一种螺旋弹簧动态特性测试系统和测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种螺旋弹簧动态特性测试系统，包括基座、垂直振动台、位移传感器、弹簧夹具、用于与待测螺旋弹簧两端接触的两组力传感器、固定在待测螺旋弹簧各圈簧条上的加速度传感器及与各传感器相连的信号采集处理装置，垂直振动台和弹簧夹具均固定在基座上，垂直振动台的激励端及弹簧夹具上分别设有第一承载平台和第二承载平台，通过调节二者的距离对待测螺旋弹簧进行预压缩，位移传感器设置在第二承载平台上，两组力传感器分别设置在第一承载平台和第二承载平台上。与现有技术相比，本发明专利技术具有适用范围广、装夹工序简洁和激励频带宽等优点，可实现螺旋弹簧不同预压缩量不同振动幅值下动态参数的测定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动态特性测试
，尤其是涉及一种螺旋弹簧动态特性(包括弹簧两端动刚度及其模态参数)测试系统与方法。
技术介绍
在目前车辆动力学建模中，所有螺旋弹簧单元均以无质量简化的恒定静刚度值参数来表示，这在针对20Hz以下的动力学分析是适用的。然而，随着运行速度的不断提高，激励频率不断加大，振动频带加宽，车辆结构所受到的振动激励频率也大幅度提高，以往的弹簧静刚度参数模型不再能够准确表达系统特性，因而十分有必要对悬挂系统的螺旋弹簧的动态特性进行试验测定，以便为车辆动力学仿真提供准确的悬挂动态特性参数，更好的用于车辆动力学性能的计算与评估，为车辆设计尤其是高速车辆设计提供依据。如今有许多学者从理论和动力学软件仿真角度对螺旋弹簧的动态特性进行了不同程度不同角度的研究，如建立了由不同簧丝制作而成的圆柱螺旋弹簧的动力学模型，并利用该模型推断出各圈螺旋弹簧的变形量及其速度和加速度的时间历程曲线，并通过特定试验证明该类型的仿真模型可以为螺旋弹簧的设计提供理论支持。在簧丝直径与弹簧中径的比值较小的情况下，对已有螺旋弹簧的动力学微分方程进行了渐进性分析，确定有关波动方程的显著系数。这些研究为螺旋弹簧的动态特性分析提供了理论基础，但目前，对于车辆悬挂螺旋弹簧的刚度测试仍停留在低频范围内，且没有较规范的对螺旋弹簧的动态特性进行测试的方法和系统。另外，有关文献也公开了动态刚度的测试方法与系统，这些测试方法和系统只针对特定结构(如钢轨、道岔等)是有效的，通用性不强，至今鲜有人提出专门针对轨道车辆悬挂系统及汽车悬架系统中螺旋弹簧预压缩量可调的动态特性的测试方法与系统。除此之外，由于螺旋弹簧存在波动效应，在激励下其自身内部产生共振导致弹簧两端的动态刚度值不一样，目前尚无人考虑该因素。基于此，本专利技术提出了一种可以测定螺旋弹簧动态特性参数的系统与方法，主要用于各种螺旋弹簧，主要包括轨道车辆一系悬挂结构中的螺旋压缩钢弹簧的动态特性参数的测定。中国专利CN101666730B披露了一种振动特性测试仪器及其测试方法，其技术方案为：测试空气弹簧振动特性的设备，包括电动式激振器、激光位移传感器、加速度传感器和力传感器；信号发生器和功率放大器依次与电动式激振器通过电讯号连接；激光位移传感器、加速度传感器和力传感器将其信号传递到电荷放大器进行信号放大后，然后储存于计算机；电动式激振器悬空设置；电荷放大器的信号先进入数据采集系统，再经数据采集系统进入所述计算机。该专利针对空气弹簧系统，采用电动激振器对空簧一端进行力激励，分别安装2个加速度传感器、1个力传感器与2个位移传感器，仅得到空簧一端位移及加速度响应。其采用质量块通过质量块大小来调节弹簧预压缩值程序繁琐且不够精确。在空簧一端加载力测试该处位移与加速度值，由于弹簧整体的形状及高度，仅得到一端的振动响应就代表了整个空气弹簧的振动特性并不准确，过于简化。该专利存在的缺陷包括：仅针对空气弹簧系统，预压缩量调节不够准确，测试目标仅为空气弹簧一端的位移及加速度响应，不能反映出弹簧整体振动特性，无法得到包括弹簧动刚度值在内的弹簧固有特性参数，更不能为其所安装的机械结构进一步分析研究提供所需动态特性参数。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有适用范围广、装夹工序简洁和激励频带宽等优点的螺旋弹簧动态特性测试系统和测试方法，可实现螺旋弹簧不同预压缩量不同振动幅值下动态参数的测定。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种螺旋弹簧动态特性测试系统，用于测试不同长度及预压缩量的螺旋弹簧的动态性能，包括基座、垂直振动台、位移传感器、弹簧夹具、用于与待测螺旋弹簧两端接触的两组力传感器、固定在待测螺旋弹簧各圈簧条上的加速度传感器及与各传感器相连的信号采集处理装置，所述的垂直振动台和弹簧夹具均固定在基座上，所述的垂直振动台的激励端及弹簧夹具上分别设有第一承载平台和第二承载平台，通过调节二者之间的距离对待测螺旋弹簧进行预压缩，所述的位移传感器设置在第二承载平台上，两组力传感器分别设置在第一承载平台和第二承载平台上。所述的弹簧夹具包括横梁和侧梁，侧梁的一端固定在基座上，另一端通过螺栓及厚度可变的连接板与横梁连接，通过改变连接板的厚度调节第一承载平台和第二承载平台之间的距离。所述的横梁由两根H型钢并列焊接形成。所述的侧梁为由四根槽钢焊接形成的日字形结构。所述的第一承载平台和第二承载平台分别通过螺栓固定在垂直振动台的激励端和横梁上。每组力传感器均由三个力传感器组成，三个力传感器呈品字形排列，沿待测螺旋弹簧端圈均匀分布。所述的位移传感器为激光位移传感器，与第一承载平台相对设置。所述的加速度传感器为三向振动加速度传感器。一种采用所述的螺旋弹簧动态特性测试系统进行测试的方法，包括以下步骤：(1)将加速度传感器分别固定在待测螺旋弹簧各圈簧条上，然后将待测螺旋弹簧置于第一承载平台和第二承载平台之间，两端分别与设置在各承载平台上的力传感器接触，通过调节第一承载平台和第二承载平台之间的距离对待测螺旋弹簧的预压缩量进行调节；(2)控制垂直振动台使激励端产生随机正弦振动，信号采集处理装置对待测螺旋弹簧两端力响应、激励端位移输入、各圈簧条垂向和径向振动加速度响应信号进行采集及后处理，得到待测螺旋弹簧的两端动刚度特性及约束工况下的弹簧模态振型与模态频率值。垂直振动台的激励端的随机正弦振动的振幅为0.025～51mm、频率为5～2500Hz，振动的振幅小于待测螺旋弹簧的预压缩量。本专利技术测试对象为螺旋弹簧，测试目标为螺旋弹簧上下两端处的点刚度与传递刚度两个动态刚度值，而不是弹簧自身一端的振动响应，并且同时可以测试得到两端固定边界条件下的弹簧模态参数。其次，本专利技术提出采用横梁及侧梁连接组成的弹簧夹具对待测螺旋弹簧进行约束，并利用可变厚度的连接片装置来设置弹簧的预加载量达到精确调节待测弹簧预压缩高度的目的。除此之外，本专利技术采用的是垂直振动激励系统直接位移输入，在螺旋弹簧上下两端分别设置3个力传感器沿弹簧一圈均匀对称分布呈品字形，达到弹簧端圈3点与力传感器接触平衡的效果，尽量减小测试系统所采集到的载荷数据误差，进一步提高测试精度。本专利技术为保证待测螺旋弹簧一端固定，一端自由能够输入位移激励振动，利用H型钢梁作为横梁，槽型钢梁作为侧梁，横梁和侧梁之间采用高强度的螺栓连接，侧梁与基座之间采用高强度的地脚螺栓连接。通过改变侧梁和横梁之间连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋弹簧动态特性测试系统，用于测试不同长度及预压缩量的螺旋弹簧的动态性能，其特征在于，包括基座、垂直振动台、位移传感器、弹簧夹具、用于与待测螺旋弹簧两端接触的两组力传感器、固定在待测螺旋弹簧各圈簧条上的加速度传感器及与各传感器相连的信号采集处理装置，所述的垂直振动台和弹簧夹具均固定在基座上，所述的垂直振动台的激励端及弹簧夹具上分别设有第一承载平台和第二承载平台，通过调节二者之间的距离对待测螺旋弹簧进行预压缩，所述的位移传感器设置在第二承载平台上，两组力传感器分别设置在第一承载平台和第二承载平台上。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋弹簧动态特性测试系统，用于测试不同长度及预压缩量的螺旋弹
簧的动态性能，其特征在于，包括基座、垂直振动台、位移传感器、弹簧夹具、用
于与待测螺旋弹簧两端接触的两组力传感器、固定在待测螺旋弹簧各圈簧条上的加
速度传感器及与各传感器相连的信号采集处理装置，所述的垂直振动台和弹簧夹具
均固定在基座上，所述的垂直振动台的激励端及弹簧夹具上分别设有第一承载平台
和第二承载平台，通过调节二者之间的距离对待测螺旋弹簧进行预压缩，所述的位
移传感器设置在第二承载平台上，两组力传感器分别设置在第一承载平台和第二承
载平台上。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋弹簧动态特性测试系统，其特征在于，所
述的弹簧夹具包括横梁和侧梁，侧梁的一端固定在基座上，另一端通过螺栓及厚度
可变的连接板与横梁连接，通过改变连接板的厚度调节第一承载平台和第二承载平
台之间的距离。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋弹簧动态特性测试系统，其特征在于，所
述的横梁由两根H型钢并列焊接形成。
4.根据权利要求2所述的一种螺旋弹簧动态特性测试系统，其特征在于，所
述的侧梁为由四根槽钢焊接形成的日字形结构。
5.根据权利要求2所述的一种螺旋弹簧动态特性测试系统，其特征在于，所
述的第一承载平台和第二承载平台分别通过螺栓固定在垂直振动台的激励端和横
梁上。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋弹簧动态特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文静，周劲松，邱晓磊，郑路，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31