CN102175534B - 一种柔性弹簧刚度的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性弹簧刚度的测试装置，包括弹簧支架台和千分表支架台，弹簧支架台是由支架杆与方形支架板形成的立方框架结构，支架板的中央具有相互对称的圆孔，在圆孔的周缘均匀分布有数个弹簧座安装孔，两块圆环形弹簧座的周缘亦具有均匀分布的弹簧座安装孔，中心孔的周缘均匀分布有多个弹簧安装孔，通过相对应方形支架板弹簧座安装孔和弹簧座的弹簧座安装孔将圆环形弹簧座固定在所述的方形支架板上，还包括一根弹簧运动轴，千分表支架台包括具有凹槽的支座和一个连杆滑块，连杆滑块的另一端装有千分表，将千分表的触头紧密帖附在柔性弹簧运动轴的上表面。本发明可以实现各种尺寸的柔性弹簧的径向刚度和轴向刚度的测量，并且安装方便，操作简单。

Description

一种柔性弹簧刚度的测试装置

技术领域

本发明涉及柔性弹簧，特别是一种用于无油润滑直线压缩机和自由活塞斯特林机器中的柔性弹簧径向刚度和轴向刚度的测试装置。

背景技术

柔性弹簧是保证无油润滑直线压缩机和自由活塞斯特林机器中活塞与气缸的密封间隙，为活塞的往复振动提供足够的刚度和一定的行程，以减少磨损、提高整机可靠性的关键部件。基于上述要求，很有必要测试柔性弹簧的轴向刚度和径向刚度。

a.所述的径向刚度是指柔性弹簧的径向力与径向位移之比。在制冷机及压缩机中弹簧与活塞轴直接相连，弹簧支撑着活塞及电机动子组件，由于电机的充磁不均、结构的不对称等原因，活塞常会受到侧向力的作用，而这种侧向力会破坏气缸与活塞之间的间隙密封，严重的情况下还会造成活塞与气缸直接摩擦的不良后果。因此，对弹簧而言，其径向刚度应该尽量的大，保证活塞的运动不偏离中心位置。

b.所述的轴向刚度是指柔性弹簧的轴向力与轴向位移之比。不论是直线压缩机还是膨胀机，其运动状态均为直线的往复运动。对于制冷机而言，工作在与作为振子系统的弹簧部件相同的频率时会发生共振现象，从而引起较大的噪音，甚至制冷机的损坏，因此弹簧的轴向刚度对于整机的能耗和运行的稳定性都起着十分重要的作用。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种柔性弹簧刚度的测量装置，在实验室条件下可以用于测试自由活塞斯特林机器及直线压缩机的柔性弹簧的轴向刚度和径向刚度的测量装置，为保证柔性弹簧有合适的轴向刚度和较大的径向刚度提供依据。同时本发明中的千分表支架也解决了在用千分表测量弹簧的径向偏移量时千分表支架在水平面上的摆动问题，有效的减少误差，提高测量的精确度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于包括弹簧支架台和千分表支架台；

所述的弹簧支架台是由四根等长的支架杆的两端与两块平行放置的方形支架板的四角通过连接固定而形成的立方框架结构，所述的两块方形支架板的中央具有相互对称的园孔，在所述的园孔的周缘均匀分布有数个弹簧座安装孔，两块圆环形弹簧座的周缘亦具有均匀分布的弹簧座安装孔，该圆形弹簧座的中心孔的直径略小于待测柔性弹簧的外径，在该中心孔的周缘均匀分布有多个弹簧安装孔，通过相对应方形支架板弹簧座安装孔和弹簧座的弹簧座安装孔将所述的圆环形弹簧座固定在所述的方形支架板上；

所述的弹簧支架台还包括一根弹簧运动轴，该弹簧运动轴的直径与所述待测柔性弹簧的中心孔的直径相适配，该弹簧运动轴的两端设有螺孔，通过螺钉依次深入弹簧内垫片的中心孔、待测柔性弹簧的中心孔和弹簧运动轴两端的螺孔，将所述的待测柔性弹簧固定在所述的弹簧运动轴两端；

所述千分表支架台包括具有凹槽的支座和一个连杆滑块，该连杆滑块的一端嵌入所述支座的竖直凹槽内并可沿所述的竖直凹槽上下滑动，该凹槽上设有孔，用于通过螺钉固定所述连杆滑块的位置，连杆滑块的另一端装有千分表；

将所述的千分表的触头紧密帖附在柔性弹簧运动轴的上表面后固定所述的弹簧支架台和所述千分表支架台。

还包括一根游标卡尺。

所述的弹簧支架还包括分别位于所述弹簧运动轴两端的圆环形弹簧内垫片12和弹簧外垫片10，该四块弹簧外垫片具有与所述的圆环形弹簧座的弹簧安装孔相对应的安装孔，所述的圆环形弹簧座和四块圆环形弹簧外垫片用于固定待测柔性弹簧的周缘；所述的弹簧内垫片中央设有内垫片中心孔，该内垫片中心孔的直径与所述弹簧中心孔的直径相适配，

所述的弹簧外垫片中央设有外垫片中心孔，该外垫片中心孔的直径略小于所述弹簧的直径。

根据结构强度和常用材料厚度要求，所述支架板和所述圆形弹簧座为优选厚度为5～10mm的钢材料制成。

根据方形支架板的四个角需要连接4个定位支撑轴所需要的空间，选用所述的圆形弹簧座的外径比所述方形支架板的边长小30mm左右。

所述弹簧座中心孔的直径和所述弹簧外垫片的中心孔的直径相同。

所述的四个支架杆分别为实心圆柱，材料为高强度铝合金，直径为8～10mm，长度为100～150mm，该四个支架杆的两端分别设有内螺纹，深度为8～12mm。

所述弹簧内垫片和所述弹簧外垫片的厚度分别为0.5～1mm。

所述的弹簧运动轴外径与所述弹簧内垫片外径相同，该弹簧运动轴的长度与所述待测柔性弹簧厚度相适配。

所述凹槽内的孔距离所述支座底部约70～85mm。

本发明的优点是：

a.可以方便的测量柔性弹簧的径向刚度和轴向刚度。

b.通过设计圆形弹簧座的尺寸可同时实现各种尺寸的柔性弹簧的安装和刚度测量。

c.测试装置部件少，安装方便，易操作。

附图说明

图1是本发明柔性弹簧刚度的测试装置的结构示意图。

图2是图1中弹簧支架台的分解图。

图3是图1中千分表测径向位移示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步描述，但不应限制本发明的保护范围。

请先参阅图1-2，图1是本发明柔性弹簧刚度的测试装置的结构示意图，图2是图1中弹簧支架台的分解图。如图所示，一种柔性弹簧刚度的测试装置，包括弹簧支架台和千分表支架台；

所述的弹簧支架台是由四根等长的支架杆4的两端与两块平行放置的方形支架板1的四角通过连接固定而形成的立方框架结构，所述的两块方形支架板1的中央具有相互对称的圆孔，在所述的圆孔的周缘均匀分布有数个安装孔2，两块圆环形弹簧座5的周缘亦具有均匀分布的弹簧座安装孔6，该圆形弹簧座5的中心孔的直径略小于待测柔性弹簧8的外径，在该中心孔的周缘均匀分布有多个弹簧安装孔7，通过相对应方形支架板1的安装孔2和弹簧座5的弹簧座安装孔6将所述的圆环形弹簧座5固定在所述的方形支架板1上；

所述的弹簧支架台还包括一根弹簧运动轴9，该弹簧运动轴9的直径与所述待测柔性弹簧8的中心孔的直径相适配，该弹簧运动轴9的两端设有螺孔，通过螺钉依次深入弹簧内垫片12的中心孔、待测柔性弹簧8的中心孔和弹簧运动轴9两端的螺孔，将所述的待测柔性弹簧8固定在所述的弹簧运动轴9两端；

位于所述弹簧运动轴9两端分别设有两个圆环形弹簧内垫片12和两个弹簧外垫片10，该四块弹簧外垫片10具有与所述的圆环形弹簧座5的弹簧安装孔7相对应的安装孔，所述的圆环形弹簧座5和四块圆环形弹簧外垫片10用于固定待测柔性弹簧8的周缘；所述的弹簧内垫片12中央设有内垫片中心孔，该内垫片中心孔的直径与所述待测柔性弹簧8中心孔的直径相适配，所述的弹簧外垫片10中央设有外垫片中心孔，该外垫片中心孔的直径略小于所述弹簧的直径。

根据结构强度和常用材料厚度要求，所述支架板1和所述圆形弹簧座5为优选厚度为5～10mm的钢材料制成。

根据方形支架板1的四个角需要连接4个定位支撑杆4所需要的空间，选用所述的圆形弹簧座5的外径比所述方形支架板1的边长小30mm左右。

所述弹簧座中心孔直径和所述弹簧外垫片中心孔直径相同。

所述的四个支架杆4分别为实心圆柱，材料为高强度铝合金，直径为8～10mm，长度为100～150mm，该四个支架杆4的两端分别设有内螺纹，深度为8～12mm。

所述弹簧内垫片和所述弹簧外垫片的厚度分别为0.5～1mm。

所述的弹簧运动轴9外径与所述弹簧内垫片12外径相同，该弹簧运动轴9的长度与所述待测柔性弹簧8厚度相适配。

图3是图1中千分表测径向位移示意图，如图所示，所述千分表支架台包括具有凹槽的支座13和一个连杆滑块14，该连杆滑块14的一端嵌入所述支座13的竖直凹槽内并可沿所述的竖直凹槽上下滑动，该凹槽上设有孔16，用于通过螺钉固定所述连杆滑块14的位置，连杆滑块14的另一端装有千分表17。所述凹槽内的孔距离所述支座底部约70～85mm。

下面是测量径向刚度值和轴向刚度值的步骤：

(1)测量径向刚度值：首先使千分表的指针紧密帖附在柔性弹簧运动轴9的上表面，并使得千分表指针偏移向表盘的中间位置为好，通过在柔性弹簧运动轴9的中部位置施加一个径向力，施加径向力的方法是在弹簧运动轴9的中部悬挂一重物，悬挂重物的质量先由天平测量。由于向下径向力使得弹簧运动轴9有一个向下的径向位移，在弹簧运动轴9的上表面的千分表指针也随弹簧运动轴9向下移动，这时，可以观察到千分表指针向零位摆动，记录下千分表指针前后的示值，二者之差即为弹簧运动轴9向下的径向位移值，根据径向刚度定义，悬挂重物的重量除以该径向位移值即为安装于测试装置上的柔性弹簧组件的总径向刚度值，一般在测试装置上都是对称的安装2片或者4片柔性弹簧，所以这个总的径向刚度值需要再除以待测弹簧的数量，即为单片柔性弹簧的径向刚度值。当然也可以对弹簧运动轴9施加轴向力的同时施加径向力，从而得到柔性弹簧的动态径向刚度值。

(2)测轴向刚度值：轴向刚度的测量则是通过给所述的弹簧运动轴9的一端(柔性弹簧的中心)施加一个轴向力，施加力的设备可以是拉力记录器或者压力记录器，记录下施加轴向力的大小，并利用游标卡尺测试在施加轴向力前的弹簧运动轴9一端与弹簧安装座之间的距离，以及在施加轴向力后，弹簧运动轴9的一端与弹簧安装座之间的距离，这两者的读数之差即为弹簧运动轴9的轴向位移值，根据轴向刚度的定义，所施加轴向力的值除以该轴向位置值即可得到所测柔性弹簧组件的轴向刚度值，一般在测试装置上都是对称的安装2片或者4片柔性弹簧，所以这个总的轴向刚度值需要再除以所测试柔性弹簧的数量即为单片柔性弹簧的轴向刚度值。

经试验表明，本发明柔性弹簧刚度的测试装置可以实现各种尺寸的柔性弹簧的径向刚度和轴向刚度的测量，并且安装方便，操作简单。

Claims (9)

1.一种柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于包括弹簧支架台和千分表支架台；

所述的弹簧支架台是由四根等长的支架杆(4)的两端与两块平行放置的方形支架板(1)的四角通过连接固定而形成的立方框架结构，所述的两块方形支架板(1)的中央具有相互对称的圆孔，在所述的圆孔的周缘均匀分布有数个安装孔(2)，两块圆环形弹簧座(5)的周缘亦具有均匀分布有弹簧座安装孔(6)，该圆环形弹簧座(5)的中心孔的直径略小于待测柔性弹簧(8)的外径，在该中心孔的周缘均匀分布有多个弹簧安装孔(7)，通过相对应的方形支架板(1)上用于安装圆环形弹簧座(5)的安装孔(2)和弹簧座(5)的弹簧座安装孔(6)将所述的圆环形弹簧座(5)固定在所述的方形支架板(1)上；

所述的弹簧支架台还包括一根弹簧运动轴(9)，该弹簧运动轴(9)的直径与所述待测柔性弹簧(8)的中心孔的直径相适配，该弹簧运动轴(9)的两端各有一个螺孔，每端分别通过螺钉依次深入第一弹簧内垫片(12)的中心孔、待测柔性弹簧(8)的中心孔和第二弹簧内垫片(12)的中心孔，将所述的待测柔性弹簧(8)固定在所述的弹簧运动轴(9)两端；

所述千分表支架台包括具有凹槽的支座(13)和一个连杆滑块(14)，该连杆滑块(14)的一端嵌入所述支座(13)的竖直凹槽内并可沿所述的竖直凹槽上下滑动，该凹槽上设有孔(16)，用于通过螺钉固定所述连杆滑块(14)的位置，连杆滑块(14)的另一端装有千分表(17)；

将所述的千分表(17)的触头紧密帖附在柔性弹簧运动轴(9)的上表面后，固定所述的弹簧支架台和所述千分表支架台的相互位置。

2.根据权利要求1所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述的弹簧支架台还包括分别位于所述弹簧运动轴(9)两端的圆环形弹簧外垫片(10)，该二块圆环形弹簧外垫片(10)具有与所述的圆环形弹簧座(5)的弹簧安装孔(7)及柔性弹簧片(8)上外缘孔的直径相同且分布位置相对应的安装孔，所述的圆环形弹簧座(5)和二块圆环形弹簧外垫片(10)用于固定待测柔性弹簧(8)的周缘。

3.根据权利要求1所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述支架板(1)和所述圆环形弹簧座(5)为钢材料所制，厚度为5～10mm。

4.根据权利要求3所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述的圆环形弹簧座(5)的外径比所述方形支架板(1)的边长小30mm左右。

5.根据权利要求4所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于，所述弹簧座中心孔的直径和所述弹簧外垫片的中心孔的直径相同。

6.根据权利要求1或2所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述的四根等长的支架杆(4)分别为实心圆柱，材料为高强度铝合金，直径为8～10mm，长度为100～150mm，四根该支架杆(4)的两端分别设有内螺孔，该螺孔的深度为8～12mm。

7.根据权利要求2所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述弹簧内垫片(12)和所述弹簧外垫片(10)的厚度分别为0.5～1mm。

8.根据权利要求2所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述的弹簧运动轴(9)的外径与所述弹簧内垫片(12)的外径相同。

9.根据权利要求1所述的柔性弹簧刚度的测试装置，其特征在于所述凹槽内孔(16)距离所述滑块槽支座(13)底部70～85mm。

Images