CN114354412A

CN114354412A - 圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置

Info

Publication number: CN114354412A
Application number: CN202111513387.7A
Authority: CN
Inventors: 师访; 许博文; 成树建
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: CN114354412B

Abstract

本发明公开了一种圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，包括底座、驱动系统、曲轴机构、拉伸机构及计数系统；所述曲轴机构的两端转动连接于底座上方，且曲轴机构至少包括两个偏心圆盘、两个偏心轴、两个摇杆及一个承接块；两个偏心轴连接于承接块的两端，偏心圆盘分别连接于两个偏心轴的一端，两个摇杆分别转动连接于两个偏心轴上；所述驱动系统连接于底座上，驱动系统驱动连接于偏心轴机构的一端，计数系统连接于偏心圆盘底部的底座上。本发明在使用时，曲轴机构可根据需要拓展，由两组变为四组、八组或大批量进行圆柱弹簧的测试，以适配不同组数拉伸机构的需求，进而满足多根圆柱弹簧共同进行拉伸疲劳测试，减小劳动强度，极大的提高了工作效率。

Description

圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置

技术领域

本发明涉及弹簧测试设备技术领域，尤其涉及一种圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置。

背景技术

圆柱弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。圆柱弹簧在工作中承受着负载，它的负载力、抗疲劳强度直接影响到产品、甚至其他产品的使用寿命。因此对圆柱弹簧进行疲劳测试，保证圆柱弹簧质量很有必要。圆柱弹簧疲劳测试主要通过压缩或拉伸圆柱弹簧模拟工况，再测得其疲劳特性，以在不同应用场合正确使用适合的圆柱弹簧。为提高测试效率和质量，目前一般采用相应机械设备，自动模拟圆柱弹簧使用工况，进行圆柱弹簧疲劳测试。

但是，传统的测试设备只能进行单根测试作业，极大的降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，曲轴机构可根据需要拓展，由两组变为四组、八组或大批量进行圆柱弹簧的测试，以适配不同组数拉伸机构的需求，进而满足多根圆柱弹簧共同进行拉伸疲劳测试，减小劳动强度，极大的提高了工作效率，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，包括底座、驱动系统、曲轴机构、拉伸机构及计数系统；所述曲轴机构的两端转动连接于底座上方，且曲轴机构至少包括两个偏心圆盘、两个偏心轴、两个摇杆及一个承接块；两个偏心轴连接于承接块的两端，偏心圆盘分别连接于两个偏心轴的一端，两个摇杆分别转动连接于两个偏心轴上；所述驱动系统连接于底座上，驱动系统驱动连接于偏心轴机构的一端，计数系统连接于偏心圆盘底部的底座上；所述拉伸机构至少设有两组，且拉伸机构包括固定支座、移动支座及支撑板；所述固定支座及支撑板连接于底座上，摇杆的一端铰接于移动支座，摇杆驱动移动支座在固定支座及支撑板之间水平移动，且移动支座及固定支座的相向侧均铰接有可旋转挂具。

本发明的进一步改进方案是，所述底座上连接有支撑座，偏心圆盘的外侧端连接有中心轴，中心轴通过滚珠轴承转动连接于支撑座；所述驱动系统包括电机、大带轮、小带轮及皮带；所述电机通过基座连接于底座上，电机的动力输出端以轴毂联接的方式安装有小带轮，大带轮通过轴毂联接的方式连接于中心轴上，皮带传动连接于大带轮及小带轮之间。

本发明的进一步改进方案是，所述偏心圆盘上设有凹槽，凹槽外口的偏心圆盘上设有刻度a；所述偏心轴的一端连接有调节块，调节块滑动连接于凹槽中；所述偏心轴上设有外螺纹，承接块上设有两个六边形孔，偏心轴的一端通过螺母A与螺母B夹紧固定于六边形孔中，另一端通过螺母C锁紧固定于偏心圆盘上。

本发明的进一步改进方案是，所述计数系统包括计数拨片、微动开关及电子计数器；所述计数拨片连接于偏心圆盘上，微动开关连接于支撑座上，计数拨片每次转动均会触发一次微动开关，并通过电子计数器记录转动圈数。

本发明的进一步改进方案是，所述拉伸机构位于曲轴机构的两侧，拉伸机构还包括两个水平设置的导杆；所述导杆的一端设有螺纹，导杆通过螺母D及螺母E夹紧连接于支撑板上；所述移动支座的上下两端设有滑孔，滑孔通过滑动轴承连接于导杆。

本发明的进一步改进方案是，所述摇杆的两端均设有轴套，摇杆一端的轴套内设有滚珠轴承并穿过支撑板上的缺口后连接于偏心轴上，且偏心轴上套设有隔套以防止摇杆轴向窜动；所述移动支座上连接有耳板，耳板上连接有短轴，摇杆另一端的轴套内设有滚珠轴承并连接于短轴上，且短轴上螺纹配合有防止摇杆脱落的螺母F。

本发明的进一步改进方案是，所述可旋转挂具包括挂环、连接环及旋转块；所述旋转块的纵向截面呈T字型，旋转块的小径段连接于挂环；所述连接环为左右拼接式结构，连接环的一端设有嵌槽，旋转块转动连接于嵌槽中；所述固定支座及移动支座上连接有长螺杆，连接环转动连接于长螺杆上。

本发明的进一步改进方案是，所述固定支座滑动连接于底座，用以调节固定支座与支撑板之间的距离。

本发明的进一步改进方案是，所述固定支座的底端连接有滑块，底座上连接有滑轨，滑轨的侧壁上设有若干个调节槽，滑块上连接有与调节槽适配的调节螺栓，固定支座上设有用于导杆穿过的通孔。

本发明的进一步改进方案是，所述调节槽上方的滑轨上设有刻度b。

本发明的有益效果：

一、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，曲轴机构可根据需要拓展，由两组变为四组、八组或大批量进行圆柱弹簧的测试，以适配不同组数拉伸机构的需求，进而满足多根圆柱弹簧共同进行拉伸疲劳测试，减小劳动强度，极大的提高了工作效率。

二、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，采用单套驱动系统驱动多组拉伸机构，节约制造、使用的成本。

三、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，弹簧挂具采用可旋转结构，以适用不同角度挂钩的圆柱弹簧，同时也可释放弹簧扭力，防止弹簧损坏。

四、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，偏心圆盘上设有凹槽，偏心轴通过调节块的移动以调整不同偏心距，从而可以提供不同的拉伸长度，以适合多种弹簧的拉伸。

五、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，偏心圆盘凹槽位置标有刻度a，可方便调整偏心距的大小。

六、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，计数系统采用机械式计数方式，简单可靠，节约成本。

七、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，固定支座滑动连接于底座，并采用调节螺栓插接于不同调节槽的方式，调节固定支座与支撑板之间的距离，从而灵活调整弹簧拉力。

八、本发明的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，调节槽上方的滑轨上设有刻度b，方便调整弹簧拉力的大小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的整体俯视图。

图3为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的曲轴机构结构示意图。

图4为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的曲轴机构拓展结构示意图。

图5为被发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的偏心轴安装机构示意图。

图6为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的计数系统结构示意图。

图7为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的可旋转挂具结构示意图。

图8为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的偏心轴与移动支座连接示意图。

图9为本发明实施例提供的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置的计算公式示意图。

图中：1-底座、101-支撑座、102-支撑板、2-驱动系统、201-电机、202-大带轮、203-小带轮、204-皮带、3-曲轴机构、301-偏心圆盘、302-偏心轴、303-摇杆、304-承接块、305-凹槽、306-刻度a、307-调节块、308-六边形孔、309-螺母A、310-螺母B、311-螺母C、313-轴套、314-中心轴、4-拉伸机构、401-固定支座、402-移动支座、403-导杆、404-螺母D、405-螺母E、406-耳板、407-短轴、408-螺母F、409-滑块、410-滑轨、411-调节槽、412-调节螺栓、413-刻度b、5-计数系统、501-技术拨片、502-微动开关、503-电子计数器、6-可旋转挂具、601-挂环、602-连接环、603-旋转块、604-长螺杆、7-圆柱弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例1：如图1～9所示，一种圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，包括底座1、驱动系统2、曲轴机构3、拉伸机构4及计数系统5；所述曲轴机构3的两端转动连接于底座1上方，且曲轴机构3至少包括两个偏心圆盘301、两个偏心轴302、两个摇杆303及一个承接块304；在本实施例中，每组曲轴机构3的偏心圆盘301与偏心轴302均为两个；两个偏心轴302连接于承接块304的两端，偏心圆盘301分别连接于两个偏心轴302的一端，两个摇杆303分别转动连接于两个偏心轴302上；所述驱动系统2连接于底座1上，驱动系统2驱动连接于偏心轴302机构的一端，计数系统5连接于偏心圆盘301底部的底座1上；所述拉伸机构4至少设有两组；在本实施例中，拉伸机构4为与曲轴机构3配套的两组；且拉伸机构4包括固定支座401、移动支座402及支撑板102；所述固定支座401及支撑板102连接于底座1上，摇杆303的一端铰接于移动支座402，摇杆303驱动移动支座402在固定支座401及支撑板102之间水平移动，且移动支座402及固定支座401的相向侧均铰接有可旋转挂具6；在本实施中，每组拉伸机构4配套有三组可旋转式挂具，从而同时满足六根圆柱弹簧7的测试需求。

其中，所述底座1上连接有支撑座101，偏心圆盘301的外侧端连接有中心轴314，中心轴314通过滚珠轴承转动连接于支撑座101；所述驱动系统2包括电机201、大带轮202、小带轮203及皮带204；所述电机201通过基座连接于底座1上，电机201的动力输出端以轴毂联接的方式安装有小带轮203，大带轮202通过轴毂联接的方式连接于中心轴314上，皮带204传动连接于大带轮202及小带轮203之间。

其中，所述偏心圆盘301上设有凹槽305，凹槽305外口的偏心圆盘301上设有刻度a306；所述偏心轴302的一端连接有调节块307，调节块307滑动连接于凹槽305中；所述偏心轴302上设有外螺纹，承接块304上设有两个六边形孔308，偏心轴302的一端通过螺母A309与螺母B310夹紧固定于六边形孔308中，另一端通过螺母C311锁紧固定于偏心圆盘301上。

其中，所述计数系统5包括计数拨片501、微动开关502及电子计数器503；所述计数拨片501连接于偏心圆盘301上，微动开关502连接于支撑座101上，计数拨片501每次转动均会触发一次微动开关502，并通过电子计数器503记录转动圈数。

其中，所述拉伸机构4位于曲轴机构3的两侧，拉伸机构4还包括两个水平设置的钨钢合金制成的导杆403；所述导杆403的一端设有螺纹，导杆403通过螺母D404及螺母E405夹紧连接于支撑板102上；所述移动支座402的上下两端设有滑孔，滑孔通过滑动轴承连接于导杆403。

其中，所述摇杆303的两端均设有轴套，摇杆303一端的轴套内设有滚珠轴承并穿过支撑板102上的缺口后连接于偏心轴302上，且偏心轴302上套设有隔套以防止摇杆303轴向窜动；所述移动支座402上连接有耳板406，耳板406上连接有短轴407，摇杆303另一端的轴套内设有滚珠轴承并连接于短轴407上，且短轴407上螺纹配合有防止摇杆303脱落的螺母F408。

其中，所述可旋转挂具6包括挂环601、连接环602及旋转块603；所述旋转块603的纵向截面呈T字型，旋转块603的小径段连接于挂环601；所述连接环602为左右拼接式结构，连接环602的一端设有嵌槽，旋转块603转动连接于嵌槽中；所述固定支座401及移动支座402上连接有长螺杆604，连接环602转动连接于长螺杆604上。

实施例2：本实施例为实施例1的进一步改进，主要改进之处在于，实施例1在使用时，固定支座401无法灵活调整圆柱弹簧7所需的拉力；而在本实施例中，可以避免上述缺陷，具体地说：

所述固定支座401滑动连接于底座1，用以调节固定支座401与支撑板102之间的距离；所述固定支座401的底端连接有滑块409，底座1上连接有滑轨410，滑轨410的侧壁上设有若干个调节槽411，滑块409上连接有与调节槽411适配的调节螺栓412，固定支座401上设有用于导杆403穿过的通孔；所述调节槽411上方的滑轨410上设有刻度b413；本实施例的固定支座401滑动连接于底座1，并采用调节螺栓412插接于不同调节槽411的方式，调节固定支座401与支撑板102之间的距离，从而灵活调整圆柱弹簧7拉力；此外调节槽411上方的滑轨410上设有刻度b413，方便调整圆柱弹簧7拉力的大小。

除此之外，本实施例与实施例1完全相同，此处不作赘述。

本发明工作过程如下：当圆柱弹簧7初始位置确定，安装完成；所述电机201通过带传动机构带动曲轴机构3绕中心轴314做旋转运动，摇杆303在曲轴机构3的驱动下带动移动支座402往复水平移动，使圆柱弹簧7作往复直线拉伸运动，从而达到测试圆柱弹簧7拉伸疲劳测试的目的；偏心圆盘301每转动一周，计数拨片501触碰一次微动开关502，微动开关502可以准确记录偏心圆盘301转动的周数。

本实施例中，采用存在初拉力的圆柱弹簧7。

拉伸圆柱弹簧7的初拉力计算公式：

其中，F₀为初拉力，d为圆柱弹簧7线材直径，D为圆柱弹簧7中径，τ_C为拉伸圆柱弹簧7初拉力系数。分别取本实施例中待测拉伸圆柱弹簧7参数d、D、τ_C为2mm、20mm、60MPa，计算得出待测圆柱弹簧7初拉力F₀约为9.4N。安装圆柱弹簧7时，根据滑轨410上的刻度b413调整滑块409的位置，利用调节螺栓412旋入调节槽411固定，确定好圆柱弹簧7初始位置以平衡圆柱弹簧7初拉力。

本实施例中的圆柱弹簧7拉伸疲劳测试装置中，采用长度为80mm的圆柱弹簧7，圆柱弹簧7刚度系数k为2N/mm，已知待测圆柱弹簧7的最大测试拉力F_max为89.4N，对应的圆柱弹簧7长度最大值L_max为120mm，；同时调整曲轴机构3的偏心距，使待测圆柱弹簧7在曲轴机构3到极限位置时的圆柱弹簧7达到最大长度为120mm，即待测圆柱弹簧7在此时产生最大拉力89.4N。

在本实施例中，取偏心圆盘301的偏心距为20mm，调整偏心轴302在偏心圆盘301凹槽305中的位置，根据刻度a306调整偏心距为20mm，待测圆柱弹簧7的形变量δ为40mm(图示偏心圆盘301转动半周后，圆柱弹簧7长度达到最大，即偏心距的两倍)。

设备共测试6根圆柱弹簧7，因为装置结构左右对称，所以在待测圆柱弹簧7拉力达到最大时，每个连杆60b内的最大拉力为268.2N。

根据本实施例，推导出单个圆柱弹簧7拉力公式：

其中，k为圆柱弹簧7刚度系数，r为偏心距，l为连杆长度，θ为连杆与偏心圆盘301连接处其圆心半径与连杆形成的夹角(如图9所示)，F₀为圆柱弹簧7初拉力，F_t为单个圆柱弹簧7所受拉力。本实施例中，圆柱弹簧7刚度系数k为2N/mm，取偏心距r为20mm，连杆长度l为40mm。装置初始位置时θ为180°，计算得到单个圆柱弹簧7拉力大小为9.4N，即初拉力大小。

推导出单个圆柱弹簧7所需的转矩公式：

其中，F₁为连杆拉力，L为力臂，F_t为单个圆柱弹簧7所受拉力；通过计算，当夹角θ取57.6°时，转矩达到最大值，单个圆柱弹簧7所需的最大转矩M_max为1.205N·m。

在本实施例中，共测试六根圆柱弹簧7，计算出偏心圆盘301处最大转矩总和为7.23N·m。本实施例中的圆柱弹簧7拉伸疲劳测试装置中，忽略摩擦力，带传动比取值为4，将电机201转矩放大4倍，可防止电机201转矩不足；考虑到设备实际中会存在一定阻力，故本实施例应选用转矩大于2N·m的电机201。如需添加更多圆柱弹簧7测试组，适当选用较大转矩电机201即可。

在本实施例中，在进行了若干次圆柱弹簧7拉伸之后，取下圆柱弹簧7并测量其刚度，刚度测量结果与圆柱弹簧7测试前的刚度对比，如果刚度值上升，说明圆柱弹簧7在若干次拉伸后出现了塑性强化；反之，如果刚度值下降，则说明圆柱弹簧7在若干次拉伸中出现了损伤。圆柱弹簧7拉伸疲劳测试实验中，若某圆柱弹簧7测试后的刚度值超过标称刚度值的一定范围，则该圆柱弹簧7疲劳测试未通过；若某圆柱弹簧7测试后的刚度值未超过标称刚度值的一定范围，则圆柱弹簧7疲劳测试通过。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：包括底座（1）、驱动系统（2）、曲轴机构（3）、拉伸机构（4）及计数系统（5）；

所述曲轴机构（3）的两端转动连接于底座（1）上方，且曲轴机构（3）至少包括两个偏心圆盘（301）、两个偏心轴（302）、两个摇杆（303）及一个承接块（304）；两个偏心轴（302）连接于承接块（304）的两端，偏心圆盘（301）分别连接于两个偏心轴（302）的一端，两个摇杆（303）分别转动连接于两个偏心轴（302）上；

所述驱动系统（2）连接于底座（1）上，驱动系统（2）驱动连接于偏心轴（302）机构的一端，计数系统（5）连接于偏心圆盘（301）底部的底座（1）上；

所述拉伸机构（4）至少设有两组，且拉伸机构（4）包括固定支座（401）、移动支座（402）及支撑板（102）；所述固定支座（401）及支撑板（102）连接于底座（1）上，摇杆（303）的一端铰接于移动支座（402），摇杆（303）驱动移动支座（402）在固定支座（401）及支撑板（102）之间水平移动，且移动支座（402）及固定支座（401）的相向侧均铰接有可旋转挂具（6）。

2.如权利要求1所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述底座（1）上连接有支撑座（101），偏心圆盘（301）的外侧端连接有中心轴（314），中心轴（314）通过滚珠轴承转动连接于支撑座（101）；所述驱动系统（2）包括电机（201）、大带轮（202）、小带轮（203）及皮带（204）；所述电机（201）通过基座连接于底座（1）上，电机（201）的动力输出端以轴毂联接的方式安装有小带轮（203），大带轮（202）通过轴毂联接的方式连接于中心轴（314）上，皮带（204）传动连接于大带轮（202）及小带轮（203）之间。

3.如权利要求1所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述偏心圆盘（301）上设有凹槽（305），凹槽（305）外口的偏心圆盘（301）上设有刻度a（306）；所述偏心轴（302）的一端连接有调节块（307），调节块（307）滑动连接于凹槽（305）中；所述偏心轴（302）上设有外螺纹，承接块（304）上设有两个六边形孔（308），偏心轴（302）的一端通过螺母A（309）与螺母B（310）夹紧固定于六边形孔（308）中，另一端通过螺母C（311）锁紧固定于偏心圆盘（301）上。

4.如权利要求2所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述计数系统（5）包括计数拨片（501）、微动开关（502）及电子计数器（503）；所述计数拨片（501）连接于偏心圆盘（301）上，微动开关（502）连接于支撑座（101）上，计数拨片（501）每次转动均会触发一次微动开关（502），并通过电子计数器（503）记录转动圈数。

5.如权利要求1所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述拉伸机构（4）位于曲轴机构（3）的两侧，拉伸机构（4）还包括两个水平设置的导杆（403）；所述导杆（403）的一端设有螺纹，导杆（403）通过螺母D（404）及螺母E（405）夹紧连接于支撑板（102）上；所述移动支座（402）的上下两端设有滑孔，滑孔通过滑动轴承连接于导杆（403）。

6.如权利要求5所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述摇杆（303）的两端均设有轴套，摇杆（303）一端的轴套内设有滚珠轴承并穿过支撑板（102）上的缺口后连接于偏心轴（302）上，且偏心轴（302）上套设有隔套以防止摇杆（303）轴向窜动；所述移动支座（402）上连接有耳板（406），耳板（406）上连接有短轴（407），摇杆（303）另一端的轴套内设有滚珠轴承并连接于短轴（407）上，且短轴（407）上螺纹配合有防止摇杆（303）脱落的螺母F（408）。

7.如权利要求5所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述可旋转挂具（6）包括挂环（601）、连接环（602）及旋转块（603）；所述旋转块（603）的纵向截面呈T字型，旋转块（603）的小径段连接于挂环（601）；所述连接环（602）为左右拼接式结构，连接环（602）的一端设有嵌槽，旋转块（603）转动连接于嵌槽中；所述固定支座（401）及移动支座（402）上连接有长螺杆（604），连接环（602）转动连接于长螺杆（604）上。

8.如权利要求5所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述固定支座（401）滑动连接于底座（1），用以调节固定支座（401）与支撑板（102）之间的距离。

9.如权利要求8所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述固定支座（401）的底端连接有滑块（409），底座（1）上连接有滑轨（410），滑轨（410）的侧壁上设有若干个调节槽（411），滑块（409）上连接有与调节槽（411）适配的调节螺栓（412），固定支座（401）上设有用于导杆（403）穿过的通孔。

10.如权利要求9所述的圆柱弹簧拉伸疲劳测试装置，其特征在于：所述调节槽（411）上方的滑轨（410）上设有刻度b（413）。