CN109632222A - 一种弹簧刚度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹簧刚度测量装置及其测量方法，涉及机械工程领域。弹簧刚度测量装置包括牵引力采集系统、弹簧、弹簧固定台、位移控制系统、驱动系统、计算机；牵引力采集系统包括拉力传感器和信号放大器；位移控制系统包括蜗轮和蜗杆；驱动系统包括步进电机和传动装置；弹簧的一侧与牵引力采集系统连接，弹簧的另一侧与弹簧固定台连接，蜗轮设置在弹簧固定台下方，蜗杆设置在蜗轮下方；蜗杆与步进电机相连。本发明还建立了弹簧刚度的测量方法，排除了弹簧自重、弹簧测力计精度低等不利因素，可精确测量数值较小的弹簧刚度。

Description

一种弹簧刚度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及机械工程领域，尤其涉及一种弹簧刚度测量装置及其测量方法。

背景技术

在某些实验或工程应用中，需要提前测得使用的弹簧的刚度，且需要较精确的值。弹簧的刚度一般是通过测量弹簧的拉力和变形，再通过二者计算得到。目前测量弹簧刚度一般使用弹簧测力计及带刻度的铁架进行测量，即根据胡克定律，用弹簧测力计测量弹簧受力与弹簧伸长量的关系，从而获得弹簧刚度。所公知的拉、压弹簧测力装置有弹簧测力计、便携式电子秤等装置，便携式电子秤采用传感器原理，把物体的力用数字的形式显示出来，上述两种测力装置都具有量程小的特点，如果在测力的同时还要得到弹簧的变形就需要米尺、卷尺等其它测距工具，而这些工具测量误差较大、精确度低，不方便给出准确的弹簧拉压长度，从而导致弹簧刚度推断不准确。然而由于弹簧自重的影响、弹簧测力计的精度低、弹簧张紧状态无法确定等原因，此方法测得弹簧刚度精度较低，且无法测量刚度较小的弹簧。而在实际生产生活中，直接用到弹簧刚度以进行产品设计和分析的场合较多，因此有必要开发出一种能直接给出刚度数值、使用方便的弹簧刚度测量装置。

因此，本领域的技术人员致力于建立一种弹簧刚度测量装置及其测量方法，该测量方法排除了弹簧自重、弹簧测力计精度低等不利因素，可精确测量数值较小的弹簧刚度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是针对上述现有问题设计一种测量弹簧刚度的装置，所述装置可以控制弹簧进行一定的长度改变量，并可精确测量弹簧拉伸至某一长度时的拉力，从而运用胡克定律测得弹簧刚度。

为实现上述目的，本发明提供了一种弹簧刚度测量装置，包括牵引力采集系统、弹簧、弹簧固定台、位移控制系统、驱动系统、计算机；所述牵引力采集系统包括拉力传感器和信号放大器；所述位移控制系统包括蜗轮和蜗杆；所述驱动系统包括步进电机和传动装置；所述弹簧的一侧与所述牵引力采集系统连接，所述弹簧的另一侧与所述弹簧固定台连接，所述蜗轮设置在所述弹簧固定台下方，所述蜗杆设置在所述蜗轮下方；所述蜗杆与所述步进电机相连，所述蜗杆受所述步进电机驱动，所述蜗杆带动所述蜗轮和所述弹簧固定台运动。

进一步地，所述计算机还包括一套软件，通过所述软件控制所述弹簧刚度测量装置。

进一步地，所述蜗杆与所述弹簧平行，所述涡轮与所述蜗杆垂直。

进一步地，所述蜗轮、所述蜗杆、所述弹簧固定台、所述弹簧同步运动。

进一步地，所述弹簧处于水平拉伸状态。

进一步地，所述弹簧被拉伸的长度记录在所述计算机中，所述弹簧被拉伸的长度的单位是毫米。

进一步地，所述弹簧产生的作用力由所述拉力传感器测量得到并输出到所述计算机中，所述弹簧产生的作用力的单位是牛顿。

进一步地，根据所述计算机实时记录下的所述弹簧产生的作用力与所述弹簧被拉伸的长度，所述计算机可通过所述软件直接显示所述弹簧的弹簧刚度。

进一步地，所述牵引力采集系统、所述弹簧固定台、所述位移控制系统和所述驱动系统是一体成型的。

本发明还建立了一种弹簧刚度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、将所述弹簧的两端分别与所述拉力传感器、所述弹簧固定台相连，并启动所述步进电机，从而调整所述弹簧固定台位置，使所述弹簧处于微拉伸状态；

S2、用所述计算机控制所述步进电机，使所述蜗杆转动，所述弹簧固定台随之移动，从而拉伸所述弹簧，所述计算机记录此时所述拉力传感器的读数和所述弹簧的拉伸长度；

S3、重复步骤S2，记录4-6组数据，根据数据绘制拉力-伸长量曲线，计算所述拉力-伸长量曲线的斜率，所述斜率即为所述弹簧刚度。

与现有技术相比，通过本发明所提出的一种弹簧刚度测量装置及其测量方法，达到了以下明显的技术效果：

本发明可以使弹簧拉伸到一定长度，并利用拉力传感器测得弹簧拉力。弹簧固定台和拉力传感器位于同一水平线，可保证弹簧处于水平位置，减小弹簧自重影响；拉力传感器测得拉力可精确至0.001牛顿，测量结果较精确；可精确控制步进电机，从而控制弹簧精确伸长规定距离。

以下将对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的弹簧刚度测量装置的结构示意图。

具体实施方式

以下介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如图1所示，本发明提供了一种弹簧刚度测量装置，包括牵引力采集系统1、弹簧2、弹簧固定台3、位移控制系统4、驱动系统5、计算机6；牵引力采集系统1包括拉力传感器和信号放大器；位移控制系统4包括蜗轮7和蜗杆8；驱动系统5包括步进电机和传动装置；弹簧2的一侧与牵引力采集系统1连接，弹簧2的另一侧与弹簧2固定台连接，蜗轮7设置在弹簧2固定台下方，蜗杆8设置在蜗轮7下方；蜗杆8与步进电机相连，蜗杆8受步进电机驱动，蜗杆8带动蜗轮7和弹簧2固定台运动。

计算机6还包括一套软件，通过软件控制弹簧刚度测量装置。在实验开始前，需要检查各部件连接是否存在问题，检查计算机6的软件是否可操作。将蜗杆8与弹簧2平行放置，涡轮与蜗杆8垂直放置。

在实验过程中，蜗轮7、蜗杆8、弹簧固定台3、弹簧2是同步运动的。另外由于蜗杆8和弹簧固定台3是水平放置的，弹簧2的另一端被固定，所以在测量过程中，弹簧2始终处于水平拉伸状态。

弹簧2被拉伸的长度自动传输到计算机6中，长度的单位是毫米。

弹簧2产生的作用力由拉力传感器测量得到并输出到计算机6中，拉力的单位是牛顿。

根据计算机6实时记录下的弹簧2产生的作用力与弹簧2被拉伸的长度，计算机6可通过软件直接显示弹簧2的弹簧刚度。

牵引力采集系统1、弹簧固定台3、位移控制系统4和驱动系统5是一体成型的。

本实施例还提供了一种弹簧刚度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、将弹簧2的两端分别与拉力传感器、弹簧固定台3相连，并启动步进电机，从而调整弹簧固定台3位置，使弹簧2处于微拉伸状态；

S2、用计算机6控制步进电机，使蜗杆8转动，弹簧固定台3随之移动，从而拉伸弹簧2，计算机6记录此时拉力传感器的读数和弹簧2的拉伸长度；

S3、重复步骤S2，记录4-6组数据，根据数据绘制拉力-伸长量曲线，计算拉力-伸长量曲线的斜率，斜率即为弹簧刚度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述弹簧刚度测量装置包括牵引力采集系统、弹簧、弹簧固定台、位移控制系统、驱动系统、计算机；所述牵引力采集系统包括拉力传感器和信号放大器；所述位移控制系统包括蜗轮和蜗杆；所述驱动系统包括步进电机和传动装置；所述弹簧的一侧与所述牵引力采集系统连接，所述弹簧的另一侧与所述弹簧固定台连接，所述蜗轮设置在所述弹簧固定台下方，所述蜗杆设置在所述蜗轮下方；所述蜗杆与所述步进电机相连，所述蜗杆受所述步进电机驱动，所述蜗杆带动所述蜗轮和所述弹簧固定台运动。

2.如权利要求1所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述计算机还包括一套软件，通过所述软件控制所述弹簧刚度测量装置。

3.如权利要求2所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述蜗杆与所述弹簧平行，所述涡轮与所述蜗杆垂直。

4.如权利要求3所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述蜗轮、所述蜗杆、所述弹簧固定台、所述弹簧同步运动。

5.如权利要求4所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述弹簧处于水平拉伸状态。

6.如权利要求5所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述弹簧被拉伸的长度记录在所述计算机中，所述弹簧被拉伸的长度的单位是毫米。

7.如权利要求6所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述弹簧产生的作用力由所述拉力传感器测量得到并输出到所述计算机中，所述弹簧产生的作用力的单位是牛顿。

8.如权利要求7所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，根据所述计算机实时记录下的所述弹簧产生的作用力与所述弹簧被拉伸的长度，所述计算机可通过所述软件直接显示所述弹簧的弹簧刚度。

9.如权利要求8所述的一种弹簧刚度测量装置，其特征在于，所述牵引力采集系统、所述弹簧固定台、所述位移控制系统和所述驱动系统是一体成型的。

10.如权利要求1所述的一种弹簧刚度测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将所述弹簧的两端分别与所述拉力传感器、所述弹簧固定台相连，并启动所述步进电机，从而调整所述弹簧固定台位置，使所述弹簧处于微拉伸状态；

S2、用所述计算机控制所述步进电机，使所述蜗杆转动，所述弹簧固定台随之移动，从而拉伸所述弹簧，所述计算机记录此时所述拉力传感器的读数和所述弹簧的拉伸长度；

S3、重复步骤S2，记录4-6组数据，根据数据绘制拉力-伸长量曲线，计算所述拉力-伸长量曲线的斜率，所述斜率即为所述弹簧刚度。