CN113375882A - 一种弹簧测量装置及测量弹簧载荷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弹簧测试设备领域，具体而言，涉及一种弹簧测量装置及测量弹簧载荷的方法。一种弹簧测量装置，弹簧测量装置包括装夹组件、测量组件以及加载组件；装夹组件包括机架、底板、盖板、活塞以及垫板；底板及盖板均与机架连接，且底板与盖板沿竖直方向间隔设置；活塞沿竖直方向与底板及盖板可滑动地连接；垫板位于底板与盖板之间，且垫板沿竖直方向与活塞可滑动地连接；加载组件用于驱动活塞沿竖直方向运动，以通过限位凸台驱动垫板将第一被测弹簧压缩至第一预设长度；同时通过限位凸台将第二被测弹簧压缩至第二预设长度；该弹簧测量装置能够提高测试的效率，还能够提高测量的精度。

Description

一种弹簧测量装置及测量弹簧载荷的方法

技术领域

本发明涉及弹簧测试设备领域，具体而言，涉及一种弹簧测量装置及测量弹簧载荷的方法。

背景技术

在自然环境中或高温条件下对弹簧开展应力松弛试验研究，将有助于改进弹簧的设计方案与制造工艺，有助于提高弹簧的性能。

在进行应力松弛试验过程中，需要通过测量设备测量弹簧压缩到要求长度时的载荷，但常用的测量设备存在以下缺陷：测试的步骤复杂、测试的效率低、测量的精度较低以及测量设备的制造成本高。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种弹簧测量装置及测量弹簧载荷的方法，其能够简化弹簧的测试步骤，提高测试的效率，还能够提高测量的精度，并降低设备的制造成本。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种弹簧测量装置，包括装夹组件以及测量组件；装夹组件包括机架、底板、盖板、活塞以及垫板；底板及盖板均与机架固定连接，且底板与盖板沿竖直方向间隔设置；活塞沿竖直方向与底板及盖板可滑动地连接；垫板位于底板与盖板之间，且垫板沿竖直方向与活塞可滑动地连接；

底板和垫板用于与套设于活塞的第一被测弹簧的两端抵接，盖板用于与套设于活塞的第二被测弹簧的上端抵接；活塞设置有限位凸台，限位凸台位于垫板与盖板之间，且限位凸台用于与第二被测弹簧的下端抵接；

活塞用于在外力的作用下沿竖直方向运动，以通过限位凸台驱动垫板将第一被测弹簧压缩至第一预设长度；同时，活塞还通过限位凸台将第二被测弹簧压缩至第二预设长度；

测量组件用于在第一被测弹簧及第二被测弹簧被压缩时，测量驱动活塞运动的力。

在可选的实施方式中，装夹组件还包括限位套筒，限位套筒位于垫板及盖板之间，且限位套筒与盖板间隔设置，限位套筒套设于第二被测弹簧及限位凸台。

在可选的实施方式中，活塞设置有限位部，限位部位于活塞靠近底板的一端，且限位部用于与底板抵接，以限制活塞沿竖直方向向下的运动；

当底板与限位部接触时，沿竖直方向，限位部与垫板之间的距离与第一预设长度一致。

在可选的实施方式中，装夹组件还包括加载物，测量组件包括支座和第一缓冲件；

加载物与活塞的下端连接，活塞在加载物的重力作用下沿竖直方向向下运动，以将第一被测弹簧压缩至第一预设长度；第一缓冲件与支座连接，且位于活塞的下端，第一缓冲件用于与活塞接触。

在可选的实施方式中，测量组件还包括第一压力传感器；第一压力传感器位于第一缓冲件用于与活塞接触的一端，且第一压力传感器用于第一缓冲件驱动活塞沿竖直方向向上运动时，测量第一缓冲件施加至活塞的力。

在可选的实施方式中，测量组件还包括导向杆；导向杆的两端分别设置有承力盘和导向柱；支座环设于导向柱，且可上下滑动；第一缓冲件环设于导向柱，且其下端与支座抵触，其上端与承力盘抵触；第一压力传感器设置在承力盘上端；

活塞、导向杆、支座及加载物设置在同一铅垂线上。

在可选的实施方式中，弹簧测量装置还包括加载组件；加载组件包括提拉动力部；提拉动力部与活塞的上端连接；提拉动力部用于驱动活塞沿竖直方向向上运动。

在可选的实施方式中，加载组件还包括第二缓冲件；第二缓冲件位于提拉动力部与活塞上端的连接处，第二缓冲件用于将提拉动力部的提拉力传递至活塞；

活塞、第二缓冲件及提拉动力部设置在同一铅垂线上。

在可选的实施方式中，测量组件还包括第二压力传感器；第二压力传感器位于第二缓冲件与活塞的连接处，且第二压力传感器用于在活塞沿竖直方向向上运动时，测量第二缓冲件施加至活塞的力。

第二方面，本发明提供一种测量弹簧载荷的方法，应用于上述的弹簧测量装置，测量弹簧载荷的方法包括：

控制提拉动力部驱动活塞沿竖直方向上升，直至限位套筒与盖板抵接后，继续驱动活塞上升直至限位凸台离开垫板，记录提拉动力部的位移和第二压力传感器测得的拉力；依据第二压力传感器测得的拉力与提拉动力部的位移生成拉力-位移曲线；

或，控制支座上升，通过第一缓冲件、导向杆、承力盘及加载物驱动活塞沿竖直方向上升，直至限位套筒与盖板抵接后，继续驱动活塞上升直至限位凸台离开垫板，记录支座的位移和第一压力传感器测得的压力；依据第一压力传感器测得的压力与支座的位移生成压力-位移曲线；

读出曲线转折点处对应的压力，总共有三个转折点，依次为：活塞上的限位部与底板脱离时对应的转折点的力记为F₀₁，限位套筒与盖板接触时对应的转折点的力记为F₀₂，限位凸台与垫板脱离时对应的转折点的力记为F₀₃；

按下述公式计算第一被测弹簧压缩至第一预设长度时承受的载荷P₁：

P₁＝F₀₃-F₀₁-k₂Δ+δ₂+δ₃；

按下述公式计算第二被测弹簧压缩至第二预设长度时承受的载荷P₂：

P₂＝F₀₃-k₂Δ-δ₁-W；

其中，W为加载物的重量，k₂为第二被测弹簧的刚度系数，Δ为限位套筒与盖板之间的距离，δ₁为活塞的重量，δ₂为垫板的重量，δ₃为限位套筒的重量。

本发明实施例的有益效果包括：

该弹簧测量装置包括装夹组件以及测量组件；其中，底板与垫板用于与套设于活塞的第一被测弹簧的两端抵接，盖板用于与套设于活塞的第二被测弹簧的上端抵接；活塞设置有限位凸台，限位凸台位于垫板与盖板之间，且限位凸台用于与第二被测弹簧的下端抵接；由此，当加载物驱动活塞沿竖直方向运动时，便可通过限位凸台驱动垫板将第一被测弹簧压缩至第一预设长度；同时通过限位凸台将第二被测弹簧压缩至第二预设长度；

由此，在第一被测弹簧被压缩至第一预设长度时，以及第二被测弹簧被压缩至第二预设长度时，测量组件可测量驱动活塞运动所需要的外力，进而通过实时测量活塞承受的外力的方式，能够得到第一被测弹簧压缩至第一预设长度时所受的载荷及第二被测弹簧被压缩至第二预设长度时所受到的载荷。这样的测量方式，不仅能够对两个弹簧进行同时测量，提高测量的效率，而且在测量的过程中借助于活塞的运动适当改变了弹簧的压缩量，使得实时测量得到的活塞受到的外力值与弹簧的压缩量有一一对应的关系，即得到了弹簧在多个压缩量时的载荷，从而提高了测量的准确性。

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簧测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一缓冲件的结构示意图；

图3为本发明实施例中的F-X曲线图；

图4为本发明其他实施例中的F-X曲线图。

图标：100-弹簧测量装置；110-装夹组件；120-测量组件；130-加载组件；111-支座；112-底板；113-盖板；114-活塞；115-垫板；10-第一被测弹簧；20-第二被测弹簧；116-限位凸台；117-限位套筒；119-限位部；131-加载物；132-第一缓冲件；121-第一压力传感器；133-提拉动力部；134-第二缓冲件；122-第二压力传感器；123-导向杆；124-承力盘；125-导向柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1及图2，图1及图2示出了本发明实施例中弹簧测量装置的结构，本实施例提供了一种弹簧测量装置100，包括装夹组件110以及测量组件120；装夹组件110包括机架、底板112、盖板113、活塞114以及垫板115；底板112及盖板113均与机架固定连接，且底板112与盖板113沿竖直方向间隔设置；活塞114沿竖直方向与底板112及盖板113可滑动地连接；垫板115位于底板112与盖板113之间，且垫板115沿竖直方向与活塞114可滑动地连接；

底板112和垫板115用于与套设于活塞114的第一被测弹簧10的两端抵接，盖板113用于与套设于活塞114的第二被测弹簧20的上端抵接；活塞114设置有限位凸台116，限位凸台116位于垫板115与盖板113之间，且限位凸台116用于与第二被测弹簧20的下端抵接；

活塞114用于在外力的作用下沿竖直方向运动，以通过限位凸台116驱动垫板115将第一被测弹簧10压缩至第一预设长度；同时，通过限位凸台116将第二被测弹簧20压缩至第二预设长度；

测量组件120用于在第一被测弹簧10及第二被测弹簧20被压缩时，测量驱动活塞114运动的力。

进一步地，需要说明的是，在本实施例中，为驱动活塞114沿竖直方向向下运动，以通过限位凸台116驱动垫板115将第一被测弹簧10压缩至第一预设长度，采用的是，装夹组件110还包括加载物131，测量组件120包括支座111和第一缓冲件132；

其中，加载物131与活塞114的下端连接，活塞114在加载物131的重力作用下沿竖直方向向下运动，以将第一被测弹簧10压缩至第一预设长度。而且，第一缓冲件132与支座111连接，且位于活塞114的下端，第一缓冲件132用于与活塞114接触。测量组件120还包括第一压力传感器121；第一压力传感器121位于第一缓冲件132用于与活塞114接触的一端，且第一压力传感器121用于在第一缓冲件132驱动活塞114沿竖直方向向上运动时，测量第一缓冲件132施加至活塞114的外力。另外，测量组件120还包括导向杆123及支座111；导向杆123的两端分别设置有承力盘124和导向柱125；支座111环设于导向柱125，且可上下滑动；第一缓冲件132环设于导向柱125，且其下端与支座111抵触，其上端与承力盘124抵触；第一压力传感器121设置在承力盘124上端；活塞114、导向杆123、支座111及加载物131设置在同一铅垂线上。

同理，活塞114通过限位凸台116将第二被测弹簧20压缩至第二预设长度；弹簧测量装置100还包括加载组件130，加载组件130包括提拉动力部133及第二缓冲件134；提拉动力部133与活塞114的上端连接；提拉动力部133用于驱动活塞114沿竖直方向向上运动。第二缓冲件134位于提拉动力部133与活塞114上端的连接处，第二缓冲件134用于将提拉动力部133的提拉力传递至活塞114。活塞114、第二缓冲件134、提拉动力部133及加载物131设置在同一铅垂线上。

测量组件120还包括第二压力传感器122；第二压力传感器122位于第二缓冲件134与活塞114的连接处，且第二压力传感器122用于在活塞114沿竖直方向向上运动时，测量第二缓冲件134施加至活塞114的力；需要说明的是，第一缓冲件132及第二缓冲件134均为缓冲弹簧，且缓冲弹簧的弹性系数是第二被测弹簧20的弹性系数的1.5-2倍。

综上，该弹簧测量装置100的工作原理如下：

该弹簧测量装置100包括装夹组件110、测量组件120以及加载组件130；其中，底板112与垫板115用于与套设于活塞114的第一被测弹簧10的两端抵接，盖板113用于与套设于活塞114的第二被测弹簧20的上端抵接；活塞114设置有限位凸台116，限位凸台116位于垫板115与盖板113之间，且限位凸台116用于与第二被测弹簧20的下端抵接；由此，当加载物131驱动活塞114沿竖直方向向下运动时，便可通过限位凸台116驱动垫板115将第一被测弹簧10压缩至第一预设长度；同时活塞114通过限位凸台116将第二被测弹簧20压缩至第二预设长度；

由此，在装夹完成后，第一被测弹簧10被压缩至第一预设长度时，第二被测弹簧20被压缩至第二预设长度，测量组件120可测量活塞114承受的力，进而通过测量活塞114承受的力的方式，能够得到第一被测弹簧10及第二被测弹簧20被压缩时所受到的载荷，进而提高测量的效率。

进一步地，在本实施例中，在压缩第一被测弹簧10及第二被测弹簧20的过程中，为在第一被测弹簧10压缩至第一预设长度及第二被测弹簧20压缩至第二预设长度时，限制活塞114的运动，以避免活塞114继续压缩第一被测弹簧10及第二被测弹簧20；故，活塞114设置有限位部119，限位部119位于活塞114靠近底板112的一端，且限位部119用于与底板112抵接，以限制活塞114沿竖直方向向下的运动；当底板112与限位部119接触时，沿竖直方向，限位部119与垫板115之间的距离与第一预设长度一致；由此，由于限位部119与垫板115之间的距离与第一预设长度一致，故当活塞114沿竖直方向向下运动至限位部119与底板112抵接的位置时，活塞114沿竖直方向向下的运动被限制，且此时第一被测弹簧10压缩至第一预设长度。

与上述内容相反，在压缩第二被测弹簧20的过程中，为了避免第一被测弹簧10推动活塞114继续压缩第二被测弹簧20；故，装夹组件110还包括限位套筒117，限位套筒117位于垫板115及盖板113之间，且限位套筒117与盖板113间隔设置，限位套筒117套设于第二被测弹簧20及限位凸台116。

当活塞114沿竖直方向向上运动，并带限位凸台116压缩第二被测弹簧20时，垫板115在第一被测弹簧10的作用下向上运动并与限位凸台116保持抵接的状态，而且垫板115向上运动会驱动限位套筒117向上运动，当限位套筒117向上运动至与盖板113抵接的位置时，此时，限位凸台116与垫板115之间便可分离，此后，活塞114可继续向上运动。

进一步地，在本发明的其他实施例中，为驱动活塞114沿竖直方向向上运动，以通过限位凸台116压缩第二被测弹簧20；故，支座111沿竖直方向可滑动地设置，且支座111用于驱动活塞114沿竖直方向向上运动。

基于上述的弹簧测量装置100，本发明提供一种测量弹簧载荷的方法，该测量弹簧载荷的方法采用上述的弹簧测量装置100对第一被测弹簧10及第二被测弹簧20进行测量，测量弹簧载荷的方法包括以下步骤：

控制提拉动力部133驱动活塞114沿竖直方向上升，直至限位部119离开底板112；继续驱动活塞114上升，直至限位套筒117与盖板113抵接后；继续驱动活塞114上升直至限位凸台116离开垫板115，记录提拉动力部133的位移和第二压力传感器122测得的拉力；依据第二压力传感器122测得的拉力与提拉动力部133的位移生成拉力-位移曲线；

或，控制支座111上升，通过第一缓冲件132、导向杆123、承力盘124及加载物131驱动活塞114沿竖直方向上升，直至限位部119离开底板112；继续驱动活塞114上升，直至限位套筒117与盖板113抵接后；继续驱动活塞114上升直至限位凸台116离开垫板115，记录支座111的位移和第一压力传感器测得的压力；依据第一压力传感器测得的压力与支座111的位移生成压力-位移曲线；

读出压力-位移曲线转折点处对应的压力，总共有三个转折点，依次为：活塞114上的限位部119与底板112脱离时对应的转折点的力记为F₀₁，限位套筒117与盖板113接触时对应的转折点的力记为F₀₂，限位凸台116与垫板115脱离时对应的转折点的力记为F₀₃；

按下述公式计算第一被测弹簧10压缩至第一预设长度时承受的载荷P₁：

P₁＝F₀₃-F₀₁-k₂Δ+δ₂+δ₃；

按下述公式计算第二被测弹簧20压缩至第二预设长度时承受的载荷P_B：

P₂＝F₀₃-k₂Δ-δ₁-W；

其中，W为加载物131的重量，k₂为第二被测弹簧20的刚度系数，Δ为限位套筒117与盖板113之间的距离，δ₁为活塞114的重量，δ₂为垫板115的重量，δ₃为限位套筒117的重量。

进一步地，提拉动力部133上升的距离L为：

其中P_2max为第二被测弹簧20的最大载荷，l为限位凸台116离开垫板115的距离，k为缓冲弹簧的弹性系数。

综上，基于上述的弹簧测量装置100，本发明提供一种测量弹簧载荷的方法的具体步骤如下：

将所述第一被测弹簧10置于底板112上，装上垫板115和活塞114后，再装上第二被测弹簧20、限位套筒117及盖板113，将底板112和盖板113固定在机架上后，最后施加加载物131，此时，活塞114的限位部119与底板112接触，第一被测弹簧10压缩到第一预设长度，第二被测弹簧20压缩到第二预设长度；

让提拉动力部133上升牵引第二缓冲件134上升，随着提拉动力部133的上升，第二缓冲件134承受的拉力逐渐增大，第二压力传感器122的承受的压力也逐渐增加，直到第二缓冲件134的拉力达到F₀₁，活塞114与底板112之间的作用力降低到0为止。在这个阶段中，活塞114上的力F是通过第二缓冲件134传递的，该力与提拉动力部133的位移X成正比，比例系数是缓冲弹簧的弹性系数k，即：

F＝kX F<F₀₁；

当活塞114与底板112之间的作用力降低到0时，则有：

F₀₁+P₁＝P₂+W+δ₁+δ₂+δ₃ F＝F₀₁；

W为加载物131的重量，P₁为第一被测弹簧10承受的载荷，P₂为第二被测弹簧20的载荷，δ₁为活塞114的重量，δ₂为垫板115的重量，δ₃为限位套筒117的重量。

随着提拉动力部133继续上升，活塞114与底板112脱离，第二缓冲件134的拉力(进一步增大，第一被测弹簧10所承受的力减小，第二被测弹簧20所承受的力增大，直至限位套筒117接触到盖板113为止，此时第二压力传感器122输出力的增加量等于第一被测弹簧10承受载荷的减小量与第二被测弹簧20承受载荷的增加量之和，即在F₀₁<F<F₀₂时有：

F+P₁-k₁Y＝P₂+k₂Y+W+δ₁+δ₂+δ₃ F₀₁<F<F₀₂；

同时，第二缓冲件134的拉力也可以表示为：

F＝k(X-Y)F₀₁<F<F₀₂；

其中，k₁为第一被测弹簧10的刚度系数，k₂为第二被测弹簧20的刚度系数，Y为活塞114的位移。求解得到：

由于

所以第二缓冲上的拉力F₀₁<F<F₀₂后，F-X曲线的斜率降低，在F＝F₀₁处出现转折点。

当限位套筒117接触到盖板113后，随着提拉动力部133继续上升，在活塞114离开垫板115之前有：

F＝k(X-Δ)，F₀₂<F<F₀₃；

其中，Δ为限位套筒117与盖板113之间的距离。显然，F₀₂<F<F₀₃后，F-X曲线的斜率增大，在F＝F₀₂处出现转折点。

随着提拉动力部133继续上升，在活塞114离开垫板115之后有：

F＝P₂+k₂Y+W+δ₁ F>F₀₃；

F＝k(X-Y) F>F₀₃；

求解得到：

由于

可见，F>F₀₃后，F-X曲线的斜率再次降低，在F＝F₀₃处出现转折点。

根据F-X曲线转折点处第二压力传感器122的输出力F₀₁、F₀₂、F₀₃求出P₁和P₂：

待测第一被测弹簧10压缩至第一预设长度时承受的载荷P₁：

P₁＝F₀₃-F₀₁-k₂Δ+δ₂+δ₃；

待测第二被测弹簧20压缩至第二预设长度时承受的载荷P_B：

P₂＝F₀₃-k₂Δ-δ₁-W；

第二被测弹簧20的刚度系数k₂可视为常数，可在试验前测定；Δ为限位套筒117与盖板113之间的距离，也可在试验前测定，此外，δ₁、δ₂、δ₃以及W均可在试验前测量。

特别地，可以对：

F＝kX F<F₀₁；

F＝k(X-Δ)F₀₂<F<F₀₃；

四段直线进行拟合，通过求解相邻两条直线的交点，计算出输出力F₀₁、F₀₂、F₀₃，从而可以得到弹簧的载荷P₁和P₂。

特别地，当难于测量限位套筒117与盖板113之间的距离Δ时，也可以通过测量第一被测弹簧10的刚度系数k₁，则有：

特别地，为了确保测量的F-X曲线上出现第三个转折点，在限位凸台116离开垫板115后，让活塞114继续上升一段距离l，则提拉动力部133上升的距离L为：

其中P_2max为第二被测弹簧20的最大载荷，l为限位凸台116离开垫板115的距离。

特别地，取l＝1mm。

特别地，为了保障测量的可靠性，选择第二压力传感器122量程R和加载物131时，应当保障：

由于F₀₁＝P₂-P₁+W+δ₁+δ₂+δ₃，F₀₃＝P₂+k₂Δ+δ₁+W，其中δ₁、δ₂、δ₃都可以称量，是已知的，P₁、P₂和k₂Δ都可以预估，因此通过选择第二压力传感器122量程R和调整加载物131，可以使

这两个关系式得到满足。

由此，基于上述的弹簧测量装置100，本测量弹簧载荷的方法可以同时测量两个弹簧的载荷，提高了测量效率；由于第一被测弹簧10的载荷与第二被测弹簧20的载荷作用方向相反，可以部分抵消，有利于减轻加载物131的重量，有利于弹簧测量装置100的轻量化，便于对载荷较大的弹簧进行测量。

具体的，基于上述内容，在本实施例中，在该第一被测弹簧10与第二被测弹簧20相同，均为圆柱螺旋压缩弹簧时，压缩到17.3mm时的载荷为67±12.8N，由此计算出弹性系数设计值为6N/mm。选用的活塞114重2.2N，垫板115重0.4N，限位套筒117中2.4N，重物的重量为47.6N，缓冲弹簧的弹性系数为9.2N/mm。

将第一被测弹簧10置于固定的底板112上方，加上垫板115后，放置活塞114，悬挂加载物131。再将第二被测弹簧20放置在限位凸台116上方，套上限位套筒117，盖上盖板113并固定，同时让盖板113与限位套筒117之间保持间隙Δ约为1mm。

最后连接第二压力传感器122、第二缓冲件134及提拉动力部133。

固定盖板113和连接提拉动力部133时，要确保加载物131、活塞114、第一被测弹簧10、第二被测弹簧20、第二缓冲件134位于同一竖直轴线上。

为了确保测量得到的F-X曲线中出现第三个转折点，让活塞114的限位部119离开底板112后再上升1mm，则计算得到提拉动力部133的上升距离为：

可见，让提拉动力部133逐渐上升15.8mm，同时记录提拉动力部133的位移X和第二压力传感器122的输出力F，即可得到F-X曲线(如图3所示)，但由于第二压力传感器122与第二缓冲件134之间并非刚性连接，存在较大的间隙，所以提拉动力部133的实际提升距离大于15.8mm，需要根据具体情况适当调整，本实施例中提拉动力部133的上升距离达到了30mm。

该实施例中出现了第五阶段的F-X曲线，这是第二被测弹簧20被压缩并紧后，第二缓冲件134伸长形成的。对前面四段直线拟合得到：

第一阶段：F＝-43.181+8.690X；

第二阶段：F＝6.744+3.770X；

第三阶段：F＝-26.032+6.382X；

第四阶段：F＝33.1+3.363X；

联合第一、第二阶段的拟合方程求解，得到F₀₁＝45.0N；

联合第二、第三阶段的拟合方程求解，得到F₀₂＝54.1N；

联合第三、第四阶段的拟合方程求解，得到F₀₃＝99.0N；

由此计算得到P₁＝52.25N，P₂＝44.65N，即第一被测弹簧10压缩至第一预设长度时承受的载荷为52.3N，第二被测弹簧20压缩至第二预设长度时承受的载荷为44.7N。

而在本发明的其他实施例中，在第一被测弹簧10、第二被测弹簧20均为圆柱螺旋压缩弹簧时，第一被测弹簧10的弹性系数设计值为4.7N/mm，第二被测弹簧20的弹性系数设计值为4.4N/mm，第二被测弹簧20的最大载荷为130N。选用的活塞114重21.7N，垫板115重0.9N，限位套筒117中1.7N，加载物131的重量为31.8N，缓冲弹簧的弹性系数为9.2N/mm。

将第一被测弹簧10置于固定的底板112上方，加上垫板115后，放置活塞114，悬挂加载物131。再将第二被测弹簧20放置在限位凸台116上方，套上限位套筒117，盖上盖板113并固定，同时让盖板113与限位套筒117之间保持间隙Δ约为1mm。

最后连接第一压力传感器121、第一缓冲件132及支座111。

固定盖板113和连接提拉动力部133时，要确保加载物131、活塞114、第一被测弹簧10、第二被测弹簧20、第一缓冲件132及支座111位于同一竖直轴线上。

为了确保测量得到的F-X曲线中出现第三个转折点，让活塞114的限位部119离开底板112后再上升1mm，则计算得到支座111的上升距离为：

可见，让支座111逐渐上升25mm，同时记录支座111的位移X和第一压力传感器121的输出力F，即可得到F-X曲线(如图4所示)。

第一阶段：F＝3.422+10.555X；

第二阶段：F＝22.478+4.206X；

第三阶段：F＝7.066+6.416X；

第四阶段：F＝91.702+2.417X；

联合第一、第二阶段的拟合方程求解，得到F₀₁＝35.1N；

联合第二、第三阶段的拟合方程求解，得到F₀₂＝51.8N；

联合第三、第四阶段的拟合方程求解，得到F₀₃＝142.9N；

由F₀₂-F₀₁＝(k₁+k₂)Δ，解得Δ＝1.8mm，由此进一步求解得到：

P₁＝F₀₃-F₀₁-k₂Δ+δ₂+δ₃＝102.3N；

待测第二被测弹簧20压缩至第二预设长度时承受的载荷P₂：

P₂＝F₀₃-k₂Δ-δ₁-W＝81.3N；

以上，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，可轻易想到的变化或替换，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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种弹簧测量装置，其特征在于：

所述弹簧测量装置(100)包括装夹组件(110)以及测量组件(120)；所述装夹组件(110)包括机架、底板(112)、盖板(113)、活塞(114)以及垫板(115)；所述底板(112)及所述盖板(113)均与所述机架固定连接，且所述底板(112)与所述盖板(113)沿竖直方向间隔设置；所述活塞(114)沿竖直方向与所述底板(112)及所述盖板(113)可滑动地连接；所述垫板(115)位于所述底板(112)与所述盖板(113)之间，且所述垫板(115)沿竖直方向与所述活塞(114)可滑动地连接；

所述底板(112)和所述垫板(115)用于与套设于所述活塞(114)的第一被测弹簧(10)的两端抵接，所述盖板(113)用于与套设于所述活塞(114)的第二被测弹簧(20)的上端抵接；所述活塞(114)设置有限位凸台(116)，所述限位凸台(116)位于所述垫板(115)与所述盖板(113)之间，且所述限位凸台(116)用于与第二被测弹簧(20)的下端抵接；

所述活塞(114)用于在外力的作用下沿竖直方向运动，以通过所述限位凸台(116)驱动所述垫板(115)将所述第一被测弹簧(10)压缩至第一预设长度；同时，所述活塞(114)还通过所述限位凸台(116)将所述第二被测弹簧(20)压缩至第二预设长度；

所述测量组件(120)用于在所述第一被测弹簧(10)及所述第二被测弹簧(20)被压缩时，测量驱动所述活塞(114)运动的力。

2.根据权利要求1所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述装夹组件(110)还包括限位套筒(117)，所述限位套筒(117)位于所述垫板(115)及所述盖板(113)之间，且所述限位套筒(117)与所述盖板(113)间隔设置，所述限位套筒(117)套设于所述第二被测弹簧(20)及所述限位凸台(116)。

3.根据权利要求1所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述活塞(114)设置有限位部(119)，所述限位部(119)位于所述活塞(114)靠近所述底板(112)的一端，且所述限位部(119)用于与所述底板(112)抵接，以限制所述活塞(114)沿竖直方向向下的运动；

当所述底板(112)与所述限位部(119)接触时，沿竖直方向，所述限位部(119)与所述垫板(115)之间的距离与所述第一预设长度一致。

4.根据权利要求1所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述装夹组件(110)还包括加载物(131)，所述测量组件(120)包括支座(111)和第一缓冲件(132)；

所述加载物(131)与所述活塞(114)的下端连接，所述活塞(114)在所述加载物(131)的重力作用下沿竖直方向向下运动，以将所述第一被测弹簧(10)压缩至第一预设长度；所述第一缓冲件(132)与所述支座(111)连接，且位于所述活塞(114)的下端。

5.根据权利要求4所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述测量组件(120)还包括第一压力传感器(121)；所述第一压力传感器(121)位于所述第一缓冲件(132)用于与所述活塞(114)接触的一端，且所述第一压力传感器(121)用于在所述第一缓冲件(132)驱动所述活塞(114)沿竖直方向向上运动时，测量所述第一缓冲件(132)施加至所述活塞(114)的力。

6.根据权利要求5所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述测量组件(120)还包括导向杆(123)；所述导向杆(123)的两端分别设置有承力盘(124)和导向柱(125)；所述支座(111)环设于所述导向柱(125)，且可上下滑动；所述第一缓冲件(132)环设于所述导向柱(125)，且其下端与所述支座(111)抵触，其上端与所述承力盘(124)抵触；所述第一压力传感器(121)设置在所述承力盘(124)上端；

所述活塞(114)、所述导向杆(123)、所述支座(111)及所述加载物(131)设置在同一铅垂线上。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述弹簧测量装置(100)还包括加载组件(130)；所述加载组件(130)包括提拉动力部(133)；所述提拉动力部(133)与所述活塞(114)的上端连接；所述提拉动力部(133)用于驱动所述活塞(114)沿竖直方向向上运动。

8.根据权利要求7所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述加载组件(130)还包括第二缓冲件(134)；所述第二缓冲件(134)位于所述提拉动力部(133)与所述活塞(114)上端的连接处，所述第二缓冲件(134)用于将所述提拉动力部(133)提拉力传递至所述活塞(114)；

所述活塞(114)、所述第二缓冲件(134)及所述提拉动力部(133)设置在同一铅垂线上。

9.根据权利要求8所述的弹簧测量装置，其特征在于：

所述测量组件(120)还包括第二压力传感器(122)；所述第二压力传感器(122)位于所述第二缓冲件(134)与所述活塞(114)的连接处，且所述第二压力传感器(122)用于在所述活塞(114)沿竖直方向向上运动时，测量所述第二缓冲件(134)施加至所述活塞(114)的力。

10.一种测量弹簧载荷的方法，应用于如权利要求1-9中任意一项所述的弹簧测量装置(100)，其特征在于，所述测量弹簧载荷的方法包括：

控制提拉动力部(133)驱动所述活塞(114)沿竖直方向上升，直至限位套筒(117)与所述盖板(113)抵接后，继续驱动所述活塞(114)上升直至所述限位凸台(116)离开所述垫板(115)，记录所述提拉动力部(133)的位移和第二压力传感器(122)测得的拉力；依据所述第二压力传感器(122)测得的拉力与所述提拉动力部(133)的位移生成拉力-位移曲线；

或，控制支座(111)上升，通过第一缓冲件(132)、导向杆(123)、承力盘(124)及加载物(131)驱动所述活塞(114)沿竖直方向上升，直至所述限位套筒(117)与所述盖板(113)抵接后，继续驱动所述活塞(114)上升直至所述限位凸台(116)离开所述垫板(115)，记录所述支座(111)的位移和第一压力传感器(121)测得的压力；依据所述第一压力传感器(121)测得的压力与所述支座(111)的位移生成压力-位移曲线；

读出曲线转折点处对应的压力，总共有三个转折点，依次为：所述活塞(114)上的限位部(119)与所述底板(112)脱离时对应的转折点的力记为F₀₁，所述限位套筒(117)与所述盖板(113)接触时对应的转折点的力记为F₀₂，所述限位凸台(116)与所述垫板(115)脱离时对应的转折点的力记为F₀₃；

按下述公式计算第一被测弹簧(10)压缩至第一预设长度时承受的载荷P₁：

P₁＝F₀₃-F₀₁-k₂Δ+δ₂+δ₃；

按下述公式计算第二被测弹簧(20)压缩至第二预设长度时承受的载荷P₂：

P₂＝F₀₃-k₂Δ-δ₁-W；

其中，W为加载物(131)的重量，k₂为所述第二被测弹簧(20)的刚度系数，Δ为所述限位套筒(117)与所述盖板(113)之间的距离，δ₁为所述活塞(114)的重量，δ₂为所述垫板(115)的重量，δ₃为所述限位套筒(117)的重量。

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