汽車車輪彎曲疲勞試驗機國內外研究現狀綜述

徐恒斌　顧佳超　孟凡榮

摘 要：文章對汽車車輪彎曲疲勞試驗機研究的國內外現狀進行了綜述，力求為汽車車輪彎曲疲勞試驗機的研制提供技術參考。

關鍵詞：汽車車輪；彎曲疲勞試驗機；現狀

1 汽車車輪彎曲疲勞試驗機國內研究現狀

我國的汽車車輪彎曲疲勞試驗機新設備開發起步較晚，直到20世紀70年代前后才剛剛開始。長春天水紅山試驗機廠家開發出的液壓伺服試驗機和其他企業的相關領域的研究，才使中國的動態試驗機研究水平是邁出了一大步。近年來國內車輪彎曲疲勞試驗機行業正在加快步伐，廣泛采用計算機控制、電液伺服、高精度測力和測變形技術，研制出各種金屬和非金屬的疲勞試驗儀器和工況動態力學試驗設備，填補了國內的空白，部分設備還達到了國際先進水平；同時，也使我國的試驗領域得到了進一步擴展。但是與國際先進水平相比，我國的車輪彎曲疲勞試驗機水平還相差較遠，又由于相關領域如電液伺服閥、伺服液壓缸、電子技術、計算機技術等領域相對比較薄弱，在一定程度上影響了我國車輪彎曲疲勞試驗機行業的發展，部分產品和零件仍需進口。因此，我國車輪彎曲疲勞試驗機要趕超世界先進水平，實現全部產品和零件的國產化，仍是我國車輪彎曲疲勞試驗機行業今后的奮斗目標和發展方向。

當今，主要有兩種車輪彎曲疲勞試驗方法：

一種方法是讓車輪進行旋轉，而載荷固定不動，即車輪隨著加載臂的旋轉而旋轉，在加載臂一端施加一個固定的彎矩，對車輪產生旋轉彎矩。把車輪與疲勞試驗機的工作臺固定在一起，用電機來驅動疲勞試驗機的工作臺及與其固定在一起的車輪進行旋轉運動，在加載臂的一側連接上車輪的輪轂，而在加載臂的另一側則施加一個固定不變的力，用來實現對加載臂即車輪輪軸產生一個旋轉彎矩的效果，以便真實反映汽車車輪在行駛過程中承受旋轉彎矩的實際狀況。在模擬試驗條件下，要求汽車車輪在經歷了若干次循環載荷之后，不能產生由于疲勞所致的破壞。

另一種方法是讓車輪靜止不動，而載荷進行旋轉，即車輪跟加載軸固定，在加載臂一端施加一個相當于旋轉彎矩效果的離心力。把車輪與疲勞試驗機的工作臺臺面進行綁定，與第一種方法一樣，在加載臂的一側連接上車輪的輪轂。與第一種方法不一樣的是，在加載臂的另一側則裝載一個不平衡的質量塊，通過電機帶動裝載的不平衡質量塊進行轉動，用來產生一個離心力，進而實現對加載臂即車輪輪軸產生一個旋轉彎矩作用在汽車的車輪上。

隨著國內汽車工業水平的不斷發展，國內涌現出了一大批汽車車輪彎曲疲勞試驗機生產廠家，其中最具代表性的是天津久榮車輪有限公司研制的用于轎車車輪彎曲疲勞性能試驗的CFT-2型和CFT-3型車輪彎曲疲勞試驗機，其中CFT-2型車輪彎曲疲勞試驗機采用的是讓車輪進行旋轉，而載荷固定不動的試驗方式。CFT-3型車輪彎曲疲勞試驗機采用的是讓車輪固定不動，而載荷進行旋轉的試驗方式。

除了天津久榮車輪有限公司，國內還有其他一些資質雄厚的車輪彎曲疲勞試驗機的生產廠家研究的車輪彎曲疲勞試驗機，例如，東風汽車有限公司研究的采用讓車輪進行旋轉，而載荷固定不動的試驗方式的RF30K型車輪彎曲疲勞試驗機。

2 汽車車輪彎曲疲勞試驗機國外研究現狀

要對車輪進行彎曲疲勞研究，汽車車輪彎曲疲勞試驗機是不可或缺的彎曲疲勞研究工具。從最早的模擬軸旋轉彎曲疲勞試驗機開始至今，車輪彎曲疲勞試驗機已有超過一個世紀的歷史。

汽車車輪彎曲疲勞試驗機是一種技術密集型的測試設備，現已涉及機械，液壓，電氣，材料，測量，自動控制，數字顯示等眾多技術領域，其相關技術被廣泛應用在機械，造船，航空航天等許多工業部門。目前國內許多大型和彎曲疲勞試驗機都可進行低周疲勞試驗，這些設備一般采用靜態測試微電子伺服術，通過改變電機的運行參數可自動完成進行必要的測試。測試結果和測試數據可實現自動采集，處理，顯示和打印記錄，大大降低了試驗人員的勞動強度，提高測試效率。由于試驗機具有閉環伺服機電控制系統，又因它的負載范圍廣，因此能夠成完低頻往復拉伸和壓縮循環試驗。另一種是動態疲勞試驗機，它是由機械，液壓和電子系統三者組合而成的新型伺服機構。電液伺服疲勞試驗機變開環控制為閉環控制，與此同時也大大的提高了測試動態精度。電液伺服疲勞試驗機除了可采用正弦波載荷外，還可以也施加方波，三角波，鋸齒波，梯形波等載荷譜。因此，試驗結果更逼近于實際的工作狀態，可為最佳優化設計提供更可靠的依據。任何一個大型現代化的項目都必須經過動態力學測試，否則就不能保證其設計的安全性。

目前，隨著科學技術的進步和現實需求，電液伺服疲勞試驗機正朝著全微機化、智能化，節能化的方向發展，進一步提高了電液伺服疲勞試驗機的測試效率，改善了準確度，并且降低了電液伺服液壓伺服疲勞試驗機以及疲勞試驗機[2-3]的能量消耗。

從上個世紀80年代末到現在，汽車車輪彎曲疲勞試驗機行業的規模，品種，先進程度取得長足發展，美國，德國，日本等國家的相關技術在這一領域處于領先水平。比較知名的廠家有：美國MTS公司，公司奧爾森（OLSEN），總部設在美國英斯特朗（INSTRON）公司；德國MFL公司申克（SCHENCK）公司，沃爾瑪伯特（WOLPERT）公司和茨維柯（ZWICK）公司；日本的島津公司，東京衡機公司，東洋精機公司和松澤公司等等。目前，隨著大規模集成電路、電腦系統和數字控制技術的應用，車輪彎曲疲勞試驗機的加載臂產品已經普遍采用計算機和微機進行設計，并應用現代化的通訊系統使彎曲疲勞試驗機產品趨于自動化和智能化，其技術結構方面是模擬式逐漸被數字化和全數字化所取代，由提供數據向提供方法和結果的方向發展；產品結構方面，從技術密集型逐步轉向高技術密集型，達到產品結構的最佳化?？傊?，現代車輪彎曲疲勞試驗機產品已實現了計算機化、智能化、數字化、自動化、節能化、微型化和超大型化。試驗機今后的主要發展趨勢是對現有的這些高技術密集型產品的開發和發展，充分利用新材料，廣泛應用機械手和機器人技術以及最現代化的通訊技術。

參考文獻

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作者簡介：徐恒斌（1986-），男，助教，碩士，主要從事機械設計制造方面的教學科研工作。endprint