基于单片机的车轮弯曲疲劳试验机自动控制系统

　　1　引　言

　　车轮是汽车上最重要的核心部件之一,直接关系到汽车行驶的安全性及舒适性。车轮的制造工艺包括冲压、成型、焊接以及防腐处理等,每项工艺的要求都极为严格。从实际工作的角度看,汽车行驶时,车轮的受力比较复杂,除了承受支撑力、侧向力、弯曲力矩及驱动力外,随着车轮的转动,压力等多方面影响因素也随机变化。因此,车轮设计制造过程中的根本问题是应保证其疲劳寿命满足设计和使用性能的要求。

　　通常测试车轮疲劳寿命的试验和检查包括两方面:车轮径向疲劳试验,主要检查整个车轮的综合强度;车轮弯曲疲劳试验,主要检查车轮轮辐及焊接强度。

　　近年来,随着国内汽车工业的快速发展,行业竞争日益激烈,消费者和生产厂家对产品质量越来越重视,对车轮疲劳寿命的试验研究愈显重要。目前,国内的汽车行业中,车轮弯曲疲劳试验的主要设备采用进口的液压伺服弯曲疲劳试验机。这种试验机虽然试验精度较高,但其体积较大、价格昂贵且试验速度较慢,因此研制价格低廉、高性能的汽车车轮弯曲疲劳试验机替代进口产品,对于提高车轮疲劳寿命试验的综合性能、降低试验成本具有重要意义。

　　2　试验机的组成及工作原理

　　试验机的结构组成包括机械部分和测控部分,其原理图如图1所示。机械部分的主要功能是固定车轮,产生试验载荷。车轮用压板固定在静止的试验台上,同时和弯轴固定在一起,电机通过万向传动装置带动转盘及偏心块旋转。偏心块旋转产生的离心力作用到弯轴的下端,在弯轴的上端根部产生交变弯矩作用于车轮。

　　设偏心块的质量为m,偏心矩为e,电机转速为ω,力臂长为L,则弯矩为:

　　可见,作用于车轮上的交变弯矩W由m、e、L、ω所确定,而e、L、ω是由试验机的结构和电机的转速所决定,因此从理论上来讲,如果没有电控部分,亦可通过调节偏心块质量m的大小来改变试验弯矩W的大小,以满足不同型号的车轮对不同试验弯矩的要求。在试验过程中,国家标准对不同型号的车轮都规定有相应的试验弯矩,试验弯矩必须保持恒定,也就是说参数一旦确定,其数值大小在试验过程中必须是恒定的。但实际试验发现,参数m、L、ω在试验过程中可以保持恒定,但偏心矩e则会发生变化。其主要原因是:各种型号的车轮,由于刚度不同,并且在试验过程中还会随着疲劳试验次数(即弯矩的交变次数)的增加而改变。刚度的变化将会引起弯轴下端的摆动,从而引起偏心矩的变化,这是一个正反馈的过程,即:刚度降低———变形加大———偏心矩e增加———弯矩增大———变形增大。此过程引起两个突出问题:一是作用在车轮上的弯矩发生变化,不符合国标所规定的恒定弯矩试验的要求;二是由于正反馈的存在,产生了一种所谓的“欺软怕硬”现象,无法真实反映车轮的疲劳寿命。