CN104266835A - 一种弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法，其特征是设置弧形弹簧检测模具，是由两道开口相对的弧形滑道构成环道，在每道弧形滑道的两端分别设置有挡块，放置在弧形滑道中的弧形弹簧呈无压缩状态夹持在两端的挡块之间，在弧形弹簧检测模具的中心位置设置有可以转动的扭转盘，扭转盘沿直径方向在扭转盘的外圆周上延伸有一对扭转臂，扭转臂以其侧部贴于凸出于弧形滑道的弧形弹簧的端面；转动的扭转盘通过扭转臂在弧形弹簧的端压朝向弧形弹簧施加压力，并可以使弧形弹簧被压缩。本发明用于实现定扭矩/定角度弧形弹簧扭转疲劳试验。

Description

一种弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法

技术领域

本发明设计涉及一种弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法，更具体地说是一种可定扭矩和定角度的弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法。

背景技术

弹簧的应用非常普遍，各行各业根据不同用途采用不同强度刚度和使用寿命的弹簧。

弹簧的普遍应用使弹簧的结构呈现多样化，弧形弹簧是一种特殊弹簧目前主要用于双质量飞轮结构中，起到减振的效果。现有技术中的弹簧试验机都是为检测直线螺旋型弹簧而设置，试验过程中的运动方向是直线运动或者绕着弹簧的中心线旋转，这种方式不能适应于弧形弹簧的检测需求。

发明内容

本发明是为避免上现有技术所存在的问题，提供一种弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法，通过在试验台上模拟弧形弹簧的扭转运动，从而获得在一定的扭矩值或者扭转角度下的弧形弹簧扭矩与角度关系曲线，以及弧形弹簧的疲劳寿命，为弧形弹簧的应用提供保障。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的结构特点是：设置弧形弹簧检测模具，是由两道开口相对的弧形滑道构成环道，在每道弧形滑道的两端分别设置有挡块，所述挡块与弧形滑道的顶面高度相同，放置在弧形滑道中的弧形弹簧呈无压缩状态夹持在两端的挡块之间，并且所述弧形弹簧有一半的高度浸没在所述弧形滑道中，另一半的高度凸出于所述弧形滑道的顶面；所述弧形弹簧检测模具通过沉头螺钉固定在实验台上；

在所述弧形弹簧检测模具的中心位置设置有可以转动的扭转盘，所述扭转盘沿直径方向在扭转盘的外圆周上延伸有一对扭转臂，所述扭转臂以其侧部贴于凸出于弧形滑道的弧形弹簧的端面；转动的扭转盘通过扭转臂在弧形弹簧的端压朝向弧形弹簧施加压力，并可以使所述弧形弹簧被压缩；

设置扭转盘的驱动单元，所述驱动单元采用三相变频电机。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的结构特点也在于：所述扭转盘上扭转臂的宽度与所述挡块的宽度相等，以使所述扭转盘旋转压缩弧形弹簧的过程中不会出现空回程。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的结构特点也在于：所述固定在实验台上的弧形弹簧检测模具以及所述扭转盘为可更换构件，是根据不同型号的弧形弹簧更换相适应的弧形弹簧检测模具和配套设置的扭转盘。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的结构特点也在于：在所述试验台的一侧设置有滑动导轨，并有可以沿滑动导轨滑动的罩壳，滑动所述罩壳使其处在弧形弹簧检测模具及扭转盘的正上方作为防护罩，或是使其位于弧形弹簧检测模具的旁侧，便于弧形弹簧的装卸。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的结构特点也在于：在所述扭转盘的驱动单元中，所述三相变频电机通过减速器带动挠性联轴器，所述挠性联轴器通过内花键带动花键轴，由所述花键轴带动扭转盘的转动。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法的特点是：采用扭矩控制模式，设置试验扭矩值Tmax，控制扭转盘的输出扭矩逐渐增大，直到正或反向达到试验扭矩值Tmax，记录试验次数，实现弧形弹簧疲劳寿命的检测。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法的特点是：采用角度控制模式，设定试验扭转角度θmax，通过扭转盘的转动带动所述弧形弹簧按设定的试验扭转角度θmax进行试验，记录试验次数，实现弧形弹簧疲劳寿命的检测。

本发明定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法的特点也在于：通过变频器调节所述三相变频电机的旋转速度，以满足所述扭转盘扭转运动所需要的频率要求。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明构成定扭矩/定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置，通过在试验台上模拟弧形弹簧的扭转运动，从而获得在一定的扭矩值或者扭转角度下的弧形弹簧扭矩与角度关系曲线，以及弧形弹簧的疲劳寿命，为弧形弹簧的应用提供了保障；

2、本发明利用变频器调节三相变频电机的旋转速度，能满足扭转盘不同的扭转频率的要求；

3、本发明通过施加设定的扭转角度θmax或者设定的扭矩Tmax，实现实验装置的角度控制模式或者扭矩控制模式，使扭转盘在角度控制模式中无论扭矩如何变化，均能扭转到指定角度，在扭矩控制模式中以扭矩逐渐增大，直到正、反向扭矩峰值，由扭矩角度传感器获得信号，经过信号处理获得扭矩角度关系图，同时控制扭转盘循环转动，可以检测弧形弹簧的疲劳寿命；

4、本发明可适用于不同型号的弧形弹簧的弯曲直径和长度，应用范围宽；

5、本发明操作方便、使用安全。

附图说明

图1为本发明弧形弹簧扭转疲劳试验装置结构示意图；

图2a为本发明中弧形弹簧检测模具及扭转盘配合结构示意图；

图2b为本发明中弧形弹簧检测模具及扭转盘工作状态示意图；

图3为本发明的试验装置组成系统框图；

图4为利用本发明测得的在某一转速下的扭矩角度关系曲线图；

图中标号：1显示屏；2试验次数计数器；3试验频率计数器；4操作面板按钮；5操作键盘；6扭转盘；7弧形弹簧检测模具；8沉头螺钉；9花键轴；10罩壳；11滑动导轨；12罩壳挡板；13圆柱滚子轴承；14扭矩角度传感器；15挠性联轴器；16减速器；17三相变频电机；18弧形弹簧；19挡块；20滑道；21内花键。

具体实施方式

参见图1、图2a和图2b，本实施例中按如下形式进行设置构成定扭矩/定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置：设置弧形弹簧检测模具7，是由两道开口相对的弧形滑道20构成环道，在每道弧形滑道20的两端分别设置有挡块19，所述挡块19与弧形滑道20的顶面高度相同，放置在弧形滑道20中的弧形弹簧18呈无压缩状态夹持在两端的挡块19之间，并且所述弧形弹簧18有一半的高度浸没在所述弧形滑道20中，另一半的高度凸出于所述弧形滑道的顶面；所述弧形弹簧检测模具7通过沉头螺钉8固定在实验台上；在所述弧形弹簧检测模具7的中心位置设置有可以转动的扭转盘6，所述扭转盘6沿直径方向在扭转盘6的外圆周上延伸有一对扭转臂，所述扭转臂以其侧部贴于凸出于弧形滑道20的弧形弹簧18的端面；转动的扭转盘6通过扭转臂在弧形弹簧18的端压朝向弧形弹簧18施加压力，并可以使所述弧形弹簧18被压缩。

具体实施中，设置扭转盘6上扭转臂的宽度与所述挡块19的宽度相等，以使所述扭转盘6旋转压缩弧形弹簧18的过程中不会出现空回程。

为适应不同型号规格的弧形弹簧，将固定在实验台上的弧形弹簧检测模具7以及所述扭转盘6设置为可更换构件，是根据不同型号的弧形弹簧18更换相适应的弧形弹簧检测模具7和配套设置的扭转盘6。

为保障安全性以及便于操作，在试验台的一侧设置有滑动导轨11，并有可以沿滑动导轨11滑动的罩壳10，滑动所述罩壳10使其处在弧形弹簧检测模具7及扭转盘6的正上方作为防护罩，防止弧形弹簧18在扭转过程中断裂从试验台飞溅出；或是使其位于弧形弹簧检测模具7的旁侧，便于弧形弹簧18的装卸，在试验台的另一侧设置有罩壳挡板12，以其作为罩壳10的滑动限位挡板。

如图1所示，本实施例中设置扭转盘6的驱动单元，驱动单元采用三相变频电机17，三相变频电机17通过减速器16带动挠性联轴器15，挠性联轴器15通过内花键21带动由圆柱滚子轴承13支承的花键轴9，由花键轴9带动扭转盘6的转动，在花健轴9上串联设置扭矩角度传感器14，用于获得关于扭矩和角度的检测信号；此外，为了实现自动控制，设置控制单元，显示单元以及操作单元，包括图1所示的设置在机架上方的显示屏1、设置在操作面板上的试验次数计数器2、试验频率计数器3、操作面板按钮4和操作键盘5。以扭矩角度传感器14获得的扭矩和角度信号经过A/D转换后输入计算机，在显示屏1上进行显示扭矩角度曲线。

本实施例中定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法是：

采用扭矩控制模式，设置试验扭矩值Tmax，控制扭转盘6的输出扭矩逐渐增大，直到正或反向达到试验扭矩值Tmax，记录试验次数，实现弧形弹簧18疲劳寿命的检测。

采用角度控制模式，设定试验扭转角度θmax，通过扭转盘6的转动带动所述弧形弹簧按设定的试验扭转角度θmax进行试验，记录试验次数，实现弧形弹簧18疲劳寿命的检测。

通过变频器调节所述三相变频电机17的旋转速度，以满足所述扭转盘6扭转运动所需要的频率要求。

实验方式：

如图1、图2a、图2b、图3和图4所示，在键盘5上输入设定的扭转角度θmax或者扭矩值Tmax，达到实验装置角度控制模式或者扭矩控制模式，使扭转盘6在角度控制模式中无论扭矩如何变化，均能扭转到指定角度；在扭矩控制模式中扭矩逐渐增大，直到正、反向扭矩峰值；扭矩角度传感器14获得的扭矩和角度信号，其信号以电压信号方式输出，输出信号经图3所示的放大器的放大、并经A/D转换板的A/D转换后输入至工控计算机，获得图4所示的扭矩角度曲线，并在显示屏1上显示扭矩角度曲线。

实验过程：

如图1、图2a、图2b、图3和图4所示，转动扭转盘6使弧形弹簧18扭转到正向极限位置，由计算机控制主轴反转，当扭转盘6使弧形弹簧18扭转到方向极限位置后，计算机控制主轴再正转，如此循环往复下去。获得扭矩与角度关系曲线。由于正向加载和反向卸载过程不一样，所以正反向扭转特性曲线并不对称，图4中扭矩与角度曲线中的方向线反映了正向扭转和反向扭转的曲线。试验次数计数器2上显示扭转试验的次数，通过控制主轴不停的正转反转，实现定扭矩/定角度弧形弹簧扭转疲劳试验。

图4所示的操作面板通过I/O接口板接至工控计算机，操作面板按钮4，通过变频器调节三相变频电机17的旋转速度，以满足扭转盘6扭转运动所需要的频率，其中扭转频率显示在试验频率计数器3中。操作面板按钮4应符合人机工程原理，与正常人的手臂及眼睛等高，操作方便。频率可调可以实现检测弧形弹簧不同转速下的，扭矩角度关系。

本发明实施例可以根据实施需要人工在扭转盘6转动过程中或者转动之前在弧形弹簧18的滑道20中加入耐高温润滑脂。

Claims (8)

1.一种定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置，其特征是：设置弧形弹簧检测模具(7)，是由两道开口相对的弧形滑道(20)构成环道，在每道弧形滑道(20)的两端分别设置有挡块(19)，所述挡块(19)与弧形滑道(20)的顶面高度相同，放置在弧形滑道(20)中的弧形弹簧(18)呈无压缩状态夹持在两端的挡块(19)之间，并且所述弧形弹簧(18)有一半的高度浸没在所述弧形滑道(20)中，另一半的高度凸出于所述弧形滑道(20)的顶面；所述弧形弹簧检测模具(7)通过沉头螺钉(8)固定在实验台上；

在所述弧形弹簧检测模具(7)的中心位置设置有可以转动的扭转盘(6)，所述扭转盘(6)沿直径方向在扭转盘(6)的外圆周上延伸有一对扭转臂，所述扭转臂以其侧部贴于凸出于弧形滑道(20)的弧形弹簧(18)的端面；转动的扭转盘(6)通过扭转臂在弧形弹簧(18)的端压朝向弧形弹簧(18)施加压力，并可以使所述弧形弹簧(18)被压缩；

设置扭转盘(6)的驱动单元，所述驱动单元采用三相变频电机(17)。

2.根据权利要求1所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置，其特征是：所述扭转盘(6)上扭转臂的宽度与所述挡块(19)的宽度相等，以使所述扭转盘(6)旋转压缩弧形弹簧(18)的过程中不会出现空回程。

3.根据权利要求1或2所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置，其特征是：所述固定在实验台上的弧形弹簧检测模具(7)以及所述扭转盘(6)为可更换构件，是根据不同型号的弧形弹簧(18)更换相适应的弧形弹簧检测模具(7)和配套设置的扭转盘(6)。

4.根据权利要求1所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置，其特征是：在所述试验台的一侧设置有滑动导轨(11)，并有可以沿滑动导轨(11)滑动的罩壳(10)，滑动所述罩壳(10)使其处在弧形弹簧检测模具(7)及扭转盘(6)的正上方作为防护罩，或是使其位于弧形弹簧检测模具(7)的旁侧，便于弧形弹簧(18)的装卸。

5.根据权利要求1所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置，其特征是：在所述扭转盘(6)的驱动单元中，所述三相变频电机(17)通过减速器(16)带动挠性联轴器(15)，所述挠性联轴器(15)通过内花键(21)带动花键轴(9)，由所述花键轴(9)带动扭转盘(6)的转动。

6.一种权利要求1所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法，其特征是：采用扭矩控制模式，设置试验扭矩值Tmax，控制扭转盘(6)的输出扭矩逐渐增大，直到正或反向达到试验扭矩值Tmax，记录试验次数，实现弧形弹簧(18)疲劳寿命的检测。

7.一种权利要求1所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法，其特征是：采用角度控制模式，设定试验扭转角度θmax，通过扭转盘(6)的转动带动所述弧形弹簧按设定的试验扭转角度θmax进行试验，记录试验次数，实现弧形弹簧(18)疲劳寿命的检测。

8.根据权利要求6或7所述的定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置的试验方法，其特征是：通过变频器调节所述三相变频电机(17)的旋转速度，以满足所述扭转盘(6)扭转运动所需要的频率要求。