淺淡自行車車架前叉強度耐久性試驗

www.guilinhy.com 來源：浙江自行車網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-6-28

隨著國家質檢總局對自行車產品實施新檢驗監管模式這種行之有效的方式的進一步深入，對出口自行車產品的型式試驗的探索日顯重要。本文通過自行車車架、前叉的強度和耐久性試驗來探討提高自行車產品質量的途徑。一、車架、前叉進行強度和耐久性試驗的必要性自行車發展到今天，已不僅僅是綠色交通的代名詞，隨著自行車文化的發展，它越來越多地與競技(Rodeo)、休閑、越野、健身等聯系在一起。自行車的使用功能和適用環境的拓展對自行車的強度和耐久性提出了更為苛刻的要求。車架、前叉作為自行車結構的骨骼，受力時要保持剛性和強度，不致變形和斷裂，同時為了長期保持可靠的剛性和強度，必須在變載荷的作用條件下使強度極限和剛性有相當的富余。自行車騎行時的輕快和靈活也需要結構剛性有明顯的提高，以確保正常使用，這是因為自行車在騎行中由于受到道路(Strada)環境和人體因素促成的縱彎、橫彎、扭轉等振動和反復載荷，其撓曲會影響騎行的功能。二、強度和耐久性的試驗方法 1、實際使用試驗和實驗室試驗實際使用試驗包括實驗（通常需要較長的時間和選擇有典型意義的場地）和監視等接近實際使用條件并取得試驗數據。實際使用試驗求得的質量特性現象是直接的，有重要的參考判斷價值，但求得數據的方法和處理方法比較難。實驗室試驗，由于方法是間接的，所以對試驗項目、環境、試驗裝置、試驗過程、數據要進行綜合地探討，并考察其與實際使用試驗的差別和結論差距。但毫無疑問，實驗室方法是行之有效的、迅速取得試驗結論的方法。只要正確理解試驗標準、操作規范及試驗的實質，就能保證實驗室試驗的準確、科學。 2、車架、前叉的強度和耐久性的實驗室試驗方法 a、沖擊(Impuise)試驗沖擊(Impuise)試驗是測定自行車產品是否具有瞬間抵抗隨機變應力的能力。目前標準規定的車架／前叉落重試驗和跌落試驗均屬沖擊(Impuise)試驗。 (1)車架/前叉組合件的落重試驗。此試驗是模擬騎行時遭遇的沖擊(Impuise)（載荷），測量其由此而產生的變形量和破壞程度。以IS0-1996(自行車安全要求)為例,先將質量為1Kg的輕質滾輪裝于前叉上,車架/前叉組合件垂直夾緊在后軸剛性支承上,再以22.5Kg的重錘從180mm的高度垂直落下,對準兩輪心并與前叉翹度方向相反沖擊(Impuise)滾輪上.求得變形量(車架/前叉組合件前后軸軸心的原始距離與沖擊(Impuise)后的距離之差)并觀察組合件是否產生裂紋。 (2)車架/前叉組合件的跌落試驗.此試驗是測察前叉的耐沖擊(Impuise)強度和菱形車架的上管、下管的前臉部位及交叉形的立管的中間接頭周圍這些地方的管子強度，這是因為在實際騎行中，這些地方產生的應力較大，且其接頭部分由于焊接等加熱使之強度有所降低。 ISO4210標準規定的跌落試驗是先將組合件支承于后軸處，輕質滾輪裝在前叉上，并在鞍管上緊固一質量為70Kg的荷重，并使其重心置于鞍管立管上端75mm處，再將組合件繞后軸轉動，使荷重的重心垂直于后軸上，然后自由落下沖擊(Impuise)在試驗裝置的鋼砧上。結論判斷以無裂紋跡象為準。 b、振動試驗。這是模擬車架/前叉組合件實際載荷的試驗，可以測定產品是否符合疲勞強度的要求(試驗后車架/前叉組合件各個部位不能有明顯變形或松動)。這與實際載荷的情況是有區別的，因為實際載荷是不規則的振動，且振幅、加速度(Tempo)不等。所以為了模擬試驗的準確、科學，標準都規定了與實際載荷相近似的振幅、加速度(Tempo)和荷重。一般荷重加在鞍管立管、中接頭和前叉立管三個部位。加振位置有兩種：一種是以后軸為支點，加在前軸上；另一種是將前后軸相位錯開加振動。目前標準規定的加振方法是前一種，采用凸輪沖擊(Impuise)。 c、剛性試驗。剛性是產品在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。自行車在騎行時會產生撓曲，如撓曲過大會威脅騎行者的安全。在理論上，剛性常用單位變形所需的力或力矩來表示，目前標準是以加載后的變形量不允許超過指標來進行考核的。 d、靜負荷試驗。本試驗是根據對車架、前叉施加靜負荷而產生的撓曲、變形、達到屈服點和破壞過程中表現出的特性，以了解它們的強度。但目前標準規定的靜負荷試驗區不一定達到屈服點或破壞狀態，而是只加載到指標負荷并保持相應的時間，也即讓構件吸收相應數值的能量，觀察其是否損壞或屈服。如前叉的能量吸收試驗。三、提高強度和耐久性的途徑從近年來對自行車產品的檢測結果分析，提高自行車產品安全強度和耐久性的途徑是： 1、材質強度的失效形式是從彈性變形到塑性變形（又叫永久變形）、斷裂。而這種種失效均與材質有關，不同材料有不同的許用應力，金屬材料由于生產時質量控制等級的不同也會造成較大的材質差異，如鋼材的化學成份和機械性能不能達標，部分企業為了降低成本而偷工減料，使用薄壁管材，甚至使用劣質材料，這必然影響車架、前叉的強度。從目前檢測的情況看，由用材不符合工藝要求導致強度試驗項目不合格的約占54.2％. 所以生產廠家在制定工藝規范時，必須滿足材質要求，這樣才能保證車架、前叉的使用強度，不致早期失效。所有原材料投產前，都要按設計要求嚴格檢驗，確保材質的許用應力。避免因材質不良或省料造成強度丟失。 2、結構車架、前叉是構成自行車的其本結構，通常對車架的結構有以下要求：（1）牢固耐用；（2）便于操縱。只要達到上述要求，車架、前叉的形狀不受限制。如車架，從自行車演變過程可以看出，最早是“橫梁”結構，逐步發展成封閉的“框架”結構，近年來，“橫梁”結構又有恢復，但一般采用粗管，結構強度大大提高。菱形的封閉“框架”結構，從力學觀點分析結構強度較好，可以使用細徑薄壁的管材，而梁形結構，必須采用粗徑厚壁的管材（其后三角基本上仍是封閉的框架）。從檢測的情況看，車架結構設計上仍存在強度問題，梁形結構車架用材太小（或材質不好），影響其強度。這一點必須引起重視。 3、工藝目前的車架、前叉為了適應車型的變化，都采用無接頭焊接工藝，焊接的角度和尺寸都可隨意組合，但對焊接強度的要求很高，不僅要防止假焊，也要減少氣孔和咬邊現象，由于焊接工藝質量差導致車架、前叉的管子結合部在試驗中斷裂的較多。其實各種冷、熱加工工藝不應僅僅看作成形工藝，還可以看成某種強化工藝，加工在不同程度上能改變產品的強度性能，在制定加工工藝方案時，可以通過掌握工藝對材料強度的影響規律，選擇優化的工藝參數和方法，獲得產品的最佳強度。