汽车车轮弯曲疲劳试验机国内外研究现状综述

徐恒斌　顾佳超　孟凡荣

摘 要：文章对汽车车轮弯曲疲劳试验机研究的国内外现状进行了综述，力求为汽车车轮弯曲疲劳试验机的研制提供技术参考。

关键词：汽车车轮；弯曲疲劳试验机；现状

1 汽车车轮弯曲疲劳试验机国内研究现状

我国的汽车车轮弯曲疲劳试验机新设备开发起步较晚，直到20世纪70年代前后才刚刚开始。长春天水红山试验机厂家开发出的液压伺服试验机和其他企业的相关领域的研究，才使中国的动态试验机研究水平是迈出了一大步。近年来国内车轮弯曲疲劳试验机行业正在加快步伐，广泛采用计算机控制、电液伺服、高精度测力和测变形技术，研制出各种金属和非金属的疲劳试验仪器和工况动态力学试验设备，填补了国内的空白，部分设备还达到了国际先进水平；同时，也使我国的试验领域得到了进一步扩展。但是与国际先进水平相比，我国的车轮弯曲疲劳试验机水平还相差较远，又由于相关领域如电液伺服阀、伺服液压缸、电子技术、计算机技术等领域相对比较薄弱，在一定程度上影响了我国车轮弯曲疲劳试验机行业的发展，部分产品和零件仍需进口。因此，我国车轮弯曲疲劳试验机要赶超世界先进水平，实现全部产品和零件的国产化，仍是我国车轮弯曲疲劳试验机行业今后的奋斗目标和发展方向。

当今，主要有两种车轮弯曲疲劳试验方法：

一种方法是让车轮进行旋转，而载荷固定不动，即车轮随着加载臂的旋转而旋转，在加载臂一端施加一个固定的弯矩，对车轮产生旋转弯矩。把车轮与疲劳试验机的工作台固定在一起，用电机来驱动疲劳试验机的工作台及与其固定在一起的车轮进行旋转运动，在加载臂的一侧连接上车轮的轮毂，而在加载臂的另一侧则施加一个固定不变的力，用来实现对加载臂即车轮轮轴产生一个旋转弯矩的效果，以便真实反映汽车车轮在行驶过程中承受旋转弯矩的实际状况。在模拟试验条件下，要求汽车车轮在经历了若干次循环载荷之后，不能产生由于疲劳所致的破坏。

另一种方法是让车轮静止不动，而载荷进行旋转，即车轮跟加载轴固定，在加载臂一端施加一个相当于旋转弯矩效果的离心力。把车轮与疲劳试验机的工作台台面进行绑定，与第一种方法一样，在加载臂的一侧连接上车轮的轮毂。与第一种方法不一样的是，在加载臂的另一侧则装载一个不平衡的质量块，通过电机带动装载的不平衡质量块进行转动，用来产生一个离心力，进而实现对加载臂即车轮轮轴产生一个旋转弯矩作用在汽车的车轮上。

随着国内汽车工业水平的不断发展，国内涌现出了一大批汽车车轮弯曲疲劳试验机生产厂家，其中最具代表性的是天津久荣车轮有限公司研制的用于轿车车轮弯曲疲劳性能试验的CFT-2型和CFT-3型车轮弯曲疲劳试验机，其中CFT-2型车轮弯曲疲劳试验机采用的是让车轮进行旋转，而载荷固定不动的试验方式。CFT-3型车轮弯曲疲劳试验机采用的是让车轮固定不动，而载荷进行旋转的试验方式。

除了天津久荣车轮有限公司，国内还有其他一些资质雄厚的车轮弯曲疲劳试验机的生产厂家研究的车轮弯曲疲劳试验机，例如，东风汽车有限公司研究的采用让车轮进行旋转，而载荷固定不动的试验方式的RF30K型车轮弯曲疲劳试验机。

2 汽车车轮弯曲疲劳试验机国外研究现状

要对车轮进行弯曲疲劳研究，汽车车轮弯曲疲劳试验机是不可或缺的弯曲疲劳研究工具。从最早的模拟轴旋转弯曲疲劳试验机开始至今，车轮弯曲疲劳试验机已有超过一个世纪的历史。

汽车车轮弯曲疲劳试验机是一种技术密集型的测试设备，现已涉及机械，液压，电气，材料，测量，自动控制，数字显示等众多技术领域，其相关技术被广泛应用在机械，造船，航空航天等许多工业部门。目前国内许多大型和弯曲疲劳试验机都可进行低周疲劳试验，这些设备一般采用静态测试微电子伺服术，通过改变电机的运行参数可自动完成进行必要的测试。测试结果和测试数据可实现自动采集，处理，显示和打印记录，大大降低了试验人员的劳动强度，提高测试效率。由于试验机具有闭环伺服机电控制系统，又因它的负载范围广，因此能够成完低频往复拉伸和压缩循环试验。另一种是动态疲劳试验机，它是由机械，液压和电子系统三者组合而成的新型伺服机构。电液伺服疲劳试验机变开环控制为闭环控制，与此同时也大大的提高了测试动态精度。电液伺服疲劳试验机除了可采用正弦波载荷外，还可以也施加方波，三角波，锯齿波，梯形波等载荷谱。因此，试验结果更逼近于实际的工作状态，可为最佳优化设计提供更可靠的依据。任何一个大型现代化的项目都必须经过动态力学测试，否则就不能保证其设计的安全性。

目前，随着科学技术的进步和现实需求，电液伺服疲劳试验机正朝着全微机化、智能化，节能化的方向发展，进一步提高了电液伺服疲劳试验机的测试效率，改善了准确度，并且降低了电液伺服液压伺服疲劳试验机以及疲劳试验机[2-3]的能量消耗。

从上个世纪80年代末到现在，汽车车轮弯曲疲劳试验机行业的规模，品种，先进程度取得长足发展，美国，德国，日本等国家的相关技术在这一领域处于领先水平。比较知名的厂家有：美国MTS公司，公司奥尔森（OLSEN），总部设在美国英斯特朗（INSTRON）公司；德国MFL公司申克（SCHENCK）公司，沃尔玛伯特（WOLPERT）公司和茨维柯（ZWICK）公司；日本的岛津公司，东京衡机公司，东洋精机公司和松泽公司等等。目前，随着大规模集成电路、电脑系统和数字控制技术的应用，车轮弯曲疲劳试验机的加载臂产品已经普遍采用计算机和微机进行设计，并应用现代化的通讯系统使弯曲疲劳试验机产品趋于自动化和智能化，其技术结构方面是模拟式逐渐被数字化和全数字化所取代，由提供数据向提供方法和结果的方向发展；产品结构方面，从技术密集型逐步转向高技术密集型，达到产品结构的最佳化。总之，现代车轮弯曲疲劳试验机产品已实现了计算机化、智能化、数字化、自动化、节能化、微型化和超大型化。试验机今后的主要发展趋势是对现有的这些高技术密集型产品的开发和发展，充分利用新材料，广泛应用机械手和机器人技术以及最现代化的通讯技术。

参考文献

[1]Kay S.M.Marple， S.L.Jr.Spectrum analysis-a modern perspective[J].Proceedings of the IEEE. Nov.1981，69（11）.

[2]M.A. Mariscotti. A method for automatic identification of peaks in the presence of background and its application to spectrum analysis[J]. Nuclear Instruments and Methods， 1967-Elsevier. Volume 50， Issue 2， 1 May 1967， Pages 309-320.

[3]Bendat， J. S. Piersol， A. G. Engineering applications of correlation and spectral analysis[M].

[4]刘岩.基于分形的往复机械振动信号分析技术[D].大庆：大庆石油学院，2006.

作者简介：徐恒斌（1986-），男，助教，硕士，主要从事机械设计制造方面的教学科研工作。endprint