CN112557212A - 一种弹簧应力松弛试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及试验装置的技术领域，更具体地，涉及一种弹簧应力松弛试验装置。一种弹簧应力松弛试验装置，其中，包括测试仪、恒温箱，所述的测试仪置于恒温箱内；所述的测试仪包括底座、承压杆、隔热盘、力传感器、旋钮、竖直支撑杆；所述的竖直支撑杆竖向固定于底座上，旋钮滑动连接于竖直支撑杆一侧，隔热盘的侧部与竖直支撑杆滑动连接，承压杆与隔热盘固定连接；承压杆的上端连接力传感器，承压杆的下端接触待测试的弹簧，弹簧固定于底座上；力传感器设于旋钮与承压杆之间。本发明将装置放入高低温试验箱内，通过高低温箱的温度调节程序实现不用温度、不同时间下的考核。
Description
技术领域
本发明涉及试验装置的技术领域，更具体地，涉及一种弹簧应力松弛试验装置。
背景技术
某项目中需要用到精密弹簧，此弹簧需要从某些分销商提前购买，但是弹簧经过一段时间贮存后，会出现弹簧在后续的使用的过程中出现应力松弛，影响弹簧的可靠性及使用寿命。弹簧的贮存环境一般是室内，且是密封的环境，其主要是受温度的影响，因此选择高温作为贮存寿命试验条件，进行可靠性寿命评估。
待评估的弹簧的尺寸为20mm长，需要将其压缩至6mm放置到试验温度高达180℃-250℃高温箱内，评估在48或72小时内保持压缩长度不变而所需要的力的变化情况。
根据弹簧的尺寸小、试验温度高，因此需要设计一套特殊试验装置，同时为保证测试过程中试验数据的准确性，需要对工装进行仿真计算，利用计算值对装置进行修正；以此来评估弹簧随着试验时间变化，其压缩所需要力的变化情况，以此来评估弹簧的贮存寿命。
与本试验装置相似的有申请号为“CN201520004604.3-一种螺旋弹簧应力松弛加速试验装置”的发明，是将压缩装置、加热和温控装置、数据采集仪都集中在压缩装置的上压板、下压板之间的简易装置，可实现螺旋压缩弹簧在一定温度下应力松弛连续测量。
申请号为“CN201520004604.3-一种螺旋弹簧应力松弛加速试验装置”设计中，主要缺陷有以下几个方面：
1)热均匀性：由于弹簧的一个端面与加热炉接触，另一个端面与金属下压板相连，由于装置整体是金属材质，弹簧的上端面加热使弹簧处于热态，下端面与金属下压板相连处于冷态，二者之间的温度会有不同，实际的高温加速会有一定的误差。
2)测量值的漂移问题：现有装置说明其可进行到200℃条件下的测量，但是重力传感器与加热炉之间未有隔热装置，这种力传感器里面的核心器件是压力芯片，通常把压力芯片看做是一个桥路电阻，在温度变化的时候会引起桥阻阻值的变化，这样造成输出的不准确，影响测量结果。
3)导力组件重量问题：不同的弹簧所承受的压力是不同的，如果导力组件自身重量较重，在弹簧压缩试验过程中，随着弹簧弹力变小会有弹簧松弛后变形的风险。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，提供一种弹簧应力松弛试验装置，是可将这种小规格弹簧进行压缩试验的装置。
本发明的技术方案是：一种弹簧应力松弛试验装置，其中，包括测试仪、恒温箱，所述的测试仪置于恒温箱内；
所述的测试仪包括底座、承压杆、隔热盘、力传感器、旋钮、竖直支撑杆；
所述的竖直支撑杆竖向固定于底座上，旋钮滑动连接于竖直支撑杆一侧，隔热盘的侧部与竖直支撑杆滑动连接，承压杆与隔热盘固定连接；承压杆的上端连接力传感器，承压杆的下端接触待测试的弹簧，弹簧固定于底座上；力传感器设于旋钮与承压杆之间。
进一步的，所述的力传感器上部设有转接盘，转接盘位于旋钮与力传感器之间。
进一步的，所述的竖直支撑杆上连接有旋钮连接件，所述的旋钮包括旋钮主体、固定于旋钮主体底部的旋钮杆，旋钮杆穿过旋钮连接件且旋钮杆的底部接触转接盘。
进一步的，所述的底座上设有底座凹槽，底座凹槽上固定待测试的弹簧。
进一步的，所述的竖直支撑杆的底部一侧设有刻度尺。
进一步的，所述的承压杆的底部一侧设有刻度指示件，刻度指示件指向刻度尺。
进一步的，所述的隔热盘为圆形，承压杆与隔热盘的中心固定连接。
进一步的，所述的力传感器为热敏感的元件。
进一步的，所述的恒温箱内还设有支座，支座承托测试仪。
进一步的，所述的隔热盘设于恒温箱的开口处上方。
与现有技术相比，有益效果是：本发明将装置放入高低温试验箱内，通过高低温箱的温度调节程序实现不用温度、不同时间下的考核。本装置中增加了隔热盘，可实现对要求的环境温度进行隔热处理，使力传感器不会受到温度导致的测试数值漂移的影响。本装置中的导力组件(导力组件包括承压杆、力传感器、转接盘)选择轻量级材质，充分考虑了弹簧压缩后弹力变小后的影响，避免导致弹簧变形，进而导致测试数据异常的风险。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明弹簧松弛测试仪结构示意图。
图3是本发明弹簧安装示意图。
图4是本发明承压杆轴向冷热交替形变及对测试的影响分析图。
图5是本发明承压杆径向冷热交替形变及对测试的影响分析图。
图6是本发明转接盘轴向冷热交替形变及对测试的影响分析图。
图7是本发明转接盘径向冷热交替形变及对测试的影响分析图。
图8是本发明旋钮轴向冷热交替形变及对测试的影响分析图。
图9是本发明旋钮径向冷热交替形变及对测试的影响分析图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-3所示，一种弹簧应力松弛试验装置，其中，包括测试仪1、恒温箱2，测试仪1置于恒温箱2内；
测试仪1包括底座4、承压杆6、隔热盘7、力传感器8、旋钮10、竖直支撑杆11；
竖直支撑杆11竖向固定于底座4上，旋钮10滑动连接于竖直支撑杆11一侧，隔热盘7的侧部与竖直支撑杆11滑动连接，承压杆6与隔热盘7固定连接；承压杆6的上端连接力传感器8，承压杆6的下端接触待测试的弹簧5，弹簧5固定于底座4上；力传感器8设于旋钮10与承压杆6之间。
具体的，力传感器8上部设有转接盘9，转接盘9位于旋钮10与力传感器8之间。
本实施例中，测试仪1为弹簧松弛测试仪，其中，竖直支撑杆11起到弹簧松弛测试仪的支撑作用。旋钮10可以旋转，可以将待测试的弹簧5压缩。
转接盘9是旋钮10和力传感器8的连接装置，通过转接盘9，可以使施加的力均匀的转移到力传感器8上。
隔热盘7是起到隔热作用。试验过程中，阻断恒温箱2中的热量传递到传感器上(力传感器8是热敏感的元件)。
承压杆6将施加的力传递到弹簧5上，承压杆6是特殊材质，保证足够轻量化。
进一步的，竖直支撑杆11上连接有旋钮连接件13，旋钮10包括旋钮主体101、固定于旋钮主体101底部的旋钮杆102，旋钮杆102穿过旋钮连接件13且旋钮杆102的底部接触转接盘9。
本实施例中，旋钮连接件13的左侧连接竖直支撑杆11，旋钮连接件13右侧连接旋钮杆102，通过手部作用于旋钮主体101，可使旋钮杆102下压接触转接盘9。
进一步的，底座4上设有底座凹槽41，底座凹槽41上固定待测试的弹簧5。通过设置底座凹槽41，可使弹簧5比较稳定的置于底座4上。
进一步的，竖直支撑杆11的底部一侧设有刻度尺12。承压杆6的底部一侧设有刻度指示件14，刻度指示件14指向刻度尺12。弹簧5压缩的位移，通过刻度尺12，可确定弹簧5被压缩的位移。
进一步的，隔热盘7为圆形，承压杆6与隔热盘7的中心固定连接。承压杆6位于隔热盘7中心可使受力更加的均匀。
进一步的，恒温箱2内还设有支座3，支座3承托测试仪1。隔热盘7设于恒温箱2的开口处上方。
支座3可承托测试仪1，隔热盘7阻断恒温箱2中的热量传递到传感器上(力传感器8是热敏感的元件)。
本装置具有弹簧应力变化采集功能，可实现弹簧应力在试验过程中随着时间改变所施加力的变化的采集。
弹簧5压力减小的趋势，需要一个合适量程及精度的传感器，根据弹簧常温下压缩至6mm所需要应力为6.5N，因此需要一个量程20N，精度为1‰的力传感器8。
满足定期监测弹簧压缩应力的变化，因此需要一个数据采集仪，由于试验时间很长，至少为48h，选择一个采集频率为10HZ的数采即可。
试验装置中的导力组件(导力组件包括承压杆6、力传感器8、转接盘9)的重量应远小于弹簧5压缩后的弹力，避免自重大于弹簧5压缩后的弹力，以免在弹簧5松弛后引起弹簧变形。
表2-1试验装置BOM
为考核试验温度对装置施加力的特性，需要对该装置中与温箱直接或间接接触部件进行仿真计算，评估其热特性。装置本身冷热交替形变及对测试的影响分析：
如图4、5所示，图中8℃温升，初始条件22℃。如图6、7所示，图中8℃温升，初始条件22℃。如图8、9所示，图中8℃温升，初始条件22℃。
各零部件热变形如下表(轴向即试验台竖直方向热变形对试验影响大，不考虑初始温升，仅考虑试验稳定后不确定因素导致的温度波动，温度波动设定为8℃)。
| 零部件名称 | 热变形(mm) |
| 承压杆 | 0.0290 |
| 转接盘 | 0.0001 |
| 旋钮 | 0.0004 |
| 竖直支撑杆 | 0.0331 |
上述几种重要零部件在试验过程中受温度波动导致热变形会造成力的读数波动，从而引起测量误差，理论上，热变形和温度变化大致呈线性关系。其中，当温度上升时，竖直支撑杆伸长导致夹持弹簧的空间增加，进而使力的读数减少，而承压杆、转接盘和旋钮则相反，根据上表数据，可推算温度波动导致的弹簧变形控制误差约为：0.0005mm/℃。实际试验过程中，根据施加的温度以及控制误差的大小，对测试装置进行调节。
通过本装置的设计，使得小规格的这种弹簧实现了压缩形变的寿命评估得以进行，测试的数据可以实现连续监测，测试的数据有更好的准确性。同时，该方案可延伸到大的直簧的贮存寿命评估。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于，包括测试仪(1)、恒温箱(2)，所述的测试仪(1)置于恒温箱(2)内；
所述的测试仪(1)包括底座(4)、承压杆(6)、隔热盘(7)、力传感器(8)、旋钮(10)、竖直支撑杆(11)；
所述的竖直支撑杆(11)竖向固定于底座(4)上，旋钮(10)滑动连接于竖直支撑杆(11)一侧，隔热盘(7)的侧部与竖直支撑杆(11)滑动连接，承压杆(6)与隔热盘(7)固定连接；承压杆(6)的上端连接力传感器(8)，承压杆(6)的下端接触待测试的弹簧，弹簧固定于底座(4)上；力传感器(8)设于旋钮(10)与承压杆(6)之间。
2.根据权利要求1所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的力传感器(8)上部设有转接盘(9)，转接盘(9)位于旋钮(10)与力传感器(8)之间。
3.根据权利要求2所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的竖直支撑杆(11)上连接有旋钮连接件(13)，所述的旋钮(10)包括旋钮主体(101)、固定于旋钮主体(101)底部的旋钮杆(102)，旋钮杆(102)穿过旋钮连接件(13)且旋钮杆(102)的底部接触转接盘(9)。
4.根据权利要求3所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的底座(4)上设有底座凹槽(41)，底座凹槽(41)上固定待测试的弹簧。
5.根据权利要求4所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的竖直支撑杆(11)的底部一侧设有刻度尺(12)。
6.根据权利要求5所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的承压杆(6)的底部一侧设有刻度指示件(14)，刻度指示件(14)指向刻度尺(12)。
7.根据权利要求1所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的隔热盘(7)为圆形，承压杆(6)与隔热盘(7)的中心固定连接。
8.根据权利要求1至7任一所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的力传感器(8)为热敏感的元件。
9.根据权利要求1至7任一所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的恒温箱(2)内还设有支座(3)，支座(3)承托测试仪(1)。
10.根据权利要求1至7任一所述的一种弹簧应力松弛试验装置，其特征在于：所述的隔热盘(7)设于恒温箱(2)的开口处上方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210326 |