CN104458240A - 一种测试弹簧机械性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测试弹簧机械性能的装置，包括操动模块、驱动模块、测量模块、控制模块和输出模块；操动模块上安装弹簧并通过驱动模块给弹簧实施动态负载，而测量模块采集弹簧产生的非电信号、受力端的位移信号、驱动模块的电压及电流信号后，将得到的弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息输出给控制模块进行存储及分析处理后，与预设的动态负载阈值对比，控制模块输出控制指令给驱动模块实现动态负载的可控输出，同时将存储的信息输出给输出模块实时显示，确定弹簧的机械性能参数。实施本发明实施例，能够在被测弹簧上施加特定形式的动态负载，从而使被测弹簧在一次动作循环中达到指定变形量，其测试灵活，准确度高。

Description

一种测试弹簧机械性能的装置及方法

技术领域

本发明涉及弹簧检测技术领域，尤其涉及一种测试弹簧机械性能的装置及方法。

背景技术

弹簧是基于弹性操作来完成功能的一类元件。在实际工作中，弹簧承受着各种不同类型的负载，这些负载成为弹簧疲劳失效、影响其工作寿命的重要因素。

弹簧机械性能试验用于测试弹簧的寿命特性，现有的试验方法或以夹板配合驱动机构对一个或多个弹簧实现上下拉压动作，来完成弹簧的疲劳测试；或以驱动机构配合凸轮结构对多个弹簧实现往复动作，来达到寿命试验的目的。

但在目前的技术中，测试装置仅以拉伸量或压缩量来模拟弹簧实际负载，而无法给出负载的动态过程，同时对测试过程中的弹簧特性以及负载特性缺乏关注，测试方案不够灵活，结果准确度不佳。   

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种测试弹簧机械性能的装置及方法，能够在被测弹簧上施加特定形式的动态负载，该动态负载包括施加于被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力和被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力，从而使被测弹簧在一次动作循环中达到指定变形量，其测试灵活，准确度高。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种测试弹簧机械性能的装置，所述装置包括操动模块、驱动模块、测量模块、控制模块和输出模块；其中，

所述操动模块的输入端与所述驱动模块的第一输出端相连，用于安装被测弹簧，且获取所述驱动模块输出的动态负载，并实施所述动态负载作用于所述被测弹簧上；

所述测量模块的输入端与所述操动模块的输出端及所述驱动模块的第二输出端相连，输出端与所述控制模块的输入端相连，其包括传感器组，用于分析处理所述传感器组所采集到的被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号、被测弹簧受力端的位移信号、驱动模块的电压信号及其对应的电流信号后，得到被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息并输出；

所述控制模块的第一输出端与所述驱动模块的输入端相连，第二输出端与所述输出模块相连，用于获取所述被测弹簧的动态负载信息和所述驱动模块的输出特性信息并进行存储，待进一步分析和处理后，与相应的预设的动态负载阈值对比，根据比较结果输出相应的控制指令给所述驱动模块，且将所述存储的被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息输出给所述输出模块；

所述驱动模块，用于当获取到所述控制指令时，根据所述获取到的控制指令，实现所述动态负载的可控输出给所述操动模块；

所述输出模块，用于获取且实时显示所述被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息，并确定所述被测弹簧的机械性能参数。

其中，所述驱动模块包括可控整流器和大功率直流电机；其中，

所述可控整流器的输入端与所述控制模块的第一输出端相连，输出端与所述大功率直流电机的输入端相连，用于获取所述控制模块输出的控制指令，并根据所述获取的控制指令，调控输入所述大功率直流电机的电压；

所述大功率直流电机的输出端通过活动机构与所述操动模块的输入端相连，用于根据所述调控输入的电压，实现所述动态负载的可控输出给所述操动模块。

其中，所述活动机构包括由所述大功率直流电机驱动的齿轮和与所述齿轮相配合的齿条；其中，

所述齿轮直接与所述大功率直流电机的输出端相连；

所述齿条为直线型，且位于所述齿轮与所述操动模块的输入端之间；

当所述大功率直流电机驱动所述齿轮转动时，所述齿轮带动所述齿条直线运动，实施所述动态负载作用于所述被测弹簧上。

其中，所述传感器组包括电流互感器、电压互感器、直线位移传感器及应力应变传感器；其中，

所述电流互感器，用于采集所述大功率直流电机的输入端的电流信号；

所述电压互感器，用于采集所述大功率直流电机的输入端的电压信号；

所述直线位移传感器，用于采集所述被测弹簧受力端的位移信号；

所述应力应变传感器，用于采集所述被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号。

其中，所述控制模块上设有用于修正所述预设的动态负载阈值的触发区。

其中，所述动态负载包括施加于所述被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力，以及所述被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力。

本发明实施例还提供了一种测试弹簧机械性能的方法，其在前述的装置中实现，所述方法包括：

将被测弹簧安装于所述装置中的操动模块上；

启动所述装置，获取所述被测弹簧的动态负载信息和所述装置中驱动模块的输出特性信息，并根据所述获取到的被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息，确定所述被测弹簧的机械性能参数。

其中，所述方法进一步包括：

当获取到用户对所述驱动模块上用于修正预设的动态负载阈值的触发区的选择指令时，执行修正所述预设的动态负载阈值操作，待所述修正操作完毕后，进一步获取所述被测弹簧的新动态负载信息和驱动模块的新输出特性信息，并根据所述获取到的被测弹簧的新动态负载信息和驱动模块的新输出特性信息，确定所述被测弹簧的新机械性能参数，并将所述确定的新机械性能参数作为所述被测弹簧的机械性能参数。

其中，所述动态负载包括施加于所述被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力，以及所述被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力。

其中，所述被测弹簧的动态负载信息由所述被测弹簧受力端的位移信号和被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号经分析处理后获得；所述驱动模块的输出特性信息由所述驱动模块的电压信号及其对应的电流信号经分析处理后获得。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于实际使用中的被测弹簧动作过程和承受的负载冲击是不同的，通过装置能够施加具有特定形式的动态负载作用于被测弹簧上，并且可通过控制模块进行设定该动态负载，从而模拟被测弹簧在应用过程中实测的负载数据对被测弹簧进行机械性能的测试，达到贴近被测弹簧实际工况的目的，使得其测试结果更具有说服力，准确度高；

2、在本发明实施例中，由于装置能够通过控制模块实现被测弹簧的参数及负载设定，其使用方便灵活；同时在装置中驱动模块输出的动态负载控制采用闭环控制方式，其模拟精度高，且通过输出模块的输出功能，便于实验数据的提取和再次应用，并能够快速确定被测弹簧的机械性能参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的测试弹簧机械性能的装置的结构示意图；

图2为图1中驱动模块输出的可控动态负载随时间变化的曲线图；

图3为图1中驱动模块的结构示意图；

图4为图3中活动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的测试弹簧机械性能的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种测试弹簧机械性能的装置，该装置包括操动模块1、驱动模块2、测量模块3、控制模块4和输出模块5；其中，

操动模块1的输入端与驱动模块2的第一输出端D1相连，用于安装被测弹簧（未图示），且获取驱动模块2输出的动态负载，并实施动态负载作用于被测弹簧上；

测量模块3的输入端与操动模块1的输出端及驱动模块2的第二输出端D2相连，输出端与控制模块4的输入端C1相连，其包括传感器组31，用于分析处理传感器组所采集到的被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号、被测弹簧受力端的位移信号、驱动模块2的电压信号及其对应的电流信号后，得到被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息并输出；

控制模块4的第一输出端C2与驱动模块2的输入端D3相连，第二输出端C3与输出模块5相连，用于获取被测弹簧的动态负载信息和驱动模块2的输出特性信息并进行存储，待进一步分析和处理后，与相应的预设的动态负载阈值对比，根据比较结果输出相应的控制指令给驱动模块2，且将存储的被测弹簧的动态负载信息和驱动模块2的输出特性信息输出给输出模块5；

驱动模块2，用于当获取到控制指令时，根据获取到的控制指令，实现动态负载的可控输出给操动模块1；

输出模块5，用于获取且实时显示被测弹簧的动态负载信息和驱动模块2的输出特性信息，并确定被测弹簧的机械性能参数。

应当说明的是，动态负载主要指被测弹簧在其实际应用过程中承受的冲击负荷，具体为被测弹簧在一定形状的动态负载驱动下进行压缩或拉伸，该动态负载由被测弹簧的实际工况测得，也可以依据实际工况的模拟仿真结果获得，从而使被测弹簧在整个试验过程中能够尽可能模拟其实际工作状态，保证测试结果能够尽可能反应被测弹簧在实际工况下的机械性能变化。其中，一定形状是指在规定的测试过程中，施加于被测弹簧上的负载力大小是随时间连续变化的，如图2所示。

因此，动态负载包括施加于被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力，以及被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力。

还需要说明的是，传感器组所采集到的被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号、被测弹簧受力端的位移信号、驱动模块2的电压信号及其对应的电流信号等信号会在测量模块3中经过处理成数字信号，并进一步分析处理成被测弹簧的动态负载信息和驱动模块2的输出特性信息。

如图2所示，在本发明实施例中，驱动模块2包括可控整流器21和大功率直流电机22；其中，可控整流器21的输入端与控制模块2的第一输出端C2相连，输出端与大功率直流电机的输入端相连，用于获取控制模块4输出的控制指令，并根据获取的控制指令，调控输入大功率直流电机22的电压；大功率直流电机22的输出端通过活动机构L与操动模块1的输入端相连，用于根据调控输入的电压，实现动态负载的可控输出给操动模块1。

在控制模块4分析及处理被测弹簧的动态负载信息和驱动模块2的输出特性信息并输出控制指令后，可控整流器21接收到控制模块4的控制指令，按照动态负载的参数要求，为大功率直流电机22提供随时间变化电压输入，从而控制大功率直流电机22的输出特性，实现驱动模块2可控动态负载的输出。作为一个例子，当控制模块4输出高电平信号时，可控整流器21调高输入大功率直流电机22的电压，实现驱动模块2输出的动态负载增大，通过活动机构将增大的动态负载作用于被测弹簧上；当控制模块4输出低电平信号时，可控整流器21降低输入大功率直流电机22的电压，实现驱动模块2输出的动态负载减小，通过活动机构将减小的动态负载作用于被测弹簧上。

应当说明的是，驱动模块2与操动模块1之间机械连接的活动机构L有多种，该活动机构L能够实现动态负载加载在被测弹簧上。

在本发明实施例中，鉴于操动模块1可为刚性构件组成的直线动作操动装置，为了实现驱动模块2能够可控的调节操动模块1上实施的动态负载，如图3所示，因此活动机构L包括由大功率直流电机22驱动的齿轮L1和与齿轮22相配合的齿条L2；其中，齿轮L1直接与大功率直流电机22的输出端相连；齿条L2为直线型，且位于齿轮L1与操动模块1的输入端之间；当大功率直流电机22驱动齿轮L1转动时，齿轮L1带动齿条L2直线运动，实施动态负载作用于被测弹簧上。

可以理解的是，通过大功率直流电机22端设置的齿轮L1带动直线型齿条L2做直线运动，动态负载通过传动部件由驱动模块2的第一输出端D1传递至操动模块1中被测弹簧上，从而实现在被测弹簧上施加循环动态负载的目的。

如图4所示，为了得到被测弹簧的动态负载信息和驱动模块2的输出特性信息，因此传感器组包括电流互感器、电压互感器、直线位移传感器及应力应变传感器；其中，电流互感器，用于采集大功率直流电机的输入端的电流信号；电压互感器，用于采集大功率直流电机的输入端的电压信号；直线位移传感器，用于采集被测弹簧受力端的位移信号；应力应变传感器，用于采集被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号。

由于实际使用中的被测弹簧动作过程和承受的负载冲击是不同的，为了模拟被测弹簧在应用过程中实测的负载数据对被测弹簧进行机械性能的测试，达到贴近被测弹簧实际工况的目的，需施加具有特定形式的动态负载作用于被测弹簧上，并且可通过设定该动态负载，从而使得其测试结果更具有说服力，准确度高，因此控制模块上设有用于修正预设的动态负载阈值的触发区。

应当说明的是，触发区包括但不限于可执行的按钮、链接等方式。作为一个例子，用户可以根据装置操作界面的引导选择需要设置的动态负载阈值参数，每一个参数都设置有对应的按钮，此处的按钮即为触发区，该按钮可以是物理实体的，也可以是虚拟的。

如图5所示，为本发明实施例，提供的一种测试弹簧机械性能的方法，其在前述的装置中实现，所述方法包括：

步骤S101、将被测弹簧安装于所述装置中的操动模块上；

步骤S102、启动所述装置，获取所述被测弹簧的动态负载信息和所述装置中驱动模块的输出特性信息，并根据所述获取到的被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息，确定所述被测弹簧的机械性能参数。

由于实际使用中的被测弹簧动作过程和承受的负载冲击是不同的，为了模拟被测弹簧在应用过程中实测的负载数据对被测弹簧进行机械性能的测试，达到贴近被测弹簧实际工况的目的，需施加具有特定形式的动态负载作用于被测弹簧上，并且可通过设定该动态负载，从而使得其测试结果更具有说服力，准确度高，所述方法进一步包括：

当获取到用户对驱动模块上用于修正预设的动态负载阈值的触发区的选择指令时，执行修正预设的动态负载阈值操作，待修正操作完毕后，进一步获取被测弹簧的新动态负载信息和驱动模块的新输出特性信息，并根据获取到的被测弹簧的新动态负载信息和驱动模块的新输出特性信息，确定被测弹簧的新机械性能参数，并将确定的新机械性能参数作为被测弹簧的机械性能参数。

其中，动态负载包括施加于被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力，以及被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力。

被测弹簧的动态负载信息由被测弹簧受力端的位移信号和被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号经分析处理后获得；驱动模块的输出特性信息由驱动模块的电压信号及其对应的电流信号经分析处理后获得。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于实际使用中的被测弹簧动作过程和承受的负载冲击是不同的，通过装置能够施加具有特定形式的动态负载作用于被测弹簧上，并且可通过控制模块进行设定该动态负载，从而模拟被测弹簧在应用过程中实测的负载数据对被测弹簧进行机械性能的测试，达到贴近被测弹簧实际工况的目的，使得其测试结果更具有说服力，准确度高；

2、在本发明实施例中，由于装置能够通过控制模块实现被测弹簧的参数及负载设定，其使用方便灵活；同时在装置中驱动模块输出的动态负载控制采用闭环控制方式，其模拟精度高，且通过输出模块的输出功能，便于实验数据的提取和再次应用，并能够快速确定被测弹簧的机械性能参数。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种测试弹簧机械性能的装置，其特征在于，所述装置包括操动模块、驱动模块、测量模块、控制模块和输出模块；其中，

所述操动模块的输入端与所述驱动模块的第一输出端相连，用于安装被测弹簧，且获取所述驱动模块输出的动态负载，并实施所述动态负载作用于所述被测弹簧上；

所述测量模块的输入端与所述操动模块的输出端及所述驱动模块的第二输出端相连，输出端与所述控制模块的输入端相连，其包括传感器组，用于分析处理所述传感器组所采集到的被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号、被测弹簧受力端的位移信号、驱动模块的电压信号及其对应的电流信号后，得到被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息并输出；

所述控制模块的第一输出端与所述驱动模块的输入端相连，第二输出端与所述输出模块相连，用于获取所述被测弹簧的动态负载信息和所述驱动模块的输出特性信息并进行存储，待进一步分析和处理后，与相应的预设的动态负载阈值对比，根据比较结果输出相应的控制指令给所述驱动模块，且将所述存储的被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息输出给所述输出模块；

所述驱动模块，用于当获取到所述控制指令时，根据所述获取到的控制指令，实现所述动态负载的可控输出给所述操动模块；

所述输出模块，用于获取且实时显示所述被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息，并确定所述被测弹簧的机械性能参数。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动模块包括可控整流器和大功率直流电机；其中，

所述可控整流器的输入端与所述控制模块的第一输出端相连，输出端与所述大功率直流电机的输入端相连，用于获取所述控制模块输出的控制指令，并根据所述获取的控制指令，调控输入所述大功率直流电机的电压；

所述大功率直流电机的输出端通过活动机构与所述操动模块的输入端相连，用于根据所述调控输入的电压，实现所述动态负载的可控输出给所述操动模块。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述活动机构包括由所述大功率直流电机驱动的齿轮和与所述齿轮相配合的齿条；其中，

所述齿轮直接与所述大功率直流电机的输出端相连；

所述齿条为直线型，且位于所述齿轮与所述操动模块的输入端之间；

当所述大功率直流电机驱动所述齿轮转动时，所述齿轮带动所述齿条直线运动，实施所述动态负载作用于所述被测弹簧上。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传感器组包括电流互感器、电压互感器、直线位移传感器及应力应变传感器；其中，

所述电流互感器，用于采集所述大功率直流电机的输入端的电流信号；

所述电压互感器，用于采集所述大功率直流电机的输入端的电压信号；

所述直线位移传感器，用于采集所述被测弹簧受力端的位移信号；

所述应力应变传感器，用于采集所述被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制模块上设有用于修正所述预设的动态负载阈值的触发区。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动态负载包括施加于所述被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力，以及所述被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力。

7.一种测试弹簧机械性能的方法，其特征在于，其在如权利要求1至6中任一项所述的装置中实现，所述方法包括：

将被测弹簧安装于所述装置中的操动模块上；

启动所述装置，获取所述被测弹簧的动态负载信息和所述装置中驱动模块的输出特性信息，并根据所述获取到的被测弹簧的动态负载信息和驱动模块的输出特性信息，确定所述被测弹簧的机械性能参数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当获取到用户对所述驱动模块上用于修正预设的动态负载阈值的触发区的选择指令时，执行修正所述预设的动态负载阈值操作，待所述修正操作完毕后，进一步获取所述被测弹簧的新动态负载信息和驱动模块的新输出特性信息，并根据所述获取到的被测弹簧的新动态负载信息和驱动模块的新输出特性信息，确定所述被测弹簧的新机械性能参数，并将所述确定的新机械性能参数作为所述被测弹簧的机械性能参数。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述动态负载包括施加于所述被测弹簧上的随被测弹簧的压缩量/拉伸量实时动态变化的压力/拉力，以及所述被测弹簧上的随时间变化的具有冲击/均匀变化过程的压力/拉力。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述被测弹簧的动态负载信息由所述被测弹簧受力端的位移信号和被测弹簧不同部位材料的应力和应变情况而产生的非电信号经分析处理后获得；所述驱动模块的输出特性信息由所述驱动模块的电压信号及其对应的电流信号经分析处理后获得。