一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具的制作方法

1.本实用新型涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具。


背景技术：

2.汽车底盘球铰结构一般用于汽车转向系统上，具有3个旋转自由度，传递力和运动，是底盘关系安全运转的重要零件。球铰主要作用确保汽车在行驶方向上的操纵稳定性、行驶平顺性、舒适性以及安全性，故要求球铰具有一定的力学性能，如刚强度、拉脱力和固有频率等。球铰必须保证球铰在承受压力时球铰与球碗始终不相互分离，在设计阶段本发明可以作为后续球铰定性的判断依据。
3.通过有限元分析将其球铰精细化建模势必会增加大量的计算时间，无法将其精细建模方法推广至整车的模型中，因此通过实验验证不同的角度下获取工程应力应变，建模过程中不考虑试样球座材料的流动状态对球座收口处与球销在挤压过程的影响。球铰满足强度工况下，通过有限元分析方法及理论模型研究了不同角度对轴向拉拔力的影响以及球铰本身具有自由度的特征。利用discrete_beam单元配合mat67材料模拟非线性弹性梁和非线性梁的效果，定义beam的两个节点可以重合不会产生位移，也可以设置有限的偏移长度的beam单元。对于有限长度的beam单元，section beam输入中变量scoor的绝对值应设置为2.0，这将导致局部γ轴沿beam的两个节点对齐，以给出物理的正确行为。beam节点之间的距离不应影响该材料模型性能，三和弦用来为定向确定discrete_beam的方向。允许任意曲线来模拟过渡、转动刚度和阻尼效应，从而到达等效球铰拔脱效应，减少建模难度，提高利用率以及计算效率。
4.因此，有必要设计一种适用于球铰拉伸破坏性的实验夹具。


技术实现要素：

5.本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具。
6.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具，其特征在于，包括：抗拉基座，设置在所述抗拉基座表面的球座，所述球座通过球铰件连接工装夹持组件；
7.所述球铰件包括球销，以及设置在所述球销两侧的螺帽和球碗；
8.所述抗拉基座表面与水平面保持平行，所述抗拉基座表面上设置有用于安装螺栓的若干限位孔；
9.所述球座的底面通过所述螺栓与所述所述抗拉基座固定，所述球座中设置有用于放置所述球碗的安装槽；所述安装槽靠近所述球座的顶面设置有一拔脱孔，所述拔脱孔的中轴线与所述球座顶面保持垂直，所述拔脱孔与所述球碗过盈配合；
10.所述工装夹持组件包括固定板件和拉伸板件，所述拉伸板件和所述固定板件相对
设置且固定连接；所述固定板件上设置有与所述螺帽配合的螺帽孔。
11.本实用新型一个较佳实施例中，所述抗拉基座的底部固定连接有连接杆，所述连接杆连接万能实验机的液压卡钳，实现对所述抗拉基座的固定。
12.本实用新型一个较佳实施例中，通过所述万能实验机带动所述连接杆以1mm/min的加载速度，对所述球铰件和所述球座进行拔脱。
13.本实用新型一个较佳实施例中，所述球座的上顶面与所述抗拉基座表面平行。
14.本实用新型一个较佳实施例中，所述球座的上顶面与所述抗拉基座表面形成一定角度。
15.本实用新型一个较佳实施例中，所述安装槽在所述球座的宽度方向上贯穿。
16.本实用新型一个较佳实施例中，所述万能试验机给予所述工装夹持组件以竖直方向的加载速度。
17.本实用新型一个较佳实施例中，所述球铰件为摆臂切割形成。
18.本实用新型一个较佳实施例中，所述安装槽的形状与所述球碗形状相适配。
19.本实用新型一个较佳实施例中，所述固定板件和所述拉伸板件均为凹形结构。
20.本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果：
21.(1)本实用新型提供了一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具，该夹具通过球铰件连接不同的球座，设计球座表面的角度，且球铰件和球座中拔脱孔过盈配合，通过万能实验机的加载速度，可以实现竖直拉伸方向或斜角拉伸方向上的摆臂球铰拔脱试验，从而到达等效球铰拔脱效应，减少建模难度，提高利用率以及计算效率。
22.(2)本实用新型利用等效静载理论将碰撞非线性工况的力载荷转换为线性静态工况，精准地模拟球铰在实际汽车行驶过程中传递和运动状态，在满足各重要时刻碰撞性能前提下实现球铰的简化建模。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
24.图1是本实用新型的实施例一中一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具的立体结构示意图；
25.图2是本实用新型的实施例一中球铰件的立体结构示意图；
26.图3是本实用新型的实施例一中工装夹持组件的立体结构示意图；
27.图4是本实用新型的实施例一中另一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具的立体结构示意图；
28.图中：1、抗拉基座；11、限位孔；12、连接杆；2、球座；21、安装槽；22、拔脱孔；3、球铰件；31、球销；32、螺帽；33、球碗；4、工装夹持组件；41、固定板件；42、拉伸板件；43、螺帽孔。
具体实施方式
29.现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
30.实施例一
31.如图1所示，示出了本实施中一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具的立体结构示意图。该汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具包括：抗拉基座1，设置在抗拉基座1表面的球座2，球座2通过球铰件3连接工装夹持组件4。
32.如图2所示，示出了本实施中球铰件3的立体结构示意图。球铰件3包括球销31，以及设置在球销31两侧螺帽32和球碗33。
33.本实施例中抗拉基座1表面与水平面保持平行，抗拉基座1表面上设置有用于安装螺栓的若干限位孔11。球座2的上顶面与抗拉基座1表面平行，此结构的设计适用于竖直拉伸方向上的摆臂球铰拔脱试验。
34.球座2的底面通过螺栓与抗拉基座1固定，球座2中设置有用于放置球碗33的安装槽21；安装槽21的形状与球碗33形状相适配。安装槽21靠近球座2的顶面设置有一拔脱孔22，拔脱孔22的中轴线与球座2顶面保持垂直，拔脱孔22与球碗33过盈配合。安装槽21在球座2的宽度方向上贯穿。
35.如图3所示，示出了本实施中工装夹持组件4的立体结构示意图。工装夹持组件4包括固定板件41和拉伸板件42，拉伸板件42和固定板件41相对设置且固定连接；固定板件41和拉伸板件42均为凹形结构。固定板件41上设置有与螺帽32配合的螺帽孔43。
36.抗拉基座1的底部固定连接有连接杆12，连接杆12连接万能实验机的液压卡钳，实现对抗拉基座1的固定。通过万能实验机带动连接杆12以1mm/min的加载速度，万能试验机给予工装夹持组件4以竖直方向的加载速度，对球铰件3和球座2进行拔脱。
37.如图4所示，示出了本实施中另一种汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具的立体结构示意图。球座2的上顶面与抗拉基座1表面形成一定角度，拔脱孔22的中轴线与球座2顶面保持垂直，拔脱孔22与球碗33过盈配合。此结构的设计适用于斜角拉伸方向上的摆臂球铰拔脱试验。在拔脱时球碗33和球销31相互分离，即球销31一端的球头(未示出)与球碗33分离。
38.本实施例需要针对目前汽车底盘球铰传递力和运动，球铰的拉压溃力分析属于瞬态动力学范畴,短时间内无法体现球座2内机油的流动特性对拉压溃力的影响，故而不考虑球座2内机油的流动状态对球座2收口处与球销31在挤压过程的影响，将碰撞载荷力等效(或映射)到线性优化模型中进行球铰拓扑优化设计，使其不仅满足承载需求也能最大化地节约成本，提高计算效率。
39.本实施例因无单个球铰件3，只能在样件上切割，为不影响球铰的性能，通过仿真模型校核，合理规划左摆臂样件上的球铰切割尺寸，利用水刀切割。
40.本实施例以切割后的球铰件3尺寸设计实验工装，并且保证不影响球铰件3拔脱力的情况下，设计合理限位和有限的球头偏移角度。以实际的工装设计图为准，按实际的尺寸加工实验工装，并将球铰件3配合工装固定在万能试验机上，以1mm/min的加载速度开始实验，提取实验过程中球铰拔脱的力/位移曲线；同理，斜角度的实验设置以垂直角度的实验方法一致。
41.本实施例的使用方法：从摆臂切割下的球铰件3通过上述夹具固定在万能试验机上，球头销穿过螺帽孔43用螺帽32锁死在固定板件41上，此固定板件41通过拆销固定万能试验机上端；在不影响球头销正常运动的情况下，通过限位孔11将球座2进行限位，以免实验过程中出现打滑；将限位孔11通过螺栓相互连接，并且抗拉基座1底部留有连接杆12连接
万能实验机的液压卡钳。
42.实施例二
43.本实施对实施例一中的汽车底盘球铰拉伸破坏性实验夹具进行拉伸破坏性实验。
44.采用等效静载理论将碰撞非线性工况的力载荷转换为线性静态工况，精准地模拟球铰件3在实际汽车行驶过程中传递和运动状态，在满足各重要时刻碰撞性能前提下实现球铰件3的简化建模。
45.实验样件固定好后，摄像机拍摄实验的初始状态，挑选合适的角度摆放相机录制实验视频，待一切准备就绪后，设定1mm/min的加载速度，启动实验机直至球头销从球座2拔出，保存实验机记录的球头销拔脱力和球头销运动轨迹，保存实验录像，一次实验结束，重新性实验操作无需更换工装，更换实验样件即可；如做不同角度下的球头销拔脱实验，只需将球座2替换即可，其他操作步骤不变。
46.建立零部件拉伸仿真有限元模型，并且球销31、球碗33、球座2也需要要实际的尺寸精细化建出来，各个零部件的材料信息要与实际一致，并且各个零部件之间的不能存在穿透问题，以上模型检查完毕后，提交ls-dyna计算，输出球头拉伸力和位移值，与实验过程输出的力/位移曲线对比。
47.待零部件精细建模仿真对标完成后，为将此球铰受力情况反响至整车碰撞模型中，作为后续在整车开发中的保守预估的依据，也为不影响整车碰撞模型的计算效率，球铰拔脱模型通过discrete_beam单元配合mat67进行简化，球铰三个自由度的输出曲线通过mat67来模拟，减少建模难度，提高工作效率。
48.整个实验到仿真对标以及仿真模型简化都是将碰撞非线性工况考虑球头销的拔脱力，使其球头销拔脱建模更加便捷，整车模型提至ls-dyna计算效率更高，模型质量缩放更加合理可靠。
49.本实施例主要利用等效静载理论将碰撞非线性工况的力载荷转换为线性静态工况，精准地模拟球铰在实际汽车行驶过程中传递和运动状态，在满足各重要时刻碰撞性能前提下实现球铰的简化建模。避免精细化球铰建模在整车模型增加的计算效率和建模效率，降低了人力成本以及ls-dyna的计算成本。
50.以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。