CN102661901B - 一种平面涡卷弹簧疲劳试验设备及疲劳试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于涡卷弹簧疲劳试验技术领域的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，同时还涉及应用试验设备进行试验的方法，所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的转轴(2)上套装多个按间隙布置的支撑板(4)，支撑板(4)固定在基座(5)上，转轴(2)上设置键槽(6)，所述的每个支撑板(4)上各设置一个涡卷弹簧安装板(7)，涡卷弹簧(8)进行疲劳试验时，每个涡卷弹簧(8)的内端弯折部(9)卡在键槽(6)内，涡卷弹簧(8)的外端部(10)卡在涡卷弹簧安装板(7)上的挡块(11)上。本发明的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，可以用很小的扭矩就可以达到驱动的目的，即可以选择直流电机作为动力源。

Description

一种平面涡卷弹簧疲劳试验设备及疲劳试验方法

技术领域

本发明属于涡卷弹簧疲劳试验技术领域，更具体地说，是涉及一种平面涡卷弹簧疲劳试验设备，本发明同时还涉及应用所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法。 

背景技术

平面涡卷弹簧是用细长弹簧材料绕制成平面螺旋形线的一种弹簧。弹簧一端固定，另一端作用扭矩后，弹簧材料在弯曲力矩作用下，产生弯曲弹性变形，使弹簧在自身平面内产生扭转。平面涡卷弹簧主要用于提供转动扭矩，通过弹簧自身的扭转储能，并根据需要释放能量实现动作。 

根据不同的工况需要，平面涡卷弹簧必须能够在规定的时间段内实现反复可靠的储存扭矩和释放扭矩，即平面涡卷弹簧必须满足寿命要求。 

现有的弹簧疲劳试验设备及其试验方法专利(专利号：201010140087.4)存在以下缺点：1)该专利虽然可以用较小的直流电机达到驱动的目的，但如果需要增加试验的平面涡卷弹簧数量，必需要重新校核电机的扭矩；2)参与试验的平面涡卷弹簧，从初始状态到最大转角状态时，旋转方向是一致的，即当需要给弹簧储能时，所需要提供的扭矩必须克服所有平面涡卷弹簧的扭矩之和。对电机要求较高，浪费资源；3)该专利由于采用特殊的凸轮形线结构，虽然平面涡卷弹簧的预紧角度可以调节，但是对于平面涡卷弹簧的工作角度范围是无法实现简单的调节的，必须重新设计新的凸轮形线结构才能实现。综上，现有技术的设备由于存在上述缺点，故该设备的通用性较差。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种高效节能，动力输出小，同时更符合弹簧实际受力状况的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，本发明同时还涉及应用平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法。 

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为： 

本发明为一种平面涡卷弹簧疲劳试验设备，所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备包括驱动电机，转轴，通过驱动电机带动转轴做往复转动的曲柄连杆机构，所述的转轴上套装多个按间隙布置的支撑板，支撑板固定在基座上，转轴上设 置键槽，所述的每个支撑板上各设置一个涡卷弹簧安装板，涡卷弹簧进行疲劳试验时，每个涡卷弹簧的内端弯折部卡在键槽内，涡卷弹簧的外端部卡在涡卷弹簧安装板上的挡块上。 

所述的曲柄连杆机构包括曲柄盘，连杆，摇臂，所述的曲柄盘与驱动电机转轴连接，连杆一端与曲柄盘偏心连接，连杆另一端与摇臂一端活动连接，摇臂另一端与转轴固定连接。 

所述的曲柄盘侧边安装用于测量曲柄盘转速的光电传感器，所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备还包括电机控制开关，电机调速旋钮，以及用于记录涡卷弹簧疲劳试验次数的计数器，所述的计数器与计数器显示器按钮连接，驱动电机为直流电机。 

所述的转轴通过轴承支撑在基座上，多个支撑板均设置为垂直安装在基座上的结构，转轴穿过多个支撑板，多个支撑板分别与转轴活动连接，每个支撑板的侧面上各安装一个涡卷弹簧安装板，涡卷弹簧安装板设置为能够放置涡卷弹簧的圆盘状结构。 

所述的转轴包括中间端，实现转轴与摇臂之间定位的固定键槽，本体端I，本体端II，所述的中间端设置为直径尺寸大于本体端I和本体端II的结构，本体端I和本体端II上分别设置沿本体端I和本体端II轴向设置的长条状的键槽I和键槽II。 

所述的每个涡卷弹簧安装板与支撑板之间分别设置一个能够调整涡卷弹簧预紧度的角度调节板，每个涡卷弹簧安装板上的挡块均设置多个，多个挡块在涡卷弹簧安装板表面上设置为按间隙布置的结构，涡卷弹簧安装板上还设置有用于卡装涡卷弹簧的外端部的卡条I和卡条I。 

所述的多个支撑板分别通过螺栓与基座连接，基座固定安装在框型的设备支架上，所述的曲柄盘与连杆之间通过连接销I活动连接，连杆与摇臂之间通过连接销II活动连接，摇臂上设置滑槽，连接销II设置为能够沿滑槽调节连杆与摇臂之间的连接位置的结构，所述的曲柄盘上设置与曲柄盘中心孔直径尺寸不同的多个安装孔，连杆设置为能够与不同安装孔安装的结构。 

本发明还涉及一种应用平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法，所述的进行疲劳试验的步骤为： 

1)进行疲劳试验时，将多个涡卷弹簧分别放置到多个涡卷弹簧安装板内， 涡卷弹簧的内端弯折部均卡在转轴上长条状键槽I和键槽II内，多个涡卷弹簧的外端部分别卡装在每个涡卷弹簧安装板上的卡条I和卡条I之间； 

2)通过角度调节板调整每个涡卷弹簧的预紧度； 

3)通过电机控制开关开启驱动电机，驱动电机通过连杆和摇臂带动转轴进行往复转动，转轴转过的角度呈扇形结构。 

所述的涡卷弹簧进行疲劳试验时，通过安装在曲柄盘侧边的光电传感器测量曲柄盘的转速，通过电机调速旋钮调整驱动电机的转速。 

所述的涡卷弹簧进行疲劳试验时，通过与计数器连接的计数器显示器按钮设置转轴往复转动的次数，从而设定涡卷弹簧进行疲劳试验的次数。 

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果： 

1、本发明所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，安装在摇臂两侧的平面涡卷弹簧由于初始状态的扭矩会相互抵消一部分，从而可以用很小的扭矩就可以达到驱动的目的，即可以选择直流电机作为动力源。 

2、如需一次做多个平面涡卷弹簧，只需要增加转轴的长度、涡卷弹簧安装板和平面涡卷弹簧角度调节板的数量即可实现，且增加时，要相对于摇臂的中间端对称添加，且增加时，无需校核驱动电机扭矩，故可方便调整。 

3、通过调节曲柄盘上的连接销I在曲柄盘上的位置和连接销II在摇臂的滑槽内的位置，就可以满足不同工作角度的平面涡卷弹簧进行疲劳试验。 

4、本发明所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的通用性强。 

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明： 

图1为本发明所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的整体结构示意图； 

图2为图1所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的支撑板及涡卷弹簧安装板部位的结构示意图； 

图3为图1所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的转轴的结构示意图； 

图4为图1所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的连接销I的结构示意图； 

图5为图1所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的连接销II的结构示意图； 

图中标记为：1、驱动电机；2、转轴；3、曲柄连杆机构；4、支撑板；5、基座；6、键槽；7、涡卷弹簧安装板；8、涡卷弹簧；9、内端弯折部；10、外端部；11、挡块；12、曲柄盘；13、连杆；14、摇臂；15、驱动电机转轴；16、 电机控制开关；17、电机调速旋钮；18、计数器；19、计数器显示器按钮；20、轴承；21、中间端；22、本体端I；23、本体端II；24、键槽I；25、键槽II；26、角度调节板；27、卡条I；28、卡条I；29、螺栓；30、设备支架；31、连接销I；32、连接销II；33、光电传感器；34、滑槽；35、安装孔；36、固定键槽。 

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明： 

如附图1-附图5所示，本发明为一种平面涡卷弹簧疲劳试验设备，所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备包括驱动电机1，转轴2，通过驱动电机1带动转轴2做往复转动的曲柄连杆机构3，所述的转轴2上套装多个按间隙布置的支撑板4，支撑板4固定在基座5上，转轴2上设置键槽6，所述的每个支撑板4上各设置一个涡卷弹簧安装板7，涡卷弹簧8进行疲劳试验时，每个涡卷弹簧8的内端弯折部9卡在键槽6内，涡卷弹簧8的外端部10卡在涡卷弹簧安装板7上的挡块11上。 

所述的曲柄连杆机构3包括曲柄盘12，连杆13，摇臂14，所述的曲柄盘12与驱动电机转轴15连接，连杆13一端与曲柄盘12偏心连接，连杆13另一端与摇臂14一端活动连接，摇臂14另一端与转轴2固定连接。 

所述的曲柄盘12侧边安装用于测量曲柄盘12转速的光电传感器33，所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备还包括电机控制开关16，电机调速旋钮17，以及用于记录涡卷弹簧8疲劳试验次数的计数器18，所述的计数器18与计数器显示器按钮19连接，驱动电机1为直流电机。 

所述的转轴2通过轴承20支撑在基座5上，多个支撑板4均设置为垂直安装在基座5上的结构，转轴2穿过多个支撑板4，多个支撑板4分别与转轴2活动连接，每个支撑板4的侧面上各安装一个涡卷弹簧安装板7，涡卷弹簧安装板7设置为能够放置涡卷弹簧8的圆盘状结构。 

所述的转轴2包括中间端21，实现转轴2与摇臂14之间定位的固定键槽36，本体端I22，本体端II23，所述的中间端21设置为直径尺寸大于本体端I22和本体端II23的结构，本体端I22和本体端II23上分别设置沿本体端I22 和本体端II23轴向设置的长条状的键槽I24和键槽II25。 

所述的涡卷弹簧安装板7与支撑板4之间设置能够调整涡卷弹簧8预紧度的角度调节板26，具体调节方法如下： 

角度调节板26是通过角度调节板26上的多个轴孔安装在支撑板4上的，角度调节板26的初始状态是由涡卷弹簧8的自由状态决定的，通过旋转角度调节板26的实现涡卷弹簧8预紧角度的调节，涡卷弹簧8调节到预紧的角度后，用螺栓闯过角度调节板26上的轴孔，将角度调节板26与支撑板4固定在一起，这样，涡卷弹簧8的预紧角度就调节完毕。 

每个涡卷弹簧安装板7上的挡块11均设置多个，多个挡块11在涡卷弹簧安装板7表面设置为按间隙布置的结构，涡卷弹簧安装板7上还设置有用于卡装涡卷弹簧8的外端部10的卡条I27和卡条II28。 

所述的多个支撑板4分别通过螺栓29与基座5连接，基座5固定安装在框型的设备支架30上，所述的曲柄盘12与连杆13之间通过连接销I31活动连接，连杆13与摇臂14之间通过连接销II32活动连接，所述的摇臂14上设置滑槽34，连接销II32设置为能够沿滑槽34调节连杆13与摇臂14之间的连接位置的结构，所述的曲柄盘12上设置与曲柄盘12中心孔直径尺寸不同的多个安装孔35，所述的连杆13设置为能够与不同安装孔35安装的结构，通过将连接销I31与不同的安装孔35连接，从而实现调节连接销I31与曲柄盘12的偏心距的目的。 

基于上述连接销I31与曲柄盘12的偏心距，及通过角度调节板26调节，可以实现不同预紧角度和工作角度的涡卷弹簧8的疲劳试验，从而使得本发明所述的试验设备具有适应不同尺寸的涡卷弹簧8进行试验的目的。 

本发明的设备，在不改直流的驱动电机1的任何参数下，通过改变转轴2和基座5的长度，增加支撑板4及涡卷弹簧安装板7和角度调节板26的数量，并在与摇臂14的两侧对称布置，就可以实现同时进行更多的涡卷弹簧8的疲劳试验。从而能够明显提高本发明所述的弹簧试验设备的试验效率。 

本发明还涉及一种应用平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法，所述的进行疲劳试验的步骤为： 

1)进行疲劳试验时，将多个涡卷弹簧8分别放置到多个涡卷弹簧安装板7内，涡卷弹簧8的内端弯折部9均卡在转轴2上长条状键槽I24和键槽II25 内，多个涡卷弹簧8的外端部10分别卡装在每个涡卷弹簧安装板7上的卡条I27和卡条II28之间； 

2)通过角度调节板26调整每个涡卷弹簧8的预紧度； 

3)通过电机控制开关16开启驱动电机1，驱动电机1通过连杆13和摇臂14带动转轴2进行往复转动，转轴2转过的角度呈扇形结构。 

所述的涡卷弹簧8进行疲劳试验时，通过安装在曲柄盘12侧边的光电传感器33测量曲柄盘12的转速，通过电机调速旋钮17调整驱动电机1的转速。 

所述的涡卷弹簧8进行疲劳试验时，通过与计数器18连接的计数器显示器按钮19设置转轴2往复转动的次数，设定涡卷弹簧8进行疲劳试验的次数。 

本发明的试验设备的试验过程如下： 

在本发明的结构中，转轴2上设置有长条状键槽I24和键槽II25，在试验进行前，多个涡卷弹簧8的内端弯折部9分别卡在长条状键槽I24和键槽II25内，每个涡卷弹簧8的外端部10分别卡在一个涡卷弹簧安装板7上的挡块11上，并通过卡条I27和卡条I28将涡卷弹簧8的外端部10卡紧，从而达到涡卷弹簧8固定的作用，而角度调节板26用于调节涡卷弹簧8的预紧度，从而可以适应不同的涡卷弹簧8的试验要求，从而提高了试验设备的通用性。 

进行试验时，通过电机控制开关16开启驱动电机1，此时驱动电机1的驱动电机转轴15带动曲柄盘12转动，由于连杆13与摇臂14活动连接，摇臂14与转轴2固定连接，而连杆13又与曲柄盘12偏心连接，因此，当曲柄盘12转动时，会带动连杆13做圆周运动，从而带动转轴2做往复的转动，转轴2在转动时，转过的角度呈扇形结构，从而实现平面涡卷弹簧8的疲劳试验，而转轴往复转动的次数，可以通过计数器显示器按钮19来控制。 

在进行试验时，通过光电传感器33测量曲柄盘12的转速，通过计数器18显示涡卷弹簧8疲劳试验的次数，计数器18与控制计数器开关的计数器显示器按钮19连接。 

1、本发明所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，安装在摇臂两侧的平面涡卷弹簧由于初始状态的扭矩会相互抵消一部分，从而可以用很小的扭矩就可以达到驱动的目的，即可以选择直流电机作为动力源。 

2、如需一次做多个平面涡卷弹簧，只需要增加转轴的长度、涡卷弹簧安装板和平面涡卷弹簧角度调节板的数量即可实现，且增加时，要相对于摇臂的中 间端对称添加，且增加时，无需校核驱动电机扭矩，故可方便调整。 

3、通过调节连接销I在曲柄盘上的偏心距离和连接销II在摇臂的滑槽内的位置，就可以满足不同工作角度的平面涡卷弹簧进行疲劳试验。 

4、本发明所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备的通用性强。 

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备包括驱动电机（1），转轴（2），通过驱动电机（1）带动转轴（2）做往复转动的曲柄连杆机构（3），所述的转轴（2）上套装多个按间隙布置的支撑板（4），支撑板（4）固定在基座（5）上，转轴（2）上设置键槽（6），所述的每个支撑板（4）上各设置一个涡卷弹簧安装板（7），涡卷弹簧（8）进行疲劳试验时，每个涡卷弹簧（8）的内端弯折部（9）卡在键槽（6）内，涡卷弹簧（8）的外端部（10）卡在涡卷弹簧安装板（7）上的挡块（11）上。

2.根据权利要求1所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的曲柄连杆机构（3）包括曲柄盘（12），连杆（13），摇臂（14），所述的曲柄盘（12）与驱动电机转轴（15）连接，连杆（13）一端与曲柄盘（12）偏心连接，连杆（13）另一端与摇臂（14）一端活动连接，摇臂（14）另一端与转轴（2）固定连接。

3.根据权利要求2所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的曲柄盘（12）侧边安装用于测量曲柄盘（12）转速的光电传感器（33），所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备还包括电机控制开关（16），电机调速旋钮（17），以及用于记录涡卷弹簧（8）疲劳试验次数的计数器（18），所述的计数器（18）与计数器显示器按钮（19）连接，驱动电机（1）为直流电机。

4.根据权利要求3所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的转轴（2）通过轴承（20）支撑在基座（5）上，多个支撑板（4）均设置为垂直安装在基座（5）上的结构，转轴（2）穿过多个支撑板（4），多个支撑板（4）分别与转轴（2）活动连接，每个支撑板（4）的侧面上各安装一个涡卷弹簧安装板（7），涡卷弹簧安装板（7）设置为能够放置涡卷弹簧（8）的圆盘状结构。

5.根据权利要求4所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的转轴（2）包括中间端（21），实现转轴（2）与摇臂（14）之间定位的固定键槽（36），本体端Ⅰ（22），本体端Ⅱ（23），所述的中间端（21）设置为直径尺寸大于本体端Ⅰ（22）和本体端Ⅱ（23）的结构，本体端Ⅰ（22）和本体端Ⅱ（23）上分别设置沿本体端Ⅰ（22）和本体端Ⅱ（23）轴向设置的长条状的键槽Ⅰ（24）和键槽Ⅱ（25）。

6.根据权利要求5所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的每个涡卷弹簧安装板（7）与支撑板（4）之间分别设置一个能够调整涡卷弹簧（8）预紧度的角度调节板（26），每个涡卷弹簧安装板（7）上的挡块（11）均设置多个，多个挡块（11）在涡卷弹簧安装板（7）表面上设置为按间隙布置的结构，涡卷弹簧安装板（7）上还设置有用于卡装涡卷弹簧（8）的外端部（10）的卡条Ⅰ（27）和卡条Ⅰ（28）。

7.根据权利要求6所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备，其特征在于：所述的多个支撑板（4）分别通过螺栓（29）与基座（5）连接，基座（5）固定安装在框型的设备支架（30）上，所述的曲柄盘（12）与连杆（13）之间通过连接销Ⅰ（31）活动连接，连杆（13）与摇臂（14）之间通过连接销Ⅱ（32）活动连接，所述的摇臂（14）上设置滑槽（34），连接销Ⅱ（32）设置为能够沿滑槽（34）调节连杆（13）与摇臂（14）之间的连接位置的结构，所述的曲柄盘（12）上设置与曲柄盘（12）中心孔直径尺寸不同的多个安装孔（35），所述的连杆（13）设置为能够与不同安装孔（35）安装的结构。

8.一种应用权利要求6所述的平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法，其特征在于：所述的进行疲劳试验的步骤为：

1）进行疲劳试验时，将多个涡卷弹簧（8）分别放置到多个涡卷弹簧安装板（7）内，涡卷弹簧（8）的内端弯折部（9）均卡在转轴（2）上长条状键槽Ⅰ（24）和键槽Ⅱ（25）内，多个涡卷弹簧（8）的外端部（10）分别卡装在每个涡卷弹簧安装板（7）上的卡条Ⅰ（27）和卡条Ⅰ（28）之间；

2）通过角度调节板（26）调整每个涡卷弹簧（8）的预紧度；

3）通过电机控制开关（16）开启驱动电机（1），驱动电机（1）通过连杆（13）和摇臂（14）带动转轴（2）进行往复转动，转轴（2）转过的角度呈扇形结构。

9.根据权利要求8所述的应用平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法，其特征在于：所述的涡卷弹簧（8）进行疲劳试验时，通过安装在曲柄盘（12）侧边的光电传感器（33）测量曲柄盘（12）的转速，通过电机调速旋钮（17）调整驱动电机（1）的转速。

10.根据权利要求8或9所述的应用平面涡卷弹簧疲劳试验设备进行疲劳试验的方法，其特征在于：所述的涡卷弹簧（8）进行疲劳试验时，通过与计数器（18）连接的计数器显示器按钮（19）设置转轴（2）往复转动的次数，从而设定涡卷弹簧（8）进行疲劳试验的次数。

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