CN108318240A - 一种弹簧疲劳实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧疲劳实验装置，包括机架组件、驱动组件、固定组件、激光测量与计数装置和电源控制器。机架组件包括底板、安装在底板中段上方的直线导轨、分别与直线导轨滑动配合的两个滑块以及分别安装在两个滑块上方的两个直线电机散热器。驱动组件包括安装在直线电机散热器中的直线电机、位于两直线电机内侧的驱动板、贯穿安装在驱动板中间且与直线电机相连的连接杆以及安装在驱动板上的若干弹簧座。弹簧座上设有第一弹簧固定槽。本发明能够有效模拟弹簧的各种运动状态，对精密弹簧进行疲劳特性测试，具有能耗低，噪声小，控制精度高，结构简单，适用性广等特点。

Description

一种弹簧疲劳实验装置

技术领域

本发明涉及机械零件实验与测试技术领域，具体涉及一种弹簧疲劳实验装置。

背景技术

弹簧是一种利用其弹性来工作的重要元件。在工作时，利用弹簧的弹性可以控制部件的运动，实现缓冲减压、做工、测力、蓄能等功能。弹簧性能的好坏将直接影响设备的可靠性与安全性。然而弹簧在工作时其频繁的拉伸与压缩使得弹簧材料容易发生疲劳，进而导致断裂导致设备故障，因此弹簧在出厂时一般需要进行疲劳测试，制造业厂商为保证弹簧质量也对采购弹簧进行一定程度的疲劳测试。

目前，现有的弹簧疲劳实验装置主要有机械方式、电磁谐振式和电液伺服式三种。其中，机械方式是利用回转电机、偏心轮，滑块等结构方式对弹簧进行拉升与压缩，该方式存在结构复杂、测试时精度不高、误差大、能耗高、噪声大、效率较低等不足，难以复现某些精密仪器中弹簧的工作情况。电磁谐振式是利用电磁激励，试件共振的原理工作；工作时电磁激振器发生震动带动待实验弹簧震动，以对弹簧进行测试；该方式的缺点是试件的振动方式只能是简单正弦波形式，和试件真实的运动情况有所出入，难以满足某些仪器部件弹簧运动的精确模拟。电液伺服式是通过伺服阀将将电信号装换为液压油流量进而控制弹簧压缩拉伸动作，其伺服阀控制流量精确，配合电气控制装置使得其动作控制精确、振幅高，推力大，但该方式存在能耗高、结构复杂臃肿、安全性较低、精度较低等不足，主要运用于大型弹簧的疲劳实验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹簧疲劳实验装置，该装置针对高精度仪器设备中弹簧的工作频率高、行程小、精度高、环境苛刻等特点，能够有效模拟弹簧的各种运动状态，对精密弹簧进行疲劳特性测试，具有能耗低，噪声小，控制精度高，结构简单，适用性广等特点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种弹簧疲劳实验装置，包括机架组件和对称设置的两个驱动组件。所述机架组件包括底板、安装在底板中段上方的直线导轨、分别与直线导轨滑动配合的两个滑块以及分别安装在两个滑块上方的两个直线电机散热器；所述驱动组件包括安装在直线电机散热器中的直线电机、位于直线电机内侧的驱动板、贯穿安装在驱动板中间且与直线电机相连的连接杆以及安装在驱动板上的若干弹簧座；所述弹簧座上设有第一弹簧固定槽。所述驱动组件由直线电机驱动后对待实验弹簧进行压缩与拉伸。

进一步的，该装置还包括固定组件；所述固定组件包括左固定板、右固定板、若干固定弹簧座和固定板固定件；所述左固定板与右固定板的下端分别通过固定板固定件连接在底板上。

所述左固定板上开设有若干通孔；所述右固定板上开设有与通孔数量相等的若干第二锥孔；所述左固定板和右固定板上均开设有两个第二定位销钉孔。

所述固定弹簧座的左右两端分别设有第二弹簧固定槽；所述固定弹簧座的中间部分包括从左向右依次设置的左圆柱、中间圆柱和右锥台；左圆柱的直径小于中间圆柱的直径，中间圆柱的直径等于右锥台的最大直径；所述左圆柱安装在通孔中，中间圆柱夹在左、右固定板之间，右锥台安装在第二锥孔中。

进一步的，该装置还包括激光测量与计数装置和电源控制器。所述激光测量与计数装置，用于对弹簧运动过程进行检测，对弹簧的拉伸压缩次数和拉伸压缩长度进行测量并记录。所述电源控制器，通过电源输出波形对直线电机的运动状态进行控制。

进一步的，所述直线电机散热器包括自上向下依次设置的上散热器和下散热器；所述上散热器通过螺栓与下散热器相连；所述下散热器通过螺钉连接在滑块上；所述下散热器上设有散热器固定件；所述散热器固定件通过螺钉连接在底板上；所述底板上开设有若干用于固定散热器的腰孔；所述直线电机散热器上开设有用于固定直线电机的直线电机安装孔。

进一步的，所述驱动板中间开设有中心通孔；所述驱动板上还开设有以中心通孔为中心对称设置的两个第一定位销钉孔和沿中心通孔外周均匀分布的若干第一锥孔。

所述连接杆的外端部与设置在直线电机轴向位置的螺纹孔螺纹连接后通过螺钉固定在直线电机上，其内端部从中心通孔穿过后通过螺母与垫圈锁紧在驱动板上。

所述弹簧座的外端部从第一锥孔穿过后通过螺母与垫圈锁紧在驱动板上，且弹簧座与第一锥孔相配合的部分为锥台，所述第一弹簧固定槽沿弹簧座内端部的外周螺旋设置，且第一弹簧固定槽的截面为半圆形。

进一步的，所述左固定板与右固定板上均开设有紧固孔，所述左固定板与右固定板通过螺钉连接在一起。

进一步的，所述第二弹簧固定槽沿固定弹簧座端部的外周螺旋设置，且第二弹簧固定槽的截面为半圆形。

进一步的，所述固定弹簧座与左固定板接触的面为平面，与右固定板接触的面为锥面。

由以上技术方案可知，本发明通过直线电机驱动安装有待实验弹簧的弹簧座运动，减少了传动环节，降低了能耗与振动，而且直线电机输出受电源控制，从程序上即可模拟不同弹簧的工况，有效避免了实验装置结构的复杂臃肿。此外，本发明通过对弹簧座数量的增减以及固定组件的拆装，可以一次多量对同一型弹簧进行实验，提高了测试效率。本发明能够针对高精度仪器设备中弹簧的工作频率高、行程小、精度高、环境苛刻等特点，有效模拟弹簧的各种运动状态，对精密弹簧进行疲劳特性测试，具有能耗低，噪声小，控制精度高，结构简单，适用性广等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是机架组件的俯视图；

图3是机架组件的侧视图；

图4是驱动组件（未安装直线电机）的主视图；

图5是驱动组件（未安装直线电机）的侧视图；

图6是固定组件的主视图；

图7是固定组件的侧视图。

其中：

1、驱动组件，11、直线电机，12、驱动板，13、连接杆，14、弹簧座，15、第一弹簧固定槽，16、垫圈一，17、螺母，18、第一定位销钉孔，19、垫圈二，2、固定组件，21、左固定板，22、右固定板，23、固定弹簧座，24、第二弹簧固定槽，25、固定板固定件，26、螺钉，27、第二定位销钉孔，3、机架组件，31、底板，32、直线导轨，33、滑块，34、上散热器，35、下散热器，36、散热器固定件，37、腰孔，4、待实验弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种弹簧疲劳实验装置，包括机架组件3、对称设置的两个驱动组件1、固定组件2、激光测量与计数装置和电源控制器。所述激光测量与计数装置，用于对弹簧运动过程进行检测，对弹簧的拉伸压缩次数和拉伸压缩长度进行测量并记录。所述电源控制器，通过电源输出波形对直线电机的运动状态进行控制，直线电机的运动速度受电源控制器控制。

如图2和图3所示，所述机架组件3包括底板31、通过螺钉安装在底板31中段上方的直线导轨32、分别与直线导轨32滑动配合的两个滑块33以及分别安装在两个滑块32上方的两个直线电机散热器。所述直线电机散热器为直线电机增加散热能力。所述直线电机散热器包括自上向下依次设置的上散热器34和下散热器35。所述上散热器34通过螺栓与下散热器35相连。所述滑块32上设有螺纹孔，所述下散热器35上设有与该螺纹孔相配合的沉头孔，通过螺钉将下散热器35连接到滑块32上。所述下散热器35上设有散热器固定件36，下散热器35上设有与散热器固定件36相配合的孔，散热器固定件36的上端连接到下散热器35上，散热器固定件36的下端通过螺钉连接在底板31上。所述底板31上开设有若干用于固定散热器的腰孔37，用于配合滑块在不同位置上的固定要求。所述直线电机散热器上开设有用于固定直线电机的直线电机安装孔。所述底板，用于为装置提供一个必要的稳固承载环境，底板上设有相应的安装孔和安装面供直线导轨与滑块精确安装在其上方。滑块上预留有用于连接直线电机散热器的孔位，安装时，通过螺钉将散热器牢固地固定在滑块上，使得直线电机散热器能够通过滑块在直线导轨上滑动。为了使直线电机散热器能够在直线导轨的某一位置处固定，故设置散热器固定件。当直线电机散热器随滑块滑动到某一目标位置后，采用螺钉将散热器固定件固定连接到底板上。

如图4和图5所示，所述驱动组件1包括安装在直线电机散热器中的直线电机11、位于直线电机11内侧的驱动板12、贯穿安装在驱动板12中间且与直线电机11相连的连接杆13以及安装在驱动板12上的若干弹簧座14。所述弹簧座14上设有第一弹簧固定槽15。所述驱动组件1由直线电机11驱动后对待实验弹簧4进行压缩与拉伸。所述驱动板12中间开设有中心通孔。所述驱动板12上还开设有以中心通孔为中心对称设置的两个第一定位销钉孔18和以中心通孔为中心、沿中心通孔外周均匀分布的若干第一锥孔。所述第一锥孔，用于精确定位弹簧座的位置。所述第一锥孔的数量可根据实际情况增减，优选的，为8个。所述第一定位销钉孔18，能够在加工与安装时精确保证各待实验弹簧的相对位置。优选的，所述驱动板为圆形。

所述连接杆的两端均设有外螺纹，连接杆上的螺纹的直径应至少比中心通孔的直径小1mm。所述连接杆13的外端部与设置在直线电机11轴向位置的螺纹孔螺纹连接后通过螺钉固定在直线电机11上，其内端部从中心通孔穿过后通过螺母17与垫圈二19锁紧在驱动板12上。所述连接杆13，用于将驱动板与直线电机连接为一个整体。

所述弹簧座14的外端部设有外螺纹，该外端部从第一锥孔穿过后通过螺母17与垫圈一16锁紧在驱动板上。所述弹簧座14与第一锥孔相配合的部分为锥台，通过该锥台与第一锥孔的设置，具有良好的自定心作用。所述第一弹簧固定槽15沿弹簧座14内端部外周螺旋设置，且第一弹簧固定槽15的截面为半圆形。待实验弹簧4与第一弹簧固定槽15旋合固定。

如图6和图7所示，所述固定组件2包括左固定板21、右固定板22、若干固定弹簧座23和固定板固定件25。所述左固定板21与右固定板22的下端分别通过固定板固定件25连接在底板31上。所述固定组件2中的固定弹簧座23和所述驱动组件1中的弹簧座14是一一对应设置的。

所述固定弹簧座23的左右两端分别设有第二弹簧固定槽24，待实验弹簧4通过第二弹簧固定槽24固定在固定弹簧座23上。所述第二弹簧固定槽24沿固定弹簧座23端部的外周螺旋设置，且第二弹簧固定槽24的截面为半圆形。固定弹簧座左端上的第二弹簧固定槽，用于和底板左端上方的驱动组件中的第一弹簧固定槽配合使用；固定弹簧座右端上的第二弹簧固定槽，用于和底板右端上方的驱动组件中的第一弹簧固定槽配合使用。

所述左固定板21上开设有若干通孔，该通孔用于固定弹簧座的左端从其中穿过后使固定弹簧座左端的第二弹簧固定槽位于左固定板的左侧，该通孔还用于对左圆柱进行固定。所述右固定板22上开设有与通孔数量相等的若干第二锥孔，该第二锥孔用于固定弹簧座的右端从中穿过后使固定弹簧座右端的第二弹簧固定槽位于右固定板的右侧，该第二锥孔还用于对右锥台进行固定。所述左固定板21和右固定板22上均开设有两个第二定位销钉孔27。通过通孔和第二锥孔，能够控制各个固定弹簧座的位置精度。所述第二定位销钉孔27，可以使固定弹簧座与弹簧座的位置高度重合。同时，在制造过程中，对定位销钉孔的利用，使得固定弹簧座与右固定板的锥形接触面的相对位置得到了高度保证。所述左固定板21和右固定板22的下端均设有用于连接固定板固定件的螺纹孔25。

所述固定弹簧座23的中间部分包括从左向右依次设置的左圆柱、中间圆柱和右锥台；左圆柱的直径小于中间圆柱的直径，中间圆柱的直径等于右锥台的最大直径。所述左圆柱安装在通孔中，中间圆柱夹在左、右固定板之间，右锥台安装在第二锥孔中，也就是说，固定弹簧座与左固定板接触的面为平面，该平面起到了良好的夹紧作用，固定弹簧座23与右固定板接触的面为锥面，该锥面起到了自定心作用。

所述左固定板21与右固定板22上均开设有紧固孔，通过螺钉26将两固定板固定在一起。所述固定弹簧座23通过左固定板21、右固定板22与相应螺钉26进行夹紧。

下面以图1为例，介绍下本发明的具体使用过程为：

在实验时，将待实验弹簧4的一端旋入左固定板21上的第二弹簧固定槽24中，将待实验弹簧4另一端旋入左侧驱动组件1上的第一弹簧固定槽15中，将所有弹簧座14旋入完毕后，滑动直线电机散热器使得驱动板12上的第一锥孔与弹簧座螺纹段相应位置接触后安装垫圈一16与螺母17，使得待实验弹簧4精确固定在左固定板21与驱动板12之间。在实验时可根据具体需求选择是否安装固定组件，可以理解成左右两块固定板将实验装置分成左右两部分，两部分可以分别进行疲劳实验，即提高了单次实验效率。若拆除固定组件，则也可由两个驱动组件的驱动板上的弹簧座构成疲劳实验装置，此时，待待实验弹簧拉压行程增为原来的两倍，增大了实验装置的适用范围。

实验时，接通直线电机的电源控制器，直线电机开始做往复运动以对待实验弹簧进行疲劳实验。直线电机的往复运动的行程可由电源控制器输入电压控制，行程数值以及往复运动次数可由激光测量与计数装置进行测量并计数，同时，直线电机指定位置的运动速度由电源控制器输出至直线电机的电源波形（如谐波、矩形波等）进行控制。即在理论上可以通过对电源波形的编程模拟任意弹簧的实际工况。

本发明通过两固定板和两驱动板上的共4对销钉孔，配合销钉的定位，很好的解决了驱动组件中的弹簧座与固定组件中的固定弹簧座的相对位置问题，使得实验精度有了极大的提高，确保在实验过程中弹簧不会出现径向偏转问题，对某些需要精确控制弹簧状态的仪器具有很高的再现性。第一锥孔和第二锥孔的自定心配合，精确控制了弹簧安装的位置准确度，而且通过直线导轨、滑块、锥孔的自定心和弹簧固定槽的设计，保证了对待实验弹簧的同轴度控制，使得弹簧在运动过程中形态始终可控。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：包括机架组件和对称设置的两个驱动组件；所述机架组件包括底板、安装在底板中段上方的直线导轨、分别与直线导轨滑动配合的两个滑块以及分别安装在两个滑块上方的两个直线电机散热器；所述驱动组件包括安装在直线电机散热器中的直线电机、位于直线电机内侧的驱动板、贯穿安装在驱动板中间且与直线电机相连的连接杆以及安装在驱动板上的若干弹簧座；所述弹簧座上设有第一弹簧固定槽。

2.根据权利要求1所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：该装置还包括固定组件；所述固定组件包括左固定板、右固定板、若干固定弹簧座和固定板固定件；所述左固定板与右固定板的下端分别通过固定板固定件连接在底板上；

所述左固定板上开设有若干通孔；所述右固定板上开设有与通孔数量相等的若干第二锥孔；所述左固定板和右固定板上均开设有两个第二定位销钉孔；

所述固定弹簧座的左右两端分别设有第二弹簧固定槽；所述固定弹簧座的中间部分包括从左向右依次设置的左圆柱、中间圆柱和右锥台；左圆柱的直径小于中间圆柱的直径，中间圆柱的直径等于右锥台的最大直径；所述左圆柱安装在通孔中，中间圆柱夹在左、右固定板之间，右锥台安装在第二锥孔中。

3.根据权利要求1所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：该装置还包括激光测量与计数装置和电源控制器。

4.根据权利要求1所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：所述直线电机散热器包括自上向下依次设置的上散热器和下散热器；所述上散热器通过螺栓与下散热器相连；所述下散热器通过螺钉连接在滑块上；所述下散热器上设有散热器固定件；所述散热器固定件通过螺钉连接在底板上；所述底板上开设有若干用于固定散热器的腰孔；所述直线电机散热器上开设有用于固定直线电机的直线电机安装孔。

5.根据权利要求1所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：所述驱动板中间开设有中心通孔；所述驱动板上还开设有以中心通孔为中心对称设置的两个第一定位销钉孔和沿中心通孔外周均匀分布的若干第一锥孔；

所述连接杆的外端部与设置在直线电机轴向位置的螺纹孔螺纹连接后通过螺钉固定在直线电机上，其内端部从中心通孔穿过后通过螺母与垫圈锁紧在驱动板上；

所述弹簧座的外端部从第一锥孔穿过后通过螺母与垫圈锁紧在驱动板上，且弹簧座与第一锥孔相配合的部分为锥台，所述第一弹簧固定槽沿弹簧座内端部的外周螺旋设置，且第一弹簧固定槽的截面为半圆形。

6.根据权利要求2所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：所述左固定板与右固定板上均开设有紧固孔，所述左固定板与右固定板通过螺钉连接在一起。

7.根据权利要求2所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：所述第二弹簧固定槽沿固定弹簧座端部的外周螺旋设置，且第二弹簧固定槽的截面为半圆形。

8.根据权利要求2所述的一种弹簧疲劳实验装置，其特征在于：所述固定弹簧座与左固定板接触的面为平面，与右固定板接触的面为锥面。