CN103499441A - 一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机,该设备包括机体、凸轮和分体可调式弹簧夹具，所述凸轮和分体可调式弹簧夹具安装在机体上，凸轮还包括凸轮主轴，凸轮位于分体可调式弹簧夹具的中间，所述分体可调式弹簧夹具包括固定在机体上靠近凸轮边缘的限位块、固定端板组件和推杆，所述推杆活动安装在限位块与固定端板组件之间，推杆靠近凸轮并且能与凸轮接触，所述分体可调式弹簧夹具数量为多个，以凸轮旋转中心为圆心，呈360度圆周范围内放射性安装。本发明技术方案能够在有效降低机器总功率的同时，不降低实验频率和被试弹簧总数量。

Description

一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机

技术领域

本发明专利涉及一种试验机,尤其涉及一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机。

背景技术

弹簧的应用十分广泛，例如内燃机、机车车辆、空气压缩机等行业需要使用大量各种型号的弹簧。弹簧的疲劳试验是弹簧性能检测的关键工序，特别是发动机气门弹簧、油泵柱塞弹簧、离合器弹簧、摩托车减振弹簧、汽车悬架弹簧等关键弹簧，必须做弹簧产品的疲劳性能的可靠性评定和疲劳筛选试验。未经疲劳筛选试验的弹簧在使用中往往出现刚度下降，尺寸改变，甚至断簧等失效现象，从而导致产品性能下降及各种生产事故发生，严重时甚至造成人员伤亡，带来可观的经济损失。

目前疲劳试验机分为电磁谐振式、电液伺服式和机械式。

电磁谐振式弹簧疲劳试验机频率高，振幅小，主要用于试验室作快速测定弹簧的疲劳寿命，不适用于测定使用在一般机械上的弹簧，这是由于共振式高频疲劳试验机的试验条件和弹簧实际工况悬殊较大，不能真实反映弹簧的实际工作情况；电液伺服式弹簧疲劳试验机价格昂贵，一般中小型企业较难接受；而机械式弹簧疲劳试验机的频率可调，振幅范围大，价格适宜，更重要的是，这种试验方式与弹簧实际工况较一致，因此它的应用十分普遍。

但是目前现有技术有以下的缺点：

1)现有机械式弹簧疲劳试验技术的主要缺点一在于，每次试验只能针对多根相同规格，即：相同直径、相同自由长度、相同试验压缩长度、相同弹性系数的弹簧进行试验。在多品种小批量的研制、生产中，这一缺点使得不同尺寸、不同规格的弹簧必须分开进行疲劳试验，这将拉长研制、生产过程，提高成本，降低企业适应快速变化的市场的柔性能力。

2)现有机械式弹簧疲劳试验技术的主要缺点二在于，试验所需的输入功率由试验机所能够安装的被试弹簧总数量决定，试验所需的输入功率必须满足最大数量下的功率需求，因而能耗较高，试验机成本较高。

发明内容

本发明为了实现以下两点目的：

1)在一台试验机上，一次试验中，可对不同规格的弹簧，即：不同直径、不同自由长度、不同试验压缩长度、不同弹性系数的弹簧同时进行疲劳试验。

2)在弹簧疲劳试验机安装、试验最大数量的被试弹簧时，有效降低试验机所需功率，实现降低试验成本和设备成本的目的。

为了解释本发明的内容，本申请文件所指的“推杆余长”是指：推杆沿导向杆轴线方向的全长，减去导向杆长度后，剩余的长度，以字母L代之。“基准圆”是指：以凸轮旋转中心为圆心，以凸轮廓线上距其旋转中心距离最远的点至旋转中心的距离，与推杆余长L之和为半径所决定的圆。

为了实现以上的目的，本发明采用了如下技术方案：

该种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机,包括机体、凸轮和分体可调式弹簧夹具，所述凸轮和分体可调式弹簧夹具安装在机体上，所述机体包括电机与调速单元、主轴轴承、主轴轴承座，主轴轴承通过主轴轴承座固定，凸轮还包括凸轮主轴，凸轮与凸轮主轴通过主轴轴承与主轴轴承座安装在机体上，凸轮主轴通过联轴器连接电机与调速单元，凸轮位于分体可调式弹簧夹具的中间，所述分体可调式弹簧夹具包括固定在机体上靠近凸轮边缘的限位块、固定在机体上的固定端板组件、推杆，所述推杆活动安装在限位块与固定端板组件之间，推杆的一端能与凸轮接触，所述分体可调式弹簧夹具数量为多个，以凸轮旋转中心为圆心，在360度圆周范围内呈放射状安装。

疲劳试验时，每根被试弹簧都有两个压缩后长度：H1和H2，其中H1大于H2。

所述固定端板组件由上下两片组合而成，该固定端板组件为被试弹簧提供沿弹簧轴向的固定支撑，水平放置的被试弹簧与之接触的一端即为弹簧实验所需的弹簧固定端；固定端板组件位于基准圆外侧，其与弹簧接触的端面相对于基准圆径向方向垂直，且距离基准圆为H2；由于不同弹簧所需的H2不同，该端板可沿滑轨轨道在基准圆的径向方向上调节位置，以适应不同弹簧所需的不同H2；固定端板组件上制有水平导向孔，为推杆的运动提供导向，水平导向孔的轴心线位于固定端板组件上下两片的水平剖分面上。弹簧套于推杆的导向杆上，并将导向杆置入水平导向孔中后，再将固定端板组件的上下两片用螺栓联接。

所述分体可调式弹簧夹具安装的个数可以是数个或者是数十个，最大安装个数受夹具外形轮廓尺寸及机体设计尺寸的约束。

所述限位块位于基准圆内侧，在基准圆的径向方向上，通过限制推杆的位置提供所需的正确的压缩移动起始位置，从而为被试弹簧提供正确的H1；限位块可沿滑轨轨道在基准圆径向方向上调节位置，以适应不同弹簧所需的不同H1。

优选的，所述推杆包括滑轮、U形块、移动推板、导向杆，滑轮为两个，上滑轮位于推杆U形块的U形开口内与凸轮接触，下滑轮装于移动推板下方，导向杆连接移动推板，导向杆与固定端板组件活动连接。

所述移动推板的一个侧面与水平放置的弹簧接触，弹簧装夹状态下该侧面的位置，即为弹簧压缩移动的起始位置，且弹簧与之接触的一端即为弹簧在试验过程中的移动端；在这个侧面上，安装有轴线与该侧面垂直的导向杆，工作时弹簧套于导向杆上，导向杆另一端插入固定端板组件的导向孔中。移动推板另一侧固连有水平方向开口的U形块，U形开口内安装滑轮以实现与凸轮间的滚动接触；移动推板下方安装滑轮，置于滑轨的滑槽内，使推杆可以在滑轨上滚动移动；移动推板的安装与工作位置均位于固定端板组件与限位块之间。

优选的，所述在限位块和固定端板组件之间的机体上有滑轨。滑轨轨道沿基准圆径向方向，滑轨为弹簧的压缩与恢复提供路径约束而不至偏斜或卡滞，该滑轨同时为固定端板组件与限位块提供调节时的允许运动方向：沿轨道方向调节。

工作时，被试弹簧套于推杆的导向杆上，被装夹在移动推板与固定端板组件之间，导向杆同时穿入固定端板组件上制出的导向孔中。在装夹状态下，移动推板与固定端板组件上，两个相对面间的距离为H1。

分体可调式弹簧夹具各部分间的相互位置关系可简述如下：滑轨轨道沿以凸轮旋转中心为圆心之圆周的径向方向；限位块与固定端板组件跨骑于滑轨之上，前者位于基准圆内侧，后者位于基准圆外侧；推杆安装在滑轨上，可沿滑轨轨道滑动，且推杆与弹簧移动端接触的端面在以凸轮旋转中心为圆心之圆周的径向方向上位于限位块与固定端板组件之间。

本发明的有益效果在于：

1)由于凸轮受最大径向力的工作段轮廓长度一般小于轮廓全长的1/3^～1/4，因此以圆周分布形式配置的弹簧夹具，使得任一时刻被压缩至最大压缩量（此时弹簧有最大弹性力）的弹簧总数量，小于被试弹簧总数量的1/3^～1/4。因此本发明技术方案能够在有效降低机器总功率的同时，不降低实验频率和被试弹簧总数量。

2)不论分体可调式式弹簧夹具还是下述替代方案中的弹簧夹具，都可根据被试弹簧的尺寸灵活调整限位块与固定端板组件的径向位置，实现用同一台弹簧疲劳试验机对不同规格弹簧进行疲劳试验，有效降低了研制试验设备的投资。

3)当需要研制试验新规格弹簧时，只需根据弹簧的内径新制一个导向杆和一个固定端板组件，再根据试验要求调整固定端板组件与限位块的径向位置，即可实现不更换机器试验新弹簧的目的，大大降低了研制试验设备的投资。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的凸轮和分体可调式弹簧夹具的俯视示意图；

图3是本发明实施例的凸轮和分体可调式弹簧夹具的装夹状态，已压缩至H1的侧视示意图；

图4是本发明实施例的凸轮和分体可调式弹簧夹具装有弹簧压缩后压缩至H2的侧视示意图；

图5为本发明实施例的推杆结构侧视放大示意图；

图6是本发明实施例的推杆结构俯视放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

从图1至图6得知，该种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机包括机体1、凸轮2和分体可调式弹簧夹具3，所述凸轮2和分体可调式弹簧夹具3安装在机体1上，所述机体1包括电机与调速单元4、主轴轴承5、主轴轴承座6，主轴轴承5通过主轴轴承座6固定，凸轮2还包括凸轮主轴7，凸轮2与凸轮主轴7通过主轴轴承5与主轴轴承座6安装在机体1上，凸轮主轴7通过联轴器8连接电机与调速单元4，凸轮2位于分体可调式弹簧夹具3的中间，所述分体可调式弹簧夹具3包括固定在机体1上靠近凸轮2边缘的限位块9、固定端板组件10，推杆11，所述推杆11活动安装在限位块9与固定端板组件10之间，所述在限位块9和固定端板组件10之间的机体1上有滑轨12，推杆11的一端靠近凸轮2并且能与凸轮2接触，推杆上装有弹簧13，所述分体可调式弹簧夹具3数量为多个，以凸轮2旋转中心为圆心，在360度圆周范围内呈放射状安装。疲劳试验时，电机与调速单元4运转，并且通过联轴器8和凸轮主轴7带动凸轮运转。

所述推杆11包括滑轮、U形块14、移动推板15、导向杆16，滑轮为两个，上滑轮17位于推杆11的侧面的U形块14的U形开口内与凸轮2接触，下滑轮18装于移动推板15下方，导向杆16连接移动推板15，导向杆16与固定端板组件10活动连接，固定端板组件10上有导向孔，可以保证导向杆16与固定端板组件10的活动性。推杆11结构的侧视和俯视的放大图请见图5和图6，

疲劳试验时，见图3和图4，弹簧13套于推杆11的导向杆16上，水平装夹，装夹长度H1，弹簧13在试验过程中，以一端顶住固定端板组件10，一端顶在推杆11的活动推板上，推杆11的上滑轮17与凸轮2接触，下滑轮18装于移动推板15下方，导向杆16连接移动推板15，导向杆16与固定端板组件10活动连接，固定端板组件10上有导向孔，可以保证导向杆与固定端板组件10之间的活动性。由于凸轮2转动，转动所施加的压缩力作用在推杆侧面的上滑轮17上，上滑轮17推动推杆11进行水平方向的移动，移动推板15压缩弹簧13，压缩方向沿以凸轮2旋转中心为圆心之圆的径向方向；在这一过程中，弹簧13长度从H1被压缩至H2。而推杆11下的下滑轮18沿着滑轨运动，这样减少了阻力，同时也起到导向的作用。

试验机上安装的全部弹簧13，不论其自由长度及H1、H2是多少，每一根弹簧13当其被压缩至压缩终止位置，即H2时，其移动端的端面均位于以凸轮2旋转中心为圆心，以凸轮2廓线上距其旋转中心距离最远的点至旋转中心的距离，与推杆11沿导向杆轴线方向的全长，减去导向杆长度后的剩余长度之和为半径所决定的圆的圆周上。为叙述简洁，上述推杆11沿导向杆轴线方向的全长，减去导向杆长度后的剩余长度在下文中称为推杆余长，以字母L代之；上述以凸轮2旋转中心为圆心，以凸轮2廓线上距其旋转中心距离最远的点至旋转中心的距离，与推杆余长L之和为半径所决定的圆，称为基准圆。

弹簧13固定端位于上述基准圆外侧，且在上述基准圆的径向方向上距离基准圆H2，弹簧13固定端位置在基准圆径向方向可调，以适应不同弹簧13所需的不同H2。

弹簧13压缩移动的起始位置位于上述基准圆内侧，且在上述基准圆的径向方向上距离弹簧固定端H1，距离基准圆（H1－H2），弹簧13压缩移动的起始位置在基准圆径向方向可调，以适应不同弹簧13所需的不同H1。

凸轮2的非圆轮廓使得对于任一被试弹簧13，在其开始压缩的时刻，其压缩移动端位于以凸轮2旋转中心为圆心，以该弹簧13固定端到凸轮2旋转中心的距离与该弹簧13的H1之差为半径的的圆周上；由于不同弹簧13所对应的凸轮2旋转中心到该弹簧13固定端的距离，及该弹簧2的H1两个值都不同，因此上述半径所对应的圆与凸轮轮廓的交点也不同，从而使不同弹簧13在压缩开始时刻，相应推杆11与凸轮2轮廓的接触点不同，确保了不同弹簧13被压缩的长度等于各自的H1与H2之差：H1－H2，既不会被多压缩，也不会被少压缩。

凸轮2通过推杆11用以实现对被试弹簧13的压缩，其轮廓按无冲击余弦规律设计，并按所需试验弹簧中的最大H1和最小H2作适当的尺寸协调。（若被试频率较低，冲击不重要时，也可采用其他凸轮轮廓）

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机，其特征在于，该设备包括机体、凸轮和分体可调式弹簧夹具，所述凸轮和分体可调式弹簧夹具安装在机体上，所述机体包括电机与调速单元、主轴轴承、主轴轴承座，主轴轴承通过主轴轴承座固定，凸轮还包括凸轮主轴，凸轮与凸轮主轴通过主轴轴承与主轴轴承座安装在机体上，凸轮主轴通过联轴器连接电机与调速单元，凸轮位于分体可调式弹簧夹具的中间，所述分体可调式弹簧夹具包括固定在机体上靠近凸轮边缘的限位块、固定在机体上的固定端板组件、推杆，所述推杆活动安装在限位块与固定端板组件之间，推杆靠近凸轮并且能与凸轮接触，所述分体可调式弹簧夹具数量为多个，以凸轮旋转中心为圆心，呈360度圆周范围内放射性安装。

2.如权利要求1所述的一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机，其特征在于，所述推杆包括滑轮、U形块、移动推板、导向杆，滑轮为两个，上滑轮位于推杆U形块的U形开口内与凸轮接触，下滑轮装于移动推板下方，导向杆连接移动推板，导向杆与固定端板组件活动连接。

3.如权利要求1所述的一种适用于多种压缩量要求的机械式弹簧疲劳试验机，其特征在于，所述在限位块和固定端板组件之间的机体上有滑轨。

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