CN117554175A - 一种刚度测量装置及度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种刚度测量装置及度测量方法，包括：安装座、纵向加压装置和侧向加载组件，安装座上设有加载区域，用于供测试件接受载荷，安装座在加载区域纵向上的一侧设置有滑动结构，用以与加载区域内的测试件滑动抵接；纵向加压装置安装于安装座上，且位于加载区域纵向上的另一侧，且纵向加压装置包括压制端，压制端用于与测试件固定连接，压制端能够朝向加载区域沿纵向靠近或远离活动，以用于对放置在加载区域的测试件施加纵向上负荷，以及，侧向加载组件安装于安装座上，且朝向加载区域设置，用于对测试件施加侧向载荷。本方案中，测试件的一端与压制端固定连接，另一端与滑动结构抵接，在施加侧向载荷时，减小侧向的摩擦力对侧向载荷的影响。

Description

一种刚度测量装置及度测量方法

技术领域

本发明涉及刚度测量领域，尤其涉及一种刚度测量装置及度测量方法。

背景技术

常规橡胶刚度测量只能测试单一加载工况下的橡胶刚度值，测试工况无法满足橡胶样件实际工况下预载荷存在的条件下的刚度值，因为测试件在实际工作中会受到不同方向的载荷。

在现有的刚度测量装置中，先对测试件施加一个恒定侧向载荷，再施加主测试方向载荷进行测试，主测试方向施加载荷方式为：将测试件一端固定，下压测试件的另一端施加主测试方向载荷，施加侧向载荷时，测试件的一端有随侧向载荷方向的运动趋势，在这主测试方向的载荷逐渐增大，测试件的一端会与施加正压力方向的压力端之间的摩擦力会逐渐增大，而且测试件的一端与加载部之间是直接抵接的，所以摩擦系数较大，因此产生的摩擦力无法忽略不计，此时实际的侧向载荷为侧向载荷减去摩擦力，由于摩擦力的影响会导致实际的侧向载荷与施加的侧向载荷的数值相差较大，摩擦力的存在导致侧向预载荷的大小没法保持，使得测试方案模拟的工况不符合试验要求工况。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种刚度测量装置及刚度测量方法，尤其涉及一种刚度测量装置旨在解决现有的刚度测量装置存在摩擦力对侧向载荷的影响，无法保持实际侧向载荷大小的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种刚度测量装置，其中所述刚度测量装置包括：安装座，所述安装座上设置有加载区域，所述加载区域用于供所述测试件接受载荷，所述安装座在所述加载区域纵向上的一侧设置有滑动结构，所述滑动结构用以与所述加载区域内的测试件滑动抵接；

纵向加压装置，所述纵向加压装置安装于所述安装座上，且位于所述加载区域纵向上的另一侧，且所述纵向加压装置包括压制端，所述压制端用于与所述测试件固定连接，所述压制端能够朝向所述加载区域沿纵向靠近或远离活动，以用于对放置在所述加载区域的测试件施加纵向上负荷，以及，

侧向加载组件，安装于所述安装座上，且朝向所述加载区域设置，用于对所述测试件施加侧向载荷。

可选地，所述安装座包括主体部和抵接部，所述抵接部与所述主体部固定连接且位于所述加载区域纵向上的一侧，所述滑动结构设置于所述抵接部上朝向所述加载区域的一侧，所述滑动结构包括滑动件，所述滑动件包括：

第一连接板，沿纵向延伸，用于与测试件的一侧贴合；

第二连接板，沿横向延伸，与所述抵接部沿横向滑动连接；

其中，所述第二连接板靠近所述侧向加载组件的一端与所述第一连接板靠近所述抵接部的一端固定连接。

可选地，所述滑动结构还包括：

导轨，沿纵向延伸固定设置于所述抵接部上；

滑块，活动安装于所述导轨上，与所述第二连接板固定连接。

可选地，所述滑动结构还包括多个滚珠，多个所述滚珠滚动安装于所述导轨和所述滑块之间。

可选地，所述侧向加载组件包括：

第一电缸，安装于所述安装座上，具有沿横向活动设置的第一活动端，

第一安装板，沿纵向延伸设置；

第一压力传感器，在横向上设置于所述第一活动端和所述第一安装板之间。

可选地，所述刚度测量装置还包括主向加载组件，所述主向加载组件包括：

第二电缸，安装于所述安装座上，具有沿纵向活动设置第二活动端；

第二安装板，沿横向延伸设置，所述第二安装板形成所述压制端；

位移传感器，在纵向上设置于所述第二活动端和所述第二安装板之间。

可选地，所述抵接部包括：

第二压力传感器，在纵向上一侧与所述主体部固定连接；

第三安装板，沿横向延伸设置，与所述第一压力传感器的另一侧固定连接，且与所述第二连接板沿横向滑动连接。

可选地，所述第一连接板与所述第一安装板沿纵向滑动连接。

可选地，所述刚度测量装置还包括电路板组件，所述电路板组件与所述第一电缸和所述第一压力传感器电性连接。

本发明还提供一种刚度测量方法，所述刚度测量方法包括以下步骤：

提供一种刚度测量装置和测试件，其中，一种刚度测量装置用于测量测试件中橡胶块在纵向上的刚度，所述测试件包括基座、所述橡胶块及压力杆，所述橡胶块纵向上的一端与所述压力杆连接，另一端与所述基座连接，其特征在于，所述刚度测量装置包括：

安装座，所述安装座上设置有加载区域，所述加载区域用于供所述测试件接受载荷，所述安装座在所述加载区域纵向上的一侧设置有滑动结构，所述滑动结构用以与所述加载区域的测试件滑动抵接；

纵向加压装置，所述纵向加压装置安装于所述安装座上，且位于所述加载区域纵向上的另一侧，且所述纵向加压装置包括压制端，所述压制端用于与所述测试件固定连接，所述压制端能够朝向所述加载区域沿纵向靠近或远离活动，以用于对放置在所述加载区域的测试件施加纵向上负荷，以及，

侧向加载组件，安装于所述安装座上，且朝向所述加载区域设置，用于对所述测试件施加侧向载荷；

将所述测试件放置于所述加载区域内，且与所述压制端固定连接；

驱动侧向加载组件向所述加载区域内的所述测试件施加横向载荷；

驱动主向加载组件向所述加载区域内的所述测试件施加纵向载荷；

获取多组所述位移传感器和所述第二压力传感器的示数，并根据所述示数计算所述测试件刚度。

本发明提供的技术方案中，通过使用滑动结构与测试件的一端沿侧施加侧向载荷方向滑动连接，在施加主测试方向载荷时，由于滑动结构的存在使测试件的一端与安装座之间的摩擦系数较小，因此使摩擦力的大小较小，相对于侧向载荷可以忽略不计，使实际的侧向载荷与施加的侧向载荷的数值近似相等，此时可以看作施加一个恒定的侧向载荷进行测试，以模拟实际工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的刚度测量装置一实施例的立体示意图；

图2为为本发明刚度测量方法的一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	刚度测量装置	2	纵向加压装置
1	安装座	21	主向加载组件
				11	主体部	211	第二电缸
12	抵接部	212	压制端/第二安装板
				121	第一压力传感器	213	位移传感器
122	第三安装板	3	侧向加载组件
				13	滑动结构	31	第一电缸
131	滑动件	32	第一安装板
				132	导轨	33	第二压力传感器
133	滑块

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前，常用的刚度测量装置，存在摩擦力对侧向载荷的影响，无法保持实际侧向载荷大小的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种刚度测量装置，图1为本发明提供的刚度测量装置100的具体实施例。

请参阅图1，所述刚度测量装置100包括：安装座1，所述安装座1上设置有加载区域，所述加载区域用于供所述测试件接受载荷，所述安装座1在所述加载区域纵向上的一侧设置有滑动结构13，所述滑动结构13用以与所述加载区域内的测试件滑动抵接；

纵向加压装置2，所述纵向加压装置2安装于所述安装座1上，且位于所述加载区域纵向上的另一侧，且所述纵向加压装置2包括压制端212，所述压制端212用于与所述测试件固定连接，所述压制端212能够朝向所述加载区域沿纵向靠近或远离活动，以用于对放置在所述加载区域的测试件施加纵向上负荷，以及，

侧向加载组件3，安装于所述安装座1上，且朝向所述加载区域设置，用于对所述测试件施加侧向载荷。

本发明提供的技术方案中，安装座1上设置有加载区域，在测试件运动到加载区域内时，先对测试件施加侧向载荷，再施加主向载荷，侧向加载组件3安装于安装座1上且朝向加载区域设置，如此设置可以对加载区域内的测试件加载，纵向加压装置2安装于安装座1上，在纵向加载装置的压制端212与测试件纵向上的一端固定连接，压制端212运动至加载区域的一侧，测试件此时处于加载区域内，测试件纵向上的另一端安装座1上的滑动组件抵接，当压制端212进一步朝向加载区域运动时，测试件会受到纵向上的载荷，之所以在安装座1位于加载区域纵向上的另一侧设置滑动结构13，是因为：在施加侧向载荷的时候，随着主向载荷的增加，测试件与安装座1抵接的一端会产生与侧向载荷方向相反的摩擦力，随着主向载荷的增大摩擦力也会逐渐增大，如果测试件的一端是与安装座1直接抵接的，那么摩擦系数会较大，摩擦力的数值也会较大，相较于侧向载荷无法忽略不计，使施加的侧向载荷与测试件受到的侧向载荷数值差异较大，无法很好模拟正常的受恒定侧向载荷的工况，因此，在安装座1位于加载区域纵向上的另一侧设置滑动结构13，使测试件的一端与滑动结构13抵接，在施加主测试方向载荷时，由于滑动结构13的存在使测试件的一端与安装座1之间的摩擦系数较小，因此使摩擦力的大小较小，相对于侧向载荷可以忽略不计，使实际的侧向载荷与施加的侧向载荷的数值近似相等，此时可以看作施加一个恒定的侧向载荷进行测试，以模拟实际工况。

为了防止测试件与滑动结构13之间存在摩擦力，滑动结构13内部也存在摩擦力，存在较多的摩擦力干扰侧向载荷，具体的，安装座1包括主体部11和抵接部12，抵接部12与主体部11固定连接且位于加载区域纵向上的一侧，滑动结构13设置于抵接部12上朝向加载区域的一侧，滑动结构13包括一种滑动件131，滑动件131包括：第一连接板，第一连接板沿纵向延伸，用于与测试件的一侧贴合，使侧向加载组件3的侧向载荷全部传递到测试件上，滑动结构13还包括第二连接板，第二连接板沿横向延伸，与所述抵接部12沿横向滑动连接；其中，所述第二连接板靠近所述侧向加载组件3的一端与所述第一连接板靠近所述抵接部12的一端固定连接。第一连接板和第二连接板是一个整体，对于此种滑动件131的设置形式，测试件与滑动件131之间不存在摩擦力，因此只存在滑动结构13内部的摩擦力。

为了使摩擦力的值较小，所以滑动结构13还包括配合的导轨132和滑块133，导轨132和滑块133配合平面较为光滑、平整，使摩擦系数较小，从而减小摩擦力的大小，其中具体的，导轨132沿纵向延伸固定设置于抵接部12上；滑块133活动安装于导轨132上，与第二连接板固定连接。

为了更进一步地减低摩擦力大小，滑动结构13还包括多个滚珠，多个滚珠滚动安装于导轨132和滑块133之间。将滑块133与导轨132之间的滑动摩擦转化为滚珠与导轨132、滑块133之间的滚动摩擦，从而使摩擦系数更小。

其中，在实际测量过程中，模拟的侧向载荷大概50KN之内，施加侧向载荷时，橡胶块的形变量在20mm以内，也就是滑块133大致会滑动20mm左右，所以滑块133套设于导轨132上，在横向上的具有50mm的活动行程，一方面在施加侧向载荷时，橡胶块会发生形变，滑块133在导轨132上会有一段滑动距离，此活动行程能够防止导轨132端部阻碍滑块133的移动，另一方面便于侧向加载组件的在横向上的调节。另外考虑到不同材质的摩擦系数不同，另外需要承受50KN之内的侧向载荷，以及25KN之内的主向载荷，所以滑动结构产生摩擦的部位全部采用钢材质，其中钢—钢之间的有润滑剂的情况下，滑动摩擦系数为0.05-0.1，其中滚动摩擦系数约为滑动摩擦系数的1/50，滚动摩擦系数为0.001-0.002，其中淬火钢的滚动摩擦系数为0.001，淬火钢具有高硬度、高强度、滚动摩擦系数小的特点，所以滑动结构13产生摩擦的部位可以进一步地选用淬火钢。考虑到滚珠的承载能力以及结构大小以及紧凑性，滚珠直径大于5mm小于8mm，需要提高承载能力可以对应的提高滚珠的数量。

为了满足滑动结构在本装置中的功能、作用，滚珠数量至少设置有4个，具体的，导轨132两侧分别开设有沿横向延伸的第一导向槽，滑块133开设有沿横向延伸的配合槽，配合槽内相对的两内侧壁上分别开设有沿横向延伸的第二导向槽，滑块133的配合槽套设于导轨132上，使两个第一导向槽与两个第二导向槽相对设置，在相对设置的一个第一导向槽与一个第二导向槽之间设置有一个滚珠，因此有两个滚珠分列与导轨132的两侧，滚珠部分位于第一导向槽内与第一导向槽抵接，还有部分位于第二导向槽内与第二导向槽抵接，因此导轨132的两侧壁与滑块之间是滚动摩擦，由于两个滚珠设置于导轨132两侧，且卡持于第一导向槽和第二导向槽之间，因此，滑块133无法从导轨132上脱落，两侧的滚珠起到限位、连接、滚动摩擦的作用，在配合槽的底壁与同导轨132相对的一侧之间沿横向排列有两个滚珠，这两个滚珠的作用是使滑块133在导轨132上保持水平不发生倾斜或转动。导轨132与滑块133之间一共设置有4个滚珠，整体结构简单，滚珠数量少，因此滚动摩擦的摩擦系数也较小。

在另一类实施例中滑动结构13的设置方式为：将电磁铁做成滑块133和导轨132的形式，将滑块133卡套与导轨132上，且两者之间存在余量，在通电后使两个带相同的磁性，相互排斥，使滑块133和导轨132上能够悬浮，减小接触带来的摩擦。

关于侧向加载组件3的具体设置形式：侧向加载组件3包括：第一电缸31、第一安装板32、第二压力传感器33。第一电缸31安装于安装座1上，具有沿横向活动设置的第一活动端，第一安装板32沿纵向延伸设置；第二压力传感器33，在横向上设置于第一活动端和第一安装板32之间。第二压力传感器33用于检测第一电缸31传递的侧向载荷的大小，第一安装板32与滑动件131的第一连接板连接，用于传递侧向载荷。

关于提供主向载荷的具体装置为：主向加载组件21，主向加载组件21包括：第二电缸211、第二安装板212和位移传感器213，第二电缸211安装于安装座1上，具有沿纵向活动设置第二活动端；第二安装板212沿横向延伸设置，第二安装板212形成压制端212，第二安装板212与测试件的一端，也就是测试件的基座固定连接；位移传感器213在纵向上设置于第二活动端和第二安装板212之间。在测试件位于所述加载区域后位移传感器213开始工作，第二安装板212在纵向上的位移量即为测试件中橡胶块的形变量，可由位移传感器213读取示数。

测试刚度除了知道形变量还需要受力大小，所以抵接部12包括：第一压力传感器121和第三安装板122，第一压力传感器121在纵向上一侧与主体部11固定连接；第三安装板122沿横向延伸设置，与第一压力传感器121的另一侧固定连接，且与所述第二连接板沿横向滑动连接。滑动结构13设于第三安装板122和第二连接板之间。第二电缸211传递给测试件主向上的载荷大小可由第一压力传感器121读取示数。

在一类实施例中刚度测量装置100的第三安装板122在纵向上的位置可调，用于适应于不同的测试件，所以需要第一连接板与第一安装板32沿纵向滑动连接而不能固定连接，另外，此处的第一连接板与第一安装板32之间沿纵向滑动连接还有一个目的：防止滑动件131与第一安装板32之间固定连接，是第一压力传感器121准确接受主向载荷的大小。如果滑动件131与第一安装板32固定连接，在第二电缸211传递主向载荷的时候，第二电缸211施加的主向载荷可以传递给滑动件131，因为滑动件131是固定连接的它可以接受力但无法传递力，因此滑动件131无法将主向载荷传递给第一压力传感器121，从而第一压力传感器121无法准确显示主向载荷数值大小。

为了使侧向加载组件3中第一电缸31提供的侧向载荷恒定，刚度测量装置100还包括电路板组件，所述电路板组件与第一电缸31和第二压力传感器33电性连接。当电路板组件接受第二压力传感器33的压力信号后，判定第一电缸31提供的力较小时，电路板组件控制第一电缸31提高推力；判定第一电缸31提供的力较大时，电路板组件控制第一电缸31减小推力。从而使侧向载荷的大小保持恒定。

在一实施例中，本发明提供一种刚度测量方法包括：

步骤S10，提供一种刚度测量装置100和测试件；

刚度测量装置100为上述的刚度测量装置100，用于测量测试件中橡胶块在纵向上的刚度，测试件包括基座、橡胶块及压力杆，橡胶块纵向上的一端与压力杆连接，另一端与基座连接。

步骤S20，将所述测试件放置于所述加载区域内，且与所述压制端212固定连接；

测试件放置于所述加载区域内，一遍侧向加载组件3可以对测试件进行施加载荷，测试件的压力杆与滑动结构13抵接，基座与第二安装板212固定连接，此时测试件只受重力和第二安装板212的支持力，此时第一压力传感器121、第二压力传感器33、位移传感器213的示数均为零。以便于下一步施加载荷和读数。

步骤S30，驱动侧向加载组件3向所述加载区域内的所述测试件施加横向载荷；

因为本刚度测量装置100是为了测量在受恒定的侧向载荷时，主向上的刚度，因此需要先施加一个恒定的侧向载荷，驱动侧向加载组件3，使第一电缸31向加载区域伸出，以施加侧向载荷，并保持施加载荷的大小，此为做主向上刚度测量的前提条件。

步骤S40，驱动主向加载组件21向所述加载区域内的所述测试件施加纵向载荷；

驱动主向加载组件21，使第二电缸211向加载区域伸出，使测试件中橡胶块受力并产生形变。

步骤S50，获取多组所述位移传感器和所述第二压力传感器的示数，并根据所述示数计算所述测试件刚度。

在同一时刻读取位移传感器213示数和第二压力传感器的示数，这两个示数为一组，同样的方法，需要读取多组示数，以消除测量过程中的偶然误差，提高计算的准确性。处理多组数据，对于读取偏差较大的示数可以舍弃掉，然后再处理数据，以减小“垃圾数据”对测量结果的干扰，提高测量的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种刚度测量装置，用于测量测试件中橡胶块在纵向上的刚度，所述测试件包括基座、所述橡胶块及压力杆，所述橡胶块纵向上的一端与所述压力杆连接，另一端与所述基座连接，其特征在于，所述刚度测量装置包括：

安装座，所述安装座上设置有加载区域，所述加载区域用于供所述测试件接受载荷，所述安装座在所述加载区域纵向上的一侧设置有滑动结构，所述滑动结构用以与所述加载区域内的测试件滑动抵接；

纵向加压装置，所述纵向加压装置安装于所述安装座上，且位于所述加载区域纵向上的另一侧，且所述纵向加压装置包括压制端，所述压制端用于与所述测试件固定连接，所述压制端能够朝向所述加载区域沿纵向靠近或远离活动，以用于对放置在所述加载区域的测试件施加纵向上负荷，以及，

侧向加载组件，安装于所述安装座上，且朝向所述加载区域设置，用于对所述测试件施加侧向载荷。

2.如权利要求1所述的刚度测量装置，其特征在于，所述安装座包括主体部和抵接部，所述抵接部与所述主体部固定连接且位于所述加载区域纵向上的一侧，所述滑动结构设置于所述抵接部上朝向所述加载区域的一侧，所述滑动结构包括滑动件，所述滑动件包括：

第一连接板，沿纵向延伸，用于与测试件的一侧贴合；

第二连接板，沿横向延伸，与所述抵接部沿横向滑动连接；

其中，所述第二连接板靠近所述侧向加载组件的一端与所述第一连接板靠近所述抵接部的一端固定连接。

3.如权利要求2所述的刚度测量装置，其特征在于，所述滑动结构还包括：

导轨，沿纵向延伸固定设置于所述抵接部上；

滑块，活动安装于所述导轨上，与所述第二连接板固定连接。

4.如权利要求3所述的刚度测量装置，其特征在于，所述滑动结构还包括多个滚珠，多个所述滚珠滚动安装于所述导轨和所述滑块之间。

5.如权利要求1所述的刚度测量装置，其特征在于，所述侧向加载组件包括：

第一电缸，安装于所述安装座上，具有沿横向活动设置的第一活动端，

第一安装板，沿纵向延伸设置；

第一压力传感器，在横向上设置于所述第一活动端和所述第一安装板之间。

6.如权利要求5所述的刚度测量装置，其特征在于，所述刚度测量装置还包括主向加载组件，所述主向加载组件包括：

第二电缸，安装于所述安装座上，具有沿纵向活动设置第二活动端；

第二安装板，沿横向延伸设置，所述第二安装板形成所述压制端；

位移传感器，在纵向上设置于所述第二活动端和所述第二安装板之间。

7.如权利要求2所述的刚度测量装置，其特征在于，所述抵接部包括：

第二压力传感器，在纵向上一侧与所述主体部固定连接；

第三安装板，沿横向延伸设置，与所述第一压力传感器的另一侧固定连接，且与所述第二连接板沿横向滑动连接。

8.如权利要求5所述的刚度测量装置，其特征在于，所述第一连接板与所述第一安装板沿纵向滑动连接。

9.如权利要求7所述的刚度测量装置，其特征在于，所述刚度测量装置还包括电路板组件，所述电路板组件与所述第一电缸和所述第一压力传感器电性连接。

10.一种刚度测量方法，其特征在于，所述刚度测量方法包括以下步骤：

提供一种刚度测量装置和测试件，所述刚度测量装置为如权利要求1至权利要求9中任一所述的刚度测量装置；

将所述测试件放置于所述加载区域内，且与所述压制端固定连接；

驱动侧向加载组件向所述加载区域内的所述测试件施加横向载荷；

驱动主向加载组件向所述加载区域内的所述测试件施加纵向载荷；

获取多组所述位移传感器和所述第二压力传感器的示数，并根据所述示数计算所述测试件刚度。