力才能变形；
（8）与奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高；
（9）仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用在高于300°C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小【4】。
本装置使用的材料为0Cr26Ni5Mo2双相不锈钢，力学性能如表1所示：
图8应变片与接线端子的位置图
式（3）中知道了 、A的值，可求出F符合所有二力杆件试件的拉伸跟压缩的力。
结 论
1引言1
2载荷标定装置的设计2
3装置材料的选择3
4固定机构的确定4
5加载机构的选择7
5.1重物加载7
5.2机械式加载10
5.3液压加载10
6位置调节机构的确定15
6.1滚珠丝杠副的选择15
6.2工作台的设计17
7载荷标定方法17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 引言
结构部件载荷试验与数据处理在现代机械设计中具有十分重要的意义，它是寿命估算、全尺寸模拟实验、可靠性设计、耐久性评定和计算机辅助设计的重要依据。应用十分广泛，如汽车、拖拉机、联合收割机、飞机、航空发动机、火车、舰船、电站、化工容器以及各类动力装置等，是目前国内外十分关注和正在发展的课题，从科学上讲，具有广泛的发展前途。本文针对二力杆件结构部件载荷标定实验和数据处理的实际需要，进行了二力杆件结构部件载荷标定方法和实验数据处理装置设计的开发研究。
汽车在道路上行驶时，不断受到各种载荷的冲击，为了维护汽车行驶的稳定性和安全性，对汽车的零件进行安全测量。因为其结构本身的复杂性，受到系统本身因为横向或纵向载荷因素而产生的随机附加载荷, 且该附加载荷往往是其工作载荷的几倍。横向稳定杆等汽车二力杆件类零部件长时间受到随机交变载荷的作用，其性能将受到严重影响，同时可能产生疲劳损坏，甚至出现裂纹或者断裂。在汽车二力杆件类零件试验中，为了减少试验周期，增加工作效率，就需要一种具有针对性的载荷标定装置。为此，在国内由于现有研究水平和试验设备均相对落后的情况下为更好地完成对汽车二力杆件类零件的可靠性和安全性的检测，而汽车二力杆件类零件可靠性试验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
势在必行的情况下，本文就汽车二力杆件类零件载荷标定装置研究作探讨。在对汽车二力杆件类零件载荷标定装置设计的过程中，通过对汽车载荷标定装置、标定方法等相关资料（含专利）以及二力杆件类零件结构特点和载荷特征的分析，得出二力杆件类零件载荷标定装置，加快汽车零部件可靠性的研究步伐，同时本文的研究也为汽车零部件开发试验研究积累经验，为更好的生产出更好的汽车献出自己的一份力量【1】。
在国外，如美国、前苏联等许多国家都投入了大量的人力物力进行实验研究和方法探讨，并在实际工程中以得到了应用。由于二力杆件结构部件载荷数据采集和实时处理问题的复杂性，直到目前为止，我国这一领域方法研究仍不够完善，所采用的理论和方法仍是沿用美国、前苏联60年代的研究成果，诸如载荷桥路设计，现场实验加载方法，载荷方程表达以及数据回归分析等仍有许多理论和实践有待进一步深入探讨和研究。
二力杆指的是没有外力的作用下、不计重力、两端可以自由转动的轻杆。我们知道，杆既可以发生拉伸或压缩形变，也可以发生弯曲或扭转形变，因此杆的弹力不一定沿杆的方向。但是，二力杆两端的弹力必定沿杆两端连线的方向，否则杆不能平衡。??
二力杆常见于桁架结构，若：1.桁架的节点都是光滑的铰接点。2.各杆的轴线都是直线并且通过铰的中心。3.荷载和支座反力都作用在节点上。则该桁架的所有杆件都为二力杆。??
二力杆件：指的是一个杆件只在两端受力，且处于平衡状态。?由于二力杆件处于平衡状态，由力的平衡可知其两端所受的合力方向相反，力的大小相等。?
注意：二力杆件不一定是直杆。??
两端通过球铰或平面圆柱铰与其他物体连接且不计质量的构件称为二力杆约束。由球铰或平面圆柱铰约束分析可知，二力杆只在两端受到约束力与，它们分别通过各自的几何中心。如果二力杆处于平衡，两力必大小相等，方向相反，且共线。??
二力杆约束与柔索约束不同，它不是单面约束。??
如果杆件为直杆，将其切断。根据切断部分平衡的条件，切断面必存在力与分别和与构成平衡力系。力与称为杆件的内力。它们大小相等方向相反【2，3】。
2 载荷标定装置的设计
如下图1所示为我所设计的汽车二力杆件载荷标定装置，它由固定机构、加载机构、位置调节机构等部分组成。此装置能适用于任何二力杆件试件的载荷标定，并且操作简单、使用方便，能准确、简明的读取载荷的多少。
图1汽车二力杆件载荷标定装置三视图
在二力杆件试件载荷标定的时候，先将试件的一端固定在夹具上，调动滚珠丝杠副使试件另一端能被夹具套入，然后固定好二力杆件，再通过不同的液压加载器对试件进行拉伸或压缩，从而对二力杆件进行载荷标定。
3 装置材料的选择
根据以往经验和查阅相关资料，汽车横向稳定杆为主的汽车二力杆件零件具有较高的拉伸与压缩强度，在选用的设计装置材料应该满足相应的要求。
目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等，或分为铬不锈钢和镍不锈钢两大类。并且双相不锈钢具有以下性能特点：
（1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型奥氏体不锈钢在60°C以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力；
（2）含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L；
（3）具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等动力设备；
（4）综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上；
（5）可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接；
（6）含低铬（18%Cr）的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过锻造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，可以生产板、管和丝等产品；
（7）冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，需施加较大应力才能变形；
（8）与奥氏体不锈钢相比，导热系数大，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高；
（9）仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用在高于300°C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小【4】。
本装置使用的材料为0Cr26Ni5Mo2双相不锈钢，力学性能如表1所示：
图8应变片与接线端子的位置图
式（3）中知道了 、A的值，可求出F符合所有二力杆件试件的拉伸跟压缩的力。
结 论
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