CN106441754B

CN106441754B - 弹片疲劳测试系统

Info

Publication number: CN106441754B
Application number: CN201611138708.9A
Authority: CN
Inventors: 尹爱军
Original assignee: CHENGDU JIANGYE OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU JIANGYE OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-10-30
Anticipated expiration: 2036-12-12
Also published as: CN106441754A

Abstract

本发明涉及一种弹片疲劳测试系统，该系统包括弹片振动装置、被测弹片通/断状态采集装置及控制柜，弹片振动装置，用于带动被测弹片按照设定的振动频率振动，被测弹片通/断状态采集装置，用于检测被测弹片在振动过程中的通/断状态，控制柜包括控制显示面板和PLC控制器，所述PLC控制器用于控制所述弹片振动装置中的电机的启/停状态和转速，及记录电机的转速、电机旋转次数。本发明可以用于弹片的疲劳测试，整个系统结构简单，且当一个弹片振动装置可以用于多个弹片测试时，可以大大提高测试效率。

Description

弹片疲劳测试系统

技术领域

本发明涉及弹片疲劳测试技术领域，特别涉及一种弹片疲劳测试系统。

背景技术

弹簧、弹片等弹性器件作为多数工业产品常用的关键部件，弹簧质量的优劣关系着整个产品的质量，弹片疲劳强度是衡量弹片质量的一个重要技术指标，因此，对生产出来的弹片进行疲劳测试，检验弹片的疲劳强度显得非常重要。然而目前对弹片进行疲劳测试的系统复杂，且测试效率低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种弹片疲劳测试系统。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种弹片疲劳测试系统，包括弹片振动装置、被测弹片通/断状态采集装置及控制柜，其中，

所述弹片振动装置，用于带动被测弹片按照设定的振动频率振动；

所述被测弹片通/断状态采集装置，用于检测被测弹片在振动过程中的通/断状态，并将采集到的通/断状态数据传输至PLC控制器，以便于所述PLC控制器控制弹片振动装置中的电机的启停状态；

所述控制柜包括控制显示面板和所述PLC控制器，所述PLC控制器用于控制所述弹片振动装置中的电机的启停状态和转速，及记录电机的转速、电机旋转次数；所述控制显示面板用于进行参数设置及状态显示。

进一步优选地，上述系统中，还包括上位机，用于与所述PLC控制器通信，根据所述PLC控制器记录的电机旋转次数判断被测弹片是否通过测试。通过上位机自动判别被测弹片是否通过测试，如果通过测试表明被测弹片性能良好，可以出厂，否则可以作为次品回收。

进一步优选地，上述系统中，还包括空气压缩机，用于降低所述弹片振动装置中的电机的温度。由于电机要带动弹片振动装置高速振动，进而实现带动被测弹片高速振动，因此电机的温度容易升高，影响电机性能及寿命，设置空气压缩机为电机降温，可以保障电机正常工作，延长其寿命。

进一步优选地，上述系统中，所述弹片振动装置为多个，所述PLC控制器控制每个弹片振动装置中的电机按照相同的转速转动。弹片振动装置为多个，一次可供多个被测弹片测试，且多个弹片振动装置按照相同的转速转动，即多个被测弹片具有相同的位移，因此可以仅使用一个位移传感器采集位移量，节约成本。

作为一种实施方式，上述系统中，所述弹片振动装置包括具有多个夹持柄的曲柄摇杆机构、电机、机架及多个弹片夹具，所述电机设置于所述机架上，所述机架的顶端设置有基座，所述基座上设有连接座，所述曲柄摇杆机构设置于所述连接座，所述弹片夹具设置于所述基座，所述弹片夹具用于夹持被测弹片的一端，所述曲柄摇杆机构的夹持柄用于夹持被测弹片的另一端，所述曲柄摇杆机构用于在所述电机的驱动下带动被测弹片做往复振动。

进一步地，所述曲柄摇杆机构包括曲柄、摇杆及连杆，所述摇杆包括基体和转动柄，所述转动柄连接于所述基体的边缘，所述基体的边缘还连接有所述多个夹持柄，所述夹持柄的底端与所述基体连接，顶端设置有被测弹片夹持槽，所述基体设置有用于连接振动轴的振动轴孔，所述转动柄设置有用于连接连杆的连杆通孔，所述连杆通孔到所述振动轴孔的距离与所述夹持柄的顶端到所述振动轴孔的距离相等，所述连杆的两个端部分别设置有轴承孔，连杆通过嵌入所述轴承孔的轴承与摇杆、曲柄连接。

进一步地，所述弹片夹具包括底座，所述底座的一个侧面设置有第一导电体，用于承载被测弹片，所述第一导电体的一端连接有第二导电体，所述第二导电体通过具有导电性的紧固件固定于所述底座上，所述第一导电体的另一端设置有压板，用于使放置于所述第一导电体上的被测弹片保持夹持状态，所述第二导电体与所述压板之间设置有导向凸台；所述底座的另一个侧面设置有导线，所述导线的一端与所述紧固件连接。

本发明提供的弹片疲劳测试系统包括弹片振动装置、被测弹片通/断状态采集装置及控制柜，可以用于弹片的疲劳测试，整个系统结构简单，且当一个弹片振动装置可以用于多个弹片测试时，可以大大提高测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中弹片疲劳测试系统的结构示意框图。

图2(a)、图2(b)为本发明实施例中弹片夹具的结构示意图。

图3为本发明实施例中摇杆的结构示意图。

图4为本发明实施例中连杆的结构示意图。

图5为本发明实施例中曲柄的结构示意图。

图6为本发明实施例中曲柄摇杆机构的结构示意图。

图7为本发明实施例中弹片振动装置的结构示意图。

图8为弹片夹具与夹持柄的位置示意图。

图中标记

摇杆1；连杆2；曲柄3；振动轴4；连接座5；弹片夹具6；基座7；机架8；电机9；上位机10；PLC控制器20；弹片振动装置30；弹片通/断状态采集装置40；位移传感器50；底座101；滚花手拧螺丝102；导向凸台103；隔断板104；导线105；导线压板106；第一导电体107；第二导电体108；压板109；螺栓110；基体201；转动柄202；夹持柄203；振动轴孔204；第一减重孔205；第二减重孔206；连杆通孔207；夹持槽208。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本实施例中提供的弹片疲劳测试系统包括弹片振动装置30、被测弹片通/断状态采集装置40及控制柜，其中，

弹片振动装置30，用于带动被测弹片按照设定的振动频率振动。

被测弹片通/断状态采集装置40，用于检测被测弹片在振动过程中的通/断状态，并将采集到的通/断状态数据传输至PLC控制器20，以便于PLC控制器20控制弹片振动装置30中的电机的启/停状态。

控制柜包括控制显示面板和PLC控制器20，PLC控制器20用于控制弹片振动装置30中的电机的启/停状态和转速，及记录电机的转速、电机旋转次数；控制显示面板用于进行参数设置及状态显示，例如设置电机的转速参数，例如通过指示灯显示电机的工作(启/停)状态。

电机工作由电机控制器控制，因此PLC控制器20通过对电机控制器的控制以实现电机的控制，例如电机何时开启或停止工作，电机的转速如30000rpm等。

PLC控制器20控制电机停止工作的方式可以是：当记录的电机旋转次数达到设定数值(例如一亿五千万次)时，以及记录的电机旋转次数未达到设定数值、但检测到被测弹片的通/断状态为断(即被测弹片断裂)时，控制电机停止工作。

电机带动弹片振动装置30振动，被测弹片设置于弹片振动装置30上，因此被测弹片随弹片振动装置30做同样速率的振动，电机的转速即为被测弹片的振动频率，测试过程中记录的电机旋转次数即为被测弹片的受迫振动次数，根据被测弹片受迫振动次数数据即可判别被测弹片的性能好坏。例如，被测弹片受迫振动次数达到设定数值(例如一亿五千万次)时仍未断裂，则表明该被测弹片性能良好，通过测试，否则未通过测试，该被测弹片性能较差。即，本实施例提供的弹片疲劳测试系统，可以实现弹片的疲劳测试，且系统结构简单，成本低。

作为一种可实施方式的举例，请参阅图2-8，本实施例中的弹片振动装置30包括具有多个夹持柄203的曲柄摇杆机构、电机9、机架8及多个弹片夹具6，电机9设置于机架8上，机架8的顶端设置有基座7，基座7上设有连接座5，曲柄摇杆机构设置于连接座5，弹片夹具6设置于基座7，被测弹片的一端夹持于弹片夹具6，被测弹片的另一端夹持于曲柄摇杆机构的夹持柄203，曲柄摇杆机构用于在电机的驱动下带动被测弹片做往复振动。

请参阅图2(a)、图2(b)，作为一种具体的可实施方式，本实施例中，弹片夹具包括底座101，本实施例中，底座101为长方体结构，底座101上设置有滚花手拧螺丝102，弹片夹具通过滚花手拧螺丝102连接于连接基座上。底座101的一个侧面设置有第一导电体107，第一导电体107用于承载被测弹片，即被测弹片放置于第一导电体107上。第一导电体107的一端连接有第二导电体108，第二导电体108通过具有导电性的紧固件固定于底座101上。第一导电体107的另一端设置有压板109，压板109用于使放置于第一导电体107上的被测弹片保持夹持状态，即，被测弹片放置于第一导电体107上后，用压板109将被测弹片压紧。第二导电体108与压板109之间设置有导向凸台103。底座101的另一个侧面设置有导线105，导线105的一端与紧固件连接。本实施例中，作为一种可实施方式的举例，导线105与第二导电体108分别位于底座101的两个相对的侧面，如图所示。

本实施例中，紧固件一方面要具有导电作用，使得在通电状态下导线105与第二导电体108电性连通，进而使得第二导电体108与第一导电体107电性连通，进而使得被测弹片与导线105电性连通；另一方面紧固件还要具有紧固作用，使得第二导电体108可以与底座101保持紧固连接。因此，作为一种较优的实施方式，紧固件采用金属材料制作的螺栓110，螺栓110的尾部与导线105连接。作为一种可实施方式的举例，第一导电体107为铜片，第二导电体108为钢片。

本实施例中，压板109通过螺钉(或螺栓)与底座101连接，安装被测弹片时，拧松螺钉，将被测弹片从压板109与底座101之间形成的空隙处插入，在导向凸台103的导向作用下，被测弹片顺势放在第一导电体107上，并与第二导电体108接触连接，最后拧紧螺钉。测试完成后将被测弹片取下时，拧松螺钉，将被测弹片顺势从第一导电体107上取下即可。导向凸台103不仅对被测弹片具有导向作用，便于安装被测弹片，同时也可以有效防止被测弹片在检测过程中偏离位置。

作为一种更优的实施方式，底座101的设置有导线105的侧面还设置有导线压板106，导线压板106用于使导线105的另一端紧贴于底座101。如图1所示，导线105的一端与螺栓110的尾部连接，并固定于底座101，导线105的另一端位于导线压板106与底座101之间，拧动螺钉缩短导线压板106与底座101之间的距离，直至导线105紧贴于底座101。这样设置，一方面可以防止在拆卸过程中导线105被拉断，另一方面也可以使导线105平整美观。

定义一个第一导电体107、一个第二导电体108、一个压板109、一根导线105组成一个夹持组件，如图2(b)所示，图中所示的弹片夹具包括两个夹持组件，两个第一导电体107之间通过隔断板104隔开，即两个夹持组件之间通过隔断板104隔开。一个测试组件可以用于一个被测弹片的疲劳测试，因此，图中所示的弹片夹具可以供两个被测弹片同时测试使用。容易理解地，根据底座101的尺寸设置，底座101上也可以设置两个及以上夹持组件，以便于两个及以上的被测弹片同时测试，自然地，底座101上也可以仅设置一个夹持组件。

请参阅图3-6，作为一种具体的可实施方式，本实施例中，曲柄摇杆机构包括曲柄3、摇杆1及连杆2。其中，摇杆1包括基体201和转动柄202，转动柄202连接于基体201的边缘，基体201的边缘还连接有多个夹持柄203，夹持柄203的底端与基体201连接，顶端设置有样品夹持槽208，一个夹持柄203的顶端可以设置一个及一个以上的样品夹持槽208，基体201设置有用于连接振动轴的振动轴孔204，转动柄202设置有用于连接连杆的连杆通孔207，连杆通孔207到振动轴孔204的距离与夹持柄203的顶端到振动轴孔204的距离相等。连杆2的两个端部分别设置有轴承孔，构成“8”字形结构，连杆2通过嵌入轴承孔的轴承与摇杆1、曲柄3连接，具体地，摇杆1通过贯穿于连杆通孔207、轴承孔的轴承与连杆2连接，连杆2通过贯穿另一个轴承孔的轴承连接曲柄3。

为保障曲柄摇杆机构的强度，本实施例中，优选曲柄的长度与所述摇杆的长度满足关系其中，Ψ为摇杆摆角，L₁为曲柄长度，L₃为摇杆长度。

被测弹片为金属弹片，被测弹片的一端夹持于弹片夹具的第一导电体107上，并与第二导电体108接触连接，第二导电体通过金属螺栓与导线的一端连接，导线的另一端与连接基座组成电路回路。本实施例中，弹片通/断状态采集装置40为电平信号采集器，电平信号采集器串联于高电路回路中，当被测弹片完好时电路回路畅通，电平信号采集器采集结果为高电平，可以用“1”表示，当被测弹片断裂时电路回路断开，电平信号采集器采集结果为低电平，可以用“0”表示。

为减轻摇杆的重量，如图所示，本实施例中，基体201上设置有多个第一减重孔205，作为一种实施方式，第一减重孔205为圆形孔，围绕振动轴孔204均匀分布于基体201上。

为了进一步减轻摇杆重量，更优地，转动柄202上设置有第二减重孔206，本实施例中，第二减重孔206为倒圆角的矩形孔，矩形孔面积大，可以更好地减轻摇杆重量，矩形孔倒圆角，使得摇杆更美观。

如图所示，本实施例中，基体201为圆盘状结构，这样设置可以有效提高其固有频率，使其在400Hz以下实现1.4mm的大位移转动。

本实施例提供的摇杆，一次最多可测试八个被测弹片，很大程度地提升测试效率；此外，测试频率高，周期短，振幅1.4mm时，频率可达450Hz。

作为一种更优选的实施方式，基体201、转动柄202、夹持柄203一体成型，并由碳纤维板切割而成。摇杆由碳纤维板制作，一方面可以进一步减轻摇杆质量，另一方面还可以增强其强度。摇杆一体成型，不仅便于制作，而且可以提高摇杆整体的稳定性。

振动轴4是实现弹片压缩的直接驱动机构，振动轴4通过摇杆1上的振动轴孔与摇杆1固连。本实施例中，振动轴4采用40Cr钢制造，摇杆1采用碳纤维材质制造，整个结构设计的转动惯量值为4.26×10^-7kg·m²。

在曲柄摇杆机构运动过程中会产生惯性力，从而影响整个机构的动态性能，因此，连杆2在满足受力要求的前提下，要求其质量尽量小。此外，连杆2质量越小，越有助于整个机构的平衡质量分配。因此，本实施例中，连杆2的长度为19mm，质量为0.32g，其所能承受的最大应力为2.077×110⁶N/m²，而屈服极限为9.3×10⁶N/m²，因此安全系数：n1＝9.3×10⁶/2.077×10⁶＝4.78，可以很好地满足较大的刚度和强度需求。

本实施例中，曲柄3采用常用的合金钢40Cr材料，并经调质处理，做成实心轴结构，其抗拉强度σb≥750MPa，屈服点σs≥550MPa，扭转疲劳极限τ-1≥200MPa，弯曲疲劳极限σ-1≥350MPa。40Cr是使用最广泛的钢种之一，经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，可得到较高的疲劳强度。本实施例中所述的曲柄所能承受的最大应力1.117×107N/m2。40Cr的弯曲疲劳极限σ-1≥350MPa，因此安全系数S＝3.50×108/1.117×107＝31.3。一般情况下，材质均匀、载荷与应力计算准确时，取S＝1.3～1.5；材质不够均匀，计算不够精确时，S＝1.5～1.8。因此本实施例中所述曲柄可以满足强度要求较高的场合应用。

本实施例中，曲柄摇杆机构设置于连接座5上，连接座5上设置有供曲柄3穿过的孔，曲柄3穿过连接座5后与电机9的转轴连接。电机转动带动曲柄转动，曲柄3带动连杆2，连杆2带动摇杆1，实现摇杆1的往复摆动，即摇杆1的转动柄202摆动，进而也带动夹持柄203摆动，即带动样品摆动，转动柄202与夹持柄203的摆动角度与位移相等。

本实施例中，弹片夹具的数量6与曲柄摇杆机构中夹持柄203的数量相等，弹片夹具6通过滚花手拧螺丝102设置于基座7，一个弹片夹具6对应于一个夹持柄，被测弹片的一端夹持于夹持柄203顶端的夹持槽208中，另一端夹持于弹片夹具6的第一导电体107与压板109之间。基座7上设置有电连接座，导线105与电连接座连接，通电后被测弹片、弹片夹具、基座组成电路回路，在该电路回路中，若被测弹片断裂则电路回路断开，若被测弹片完好则电路回路畅通，可通过电路回路的通断判知被测弹片是否断裂。

请参阅图1，作为一种更优的实施方式，弹片测试系统中还可以包括位移传感器50，位移传感器50可以使用电涡流位移传感器，电涡流位移传感器安装于连接基座，静止状态下电涡流传感器与被测弹片的一端(或设定的一个固定点)对齐，电涡流位移传感器用于测量被测弹片在振动过程中的实时位移量，被测弹片的实时位移即为被测弹片的振幅。实现时，连接基座上设置有叶片，叶片上安装钢套，叶片外侧与钢套外侧对齐；安装时，电涡流位移传感器头部平面平行于钢套平面，且距离0.4mm，传感器头部外边缘处与钢套外侧对齐。

位移传感器50可以与控制柜连接，将检测到的位移数据传输至控制柜，控制柜的控制显示面板上可以实时显示被测弹片在振动过程中的位移波形图。

作为更优的实施方式，弹片疲劳测试系统中还可以包括上位机10，上位机10可以是计算机、掌上电脑、智能手机等设备。上位机10与PLC控制器20通信，读取PLC控制器20中记录并存储的电机旋转次数数据，根据电机旋转次数数据判断被测弹片是否通过测试，例如记录的电机旋转次数数据大于等于设定数值，则通过测试，表明被测弹片性能良好，否则未通过测试，该被测弹片可以视为次品处理。

由于电机9要带动弹片振动装置30高速振动，进而实现带动被测弹片高速振动，因此电机9的温度很容易升高，电机9在过高的温度下工作容易引发故障及影响其寿命。因此，本实施例中，作为一种更优的实施方式，弹片疲劳测试系统中，还包括空气压缩机，空气压缩机通过通气管设置于电机处，用于降低电机的温度，以保障电机正常工作，延长其寿命。

本实施例中，弹片振动装置30为多个，PLC控制器20控制每个弹片振动装置30中的电机按照相同的转速转动。弹片振动装置30设置为多个的好处是，一次可供多个被测弹片测试，且多个弹片振动装置30按照相同的转速转动，即多个被测弹片具有相同的位移，因此可以仅使用一个位移传感器50采集位移量，节约成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种弹片疲劳测试系统，其特征在于，包括弹片振动装置、被测弹片通/断状态采集装置及控制柜，其中，

所述弹片振动装置，用于带动被测弹片按照设定的振动频率振动；所述弹片振动装置包括具有多个夹持柄的曲柄摇杆机构、电机、机架及多个弹片夹具，所述电机设置于所述机架上，所述机架的顶端设置有基座，所述基座上设有连接座，所述曲柄摇杆机构设置于所述连接座，所述弹片夹具设置于所述基座，所述弹片夹具用于夹持被测弹片的一端，所述曲柄摇杆机构的夹持柄用于夹持被测弹片的另一端，所述曲柄摇杆机构用于在所述电机的驱动下带动被测弹片做往复振动；

所述被测弹片通/断状态采集装置，用于检测被测弹片在振动过程中的通/断状态，并将采集到的通/断状态数据传输至PLC控制器，以便于所述PLC控制器控制弹片振动装置中的电机的启/停状态；

所述控制柜包括控制显示面板和所述PLC控制器，所述PLC控制器用于控制所述弹片振动装置中的电机的启/停状态和转速，及记录电机的转速、电机旋转次数；所述控制显示面板用于进行参数设置及状态显示。

2.根据权利要求1所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，还包括位移传感器，用于测量被测弹片在振动过程中的实时位移。

3.根据权利要求1所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，还包括上位机，用于与所述PLC控制器通信，根据所述PLC控制器记录的电机旋转次数判断被测弹片是否通过测试。

4.根据权利要求1所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，还包括空气压缩机，用于降低所述弹片振动装置中的电机的温度。

5.根据权利要求1所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，所述弹片振动装置为多个，所述PLC控制器控制每个弹片振动装置中的电机按照相同的转速转动。

6.根据权利要求1所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，所述曲柄摇杆机构包括曲柄、摇杆及连杆，所述摇杆包括基体和转动柄，所述转动柄连接于所述基体的边缘，所述基体的边缘还连接有所述多个夹持柄，所述夹持柄的底端与所述基体连接，顶端设置有被测弹片夹持槽，所述基体设置有用于连接振动轴的振动轴孔，所述转动柄设置有用于连接连杆的连杆通孔，所述连杆通孔到所述振动轴孔的距离与所述夹持柄的顶端到所述振动轴孔的距离相等，所述连杆的两个端部分别设置有轴承孔，连杆通过嵌入所述轴承孔的轴承与摇杆、曲柄连接。

7.根据权利要求6所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，所述基体上设置有多个第一减重孔，所述多个第一减重孔均匀分布于所述基体。

8.根据权利要求1所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，所述弹片夹具包括底座，所述底座的一个侧面设置有第一导电体，用于承载被测弹片，所述第一导电体的一端连接有第二导电体，所述第二导电体通过具有导电性的紧固件固定于所述底座上，所述第一导电体的另一端设置有压板，用于使放置于所述第一导电体上的被测弹片保持夹持状态，所述第二导电体与所述压板之间设置有导向凸台；所述底座的另一个侧面设置有导线，所述导线的一端与所述紧固件连接。

9.根据权利要求8所述的弹片疲劳测试系统，其特征在于，所述底座的设置有所述导线的侧面还设置有导线压板，用于使所述导线的另一端紧贴于底座。