CN110873643B - 一种平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种针对平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统，包括初始应力施加装置、测量装置、温度应力施加装置；初始应力施加装置由底座、中心轴、传感器挡板、耳片传力结构和辅助杆组成；所述的测量装置为力传感器和应变片，测量卷簧的衰退变化；所述的温度应力施加装置为高温试验箱,实现室温至200℃间的温度控制；试验时，初始应力施加装置内装卷簧，放置在高温环境试验箱中；初始应力施加装置的强度和耐高温设计满足最高应力条件下的加载要求。本发明可实现平面涡卷弹簧在一定温度下应力松弛的连续带温测量；可实现室温到200℃不同温度的带温应力松弛的直接测量，更加接近实际情况；具有安装和拆卸方便，测量及时，测量精度高的优点。

Description

一种平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统

技术领域

本发明一种平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统，属于航空机械加速贮存与寿命评估技术领域，是一种加速贮存寿命测试系统，具体设计一套针对平面涡卷弹簧的带应力加速贮存寿命测试系统。

背景技术

平面涡卷弹簧是用细长材料基于阿基米德螺旋线绕制而成的平面螺旋线形弹簧，其一端固定，另一端施加力矩，使材料产生弯曲变形。由于卷绕圈数可以很多，变形角大，具有在较小体积内储存较多能量的特点，被广泛运用在航空器领域中。平面涡卷弹簧的主要失效模式是应力松弛与永久变形，导致弹簧的性能满足不了要求，在某些关键动作中无法提供足够的能量导致失效。因此平面涡卷弹簧的应力松弛性能对航空产品的贮存寿命具有重要影响，需要精确的测试平面涡卷弹簧的应力松弛性能衰退趋势，进而对平面涡卷弹簧的贮存寿命进行评估。

当前并无针对带初始应力的平面涡卷弹簧加速寿命测试系统，测试平面涡卷弹簧应力松弛性能的方法仍是依靠手工,用专门的力矩测试装置测力矩。每测量一次,需对松弛装置降温至室温，装卸一次,故费时费力,测量的人为误差大。而且室温下测量数据不易反映较高温度下的应力松弛真实特征，频繁的升温与降温过程也会影响弹簧本身的表现。因此，目前缺乏针对性的平面涡卷弹簧加速寿命测试系统，急需探索针对平面涡卷弹簧的应力松弛测试方法，满足平面涡卷弹簧加速退化试验面临的迫切需求。

发明内容

本发明针对平面涡卷弹簧的加速退化试验的需求，目前的针对对弹簧的加速寿命测试系统中，缺少针对平面涡卷弹簧的加速寿命测试系统，使获得准确有效的平面涡卷弹簧的加速退化试验的试验数据非常困难，本发明提出了一种针对平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统。

本发明提出的一种针对平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统，包括初始应力施加装置、测量装置和温度应力施加装置，具体结构如下:

1)初始应力施加装置

夹具部分由底座、中心轴、传感器挡板、耳片传力结构和辅助杆组成，中心轴与底座配合的结构类似于卷尺外壳，将平面涡卷弹簧的外耳通过耳片传力结构固定在传感器挡板上，由辅助杆辅助底座与中心轴转动，使平面涡卷弹簧加载到试验要求的预紧应力所对应位置后由销子固定。

2)测量装置

所述的测量装置为传感器和应变片，来测量平面涡卷弹簧的衰退变化。将传感器置于传感器挡板的凹槽内，传感器受力点正对平面涡卷弹簧外耳片的耳片传力结构，应变片粘贴在应变最大处，使用连接线将传感器与应变测试仪相连接。

3)温度应力施加装置

所述的温度应力施加装置为高温试验箱,可实现室温至200℃间的温度控制。

试验时，初始应力施加装置内装平面涡卷弹簧，放置在高温环境试验箱中。初始应力施加装置的强度和耐高温设计满足最高应力条件下的加载要求。

一种平面涡卷弹簧加速寿命测试方法，具体步骤如下：

步骤1：连接传感器与应变测试仪，将应变片贴在应变最大处后连接应变测试仪，并设置参数；

步骤2：保持传感器于不受力状态后，将应变测试仪归零，静置一旁待用；

步骤3：将平面涡卷弹簧固定在中心轴内；

步骤4：固定中心轴与底座，调整平面涡卷弹簧，使平面涡卷弹簧的底面与底座的内平面高度一致；

步骤5：将底座辅助杆及中心轴辅助杆分别安装在底座与中心轴上；

步骤6：将传感器安装于传感器挡板中，再将传感器挡板安装在底座中，传感器的感应点指向平面涡卷弹簧的外耳方向；

步骤7：将平面涡卷弹簧外耳片安插进耳片传力结构内，并使耳片传力结构的平面部分正对步骤6中安装好的传感器的感应点；

步骤8：通过底座辅助杆与中心轴辅助杆，按模拟弹簧受力方式施加初始应力；

步骤9：转至相应角度后，使用销子固定中心轴与底座；

步骤10：用螺母将中心轴稳定固定在底座上；

步骤11：将底座辅助杆与中心轴辅助杆拆卸下来；

步骤12：将包含平面涡卷弹簧在内的初始应力施加装置放入高温试验箱内；

步骤13：关好高温试验箱的箱门，设置好预定温度并启动。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：可实现平面涡卷弹簧在一定温度下应力松弛的连续带温测量，试样经一次安装到测试完毕，中途无需装卸，减少了人为误差；由于采用了高精度的传感器和高灵敏度的数字显示，从而提高了测量数据的精度；可实现室温到200℃不同温度的带温应力松弛的直接测量，更加接近实际情况。具有安装和拆卸方便，测量及时，测量精度高的优点。

附图说明

图1是本发明平面涡卷弹簧加速寿命测试系统装置的初始应力施加装置部分示意图；

图2是本发明平面涡卷弹簧加速寿命测试系统装置的初始应力施加装置的安装示意图；

图3是应变测试仪的示意图；

图4是本发明平面涡卷弹簧加速寿命测试系统的示意简图；

图5是本发明平面涡卷弹簧加速寿命测试系统操作的流程图。

图中：1.中心轴；2.销子；3.底座；4.耳片传力结构；5.传感器挡板；6.螺母；7.底座辅助杆；8.中心轴辅助杆；9.传感器；10.连接线；11.应变测试仪；12.高温试验箱；13.托架；14.平面涡卷弹簧；15.内耳安装槽。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细和深入描述。

本实施例是一种平面涡卷弹簧加速寿命测试系统，包括初始应力施加装置、测量装置和温度应力施加装置。其中初始应力施加装置，如图1所示，包括中心轴1、销子2、底座3、耳片传力结构4、传感器挡板5、螺母6、底座辅助杆7、中心轴辅助杆8；测量装置包括传感器9、连接线10、应变测试仪11；温度应力施加装置包括高温试验箱12、托架13及平面涡卷弹簧14。各部分的安装配合见图2。

1)初始应力施加装置

其中夹具部分由底座3、中心轴1、传感器挡板5、耳片传力结构4和辅助杆(底座辅助杆7、中心轴辅助杆8)组成，中心轴1与底座3配合的结构类似于卷尺外壳，将平面涡卷弹簧14的外耳通过耳片传力结构4固定在传感器挡板5上，由底座辅助杆7、中心轴辅助杆8辅助底座与中心轴转动，将平面涡卷弹簧加载到270°(试验要求的预紧应力)位置后由至少两根销子2固定。

2)测量装置

所述的测量装置为传感器9和应变片(图中未示)，来测量平面涡卷弹簧14的衰退变化。将传感器9置于传感器挡板5的凹槽内，传感器9受力点正对平面涡卷弹簧外耳片的耳片传力结构4的侧面，以便获得平面涡卷弹簧输出扭力的信息。应变片粘贴在应变最大处；使用连接线10将传感器9与应变测试仪11相连接，由此完成测量装置的安装。在实验过程保持平面涡卷弹簧的压缩角度基本不变。监控传感器按所加载载荷的变化输出不同大小的信号。传感器进行标定后就可以测量力的大小。应变片通过和传感器建立方程可以转换出所测力的大小。采用多通道应变测试仪(如图3)，同时监控传感器与应变片的输出，用来测量、显示传感器的输出。

3)温度应力施加装置

所述的温度应力施加装置为高温试验箱12,可实现室温至200℃间的温度控制。如图4所示，试验时，初始应力施加装置内装平面涡卷弹簧14，放置在高温试验箱12的托架13中。初始应力施加装置的强度和耐高温设计满足最高应力条件下的加载要求。

如图5所示，一种平面涡卷弹簧加速寿命测试方法，具体步骤如下：

步骤1：将传感器9使用连接线10连接到应变测试仪11的相应通道上，将应变片贴在应变最大处后使用连接线10连接到应变测试仪11的相应通道上。应变测试仪11示意图见图3，本发明中的应变测试仪有50个输入通道，每个通道有四个接线口，传感器9和应变片分别接在通道上，接通电源后，按屏幕上的“设置”按钮进入参数设置界面，根据传感器9和应变片的类型设置好应变测试仪11上对应通道的相关参数包括：通道状态选择“开”，桥路状态根据传感器和应变片的类型选择“1/4桥”、“1/2桥”或“全桥”，K值与电阻根据传感器和应变片的参数进行输入。

步骤2：保持传感器9于不受力状态后，将应变测试仪11归零，静置一旁待用。

步骤3：所述中心轴1的轴身上有内耳安装槽15。将中心轴1穿过平面涡卷弹簧14的最内圈，并将平面涡卷弹簧的内耳固定到中心轴1的内耳安装槽15内。

步骤4：底座3的中心有中心轴安装孔，将固定了平面涡卷弹簧的中心轴1的最细端穿过底座3的中心轴安装孔，调整平面涡卷弹簧，使平面涡卷弹簧的底面与底座3的内平面高度一致；

步骤5：将底座辅助杆7安装在底座3侧面的辅助杆安装孔中；将中心轴辅助杆8安装在中心轴1侧面的辅助杆安装孔中。

步骤6：将传感器9放入传感器挡板5的凹槽中，将安装了传感器9的传感器挡板5安装在底座3圆周上的梯形槽中。传感器9的感应点指向平面涡卷弹簧的外耳方向。

步骤7：将平面涡卷弹簧外耳片安插进耳片传力结构4上的槽内，并使耳片传力结构的平面部分正对步骤6中安装好的传感器9的感应点。

步骤8：两手分别握住底座辅助杆7与中心轴辅助杆8，按模拟弹簧受力方式施加初始应力。

步骤9：转至相应角度后，使用若干销子2穿过中心轴1与底座3的定位孔，用以固定结构。

步骤10：将螺母6安装在中心轴1最细端，将中心轴1稳定固定在底座3上。

步骤11：将底座辅助杆7与中心轴辅助杆8分别从底座3与中心轴1上拆卸下来。

步骤12：将包含平面涡卷弹簧在内的初始应力施加装置放入高温试验箱12的托架13上。

步骤13：关好高温试验箱12的箱门，设置好预定温度并启动。

步骤14：按照加速试验中设计的观测表格中的时间点，对应变测试仪11中的数据进行采集与记录即可。

Claims (2)

1.一种平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统，其特征在于：该系统包括初始应力施加装置、测量装置和温度应力施加装置，具体结构如下：

1)初始应力施加装置

夹具部分由底座、中心轴、力传感器挡板、耳片传力结构和辅助杆组成，中心轴与底座配合的结构类似于卷尺外壳，将平面涡卷弹簧的外耳通过耳片传力结构固定在力传感器挡板上，由辅助杆辅助底座与中心轴转动，使平面涡卷弹簧加载到试验要求的预紧应力所对应位置后由销子固定；力传感器挡板安装在底座中；

2)测量装置

所述的测量装置为力传感器和应变片，来测量平面涡卷弹簧的衰退变化；将力传感器置于力传感器挡板的凹槽内，力传感器受力点正对平面涡卷弹簧外耳片的耳片传力结构，应变片粘贴在应变最大处，使用连接线将力传感器与应变测试仪相连接；

3)温度应力施加装置

所述的温度应力施加装置为高温试验箱,可实现室温至200℃间的温度控制；

试验时，初始应力施加装置内装平面涡卷弹簧，放置在高温环境试验箱中；初始应力施加装置的强度和耐高温设计满足最高应力条件下的加载要求。

2.一种根据权利要求1所述的平面涡卷弹簧加速贮存寿命测试系统的测试方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤1：连接力传感器与应变测试仪，将应变片贴在应变最大处后连接应变测试仪，并设置参数；

步骤2：保持力传感器于不受力状态后，将应变测试仪归零，静置一旁待用；

步骤3：将平面涡卷弹簧固定在中心轴内；

步骤4：固定中心轴与底座，调整平面涡卷弹簧，使平面涡卷弹簧的底面与底座的内平面高度一致；

步骤5：将底座辅助杆及中心轴辅助杆分别安装在底座与中心轴上；

步骤6：将力传感器安装于力传感器挡板中，再将力传感器挡板安装在底座中，力传感器的感应点指向平面涡卷弹簧的外耳方向；

步骤7：将平面涡卷弹簧外耳片安插进耳片传力结构内，并使耳片传力结构的平面部分正对步骤6中安装好的力传感器的感应点；

步骤8：通过底座辅助杆与中心轴辅助杆，按模拟弹簧受力方式施加初始应力；

步骤9：转至相应角度后，使用销子固定中心轴与底座；

步骤10：用螺母将中心轴稳定固定在底座上；

步骤11：将底座辅助杆与中心轴辅助杆拆卸下来；

步骤12：将包含平面涡卷弹簧在内的初始应力施加装置放入高温试验箱内；

步骤13：关好高温试验箱的箱门，设置好预定温度并启动。

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