一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法及其装置，通过设置钢丝试件，将弹簧拉压疲劳试验等效为同参数钢丝的扭转疲劳试验。本发明专利技术所述的试验方法通过将其试件与制成弹簧产品的钢丝同尺寸，与基于材料的旋转弯曲疲劳试验方法相比，它可以满足疲劳试验中尺寸因素的要求，减少了修正因素，获得的结果更为可靠；与基于产品的拉压疲劳试验方法相比，它在高应力，大振幅的试验要求场合中优势显著。所述的试验装置通过从采用弹簧夹头夹持、零件滚动轴承及圆头平键的设定，满足试验方法过程中高频长周期的需求，使得试验装置在实验运行过程中安全可靠，采用直驱伺服驱动系统作为传动方式，提升了试验装置长周期工作的安全性和稳定性。

A test method for torsion fatigue of spring steel wire and its device

The invention discloses a torsion fatigue test method for spring steel wire and a device thereof. By setting the steel wire specimen, the spring tension and compression fatigue test is equivalent to the torsion fatigue test of the same parameter steel wire. The test method of the present invention through the specimen and made the same size wire spring products, compared with the rotary bending fatigue test method based on the material, it can satisfy the size of fatigue test factors, reduce the correction factors, the result is more reliable; compared with the tension compression fatigue test method for products based on it, in the high stress test, large amplitude applications advantages. Test the device by using spring clamp, from rolling bearing parts and round flat key set, meet the test method in the process of high frequency long period demand, makes the test device in the experimental operation process is safe and reliable, the drive system as driving mode of direct drive servo, enhance the work of long period safety test device and stability.

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法及其装置
本专利技术涉及弹簧的疲劳试验
，具体涉及一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法及其装置。
技术介绍
弹簧产业是国家工业经济中十分重要的基础产业。在汽车、电器电子、铁路、航空航天、能源等产业中，弹簧都是不可或缺的关键基础件。在实际工作条件下，多数弹簧在交变载荷作用下工作，其工作应力低于材料的屈服强度。弹簧在交变载荷下工作，经过长时间运行而发生失效的现象为疲劳破坏。据统计，约有80％以上弹簧失效是由疲劳引起的，其中大多数是突然断裂。随着现代机械向高速化和大型化方向发展，弹簧产品在高温、高压、重载和腐蚀等恶劣工况下运行，疲劳破坏事故更是层出不穷，造成的经济损失无法估量。因此，弹簧产品的疲劳强度与寿命设计对提高弹簧产品质量有着十分重要的意义。弹簧的抗疲劳性能是保证弹簧强度与使用寿命的重要指标，不论是弹簧生产商，还是弹簧用户，通常都使用疲劳试验机对弹簧进行疲劳检测。目前广泛采用的是基于弹簧产品的拉压疲劳寿命测试方法，其试验载荷与波形参数接近弹簧实际工作参数。然而弹簧的服役条件决定了弹簧疲劳属于高周疲劳。弹簧高寿命高可靠性的特点，导致疲劳试验时间长，甚至出现无限寿命的结果。申请号为CN201410559083、专利名称为一种弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法的专利申请文件公开了一种定扭矩定角度弧形弹簧扭转疲劳试验装置及试验方法，通过设置弧形弹簧检测模具，所述的弧形弹簧检测模具是由两道开口相对的弧形滑道形成环道，弹簧呈无压缩状态放置于弧形滑道并被两端的挡块夹持，弧形弹簧检测模具固定在实验台；通过在弧形弹簧检测模具的中心位置设置可以转动的扭转盘，转动的扭转盘在弧形弹簧的端压朝向弧形弹簧施加压力，使所述的弧形弹簧被压缩，扭转盘的驱动单元采用三相变频电机。通过在试验台上模拟弧形弹簧的扭转运动，从而获得在一定的扭矩值或者扭转角度下的弧形弹簧扭矩与角度关系曲线，以及弧形弹簧的疲劳寿命，为弧形弹簧的应用提供保障。所述的控制方法采用扭矩控制模式，设置试验扭矩值Tmax，控制扭转盘的输出扭矩逐渐增大，直到正或反向达到试验扭矩值Tmax，记录试验次数，实现弧形弹簧疲劳寿命的检测。申请号为CN201510995471、专利名称为一种曲轴扭转疲劳试验装置的专利申请文件，公开了一种曲轴扭转疲劳试验装置的专利申请文件，通过将曲轴系统悬挂起来，试验曲轴两边设置摆臂的两边都设置有配重块，配重块和摆臂主体固定连接组成谐振摆臂，谐振摆臂和曲轴系统组成曲轴谐振系统，谐振摆臂的质量通过配重块来调节，进而调节曲轴谐振系统的固有频率，利用固定在基座上的电磁激振器通过推杆将激振力作用在左边谐振摆臂的一个侧面的下端，加速度传感器用于测量曲轴谐振系统的响应振动信号，激振器和加速度传感器通过导线与控制箱相连。其工作原理为：首先确定曲轴谐振系统的谐振频率，电磁激振器以该频率和一定的幅度极性激振，通过推杆把激振力传递到对应的谐振摆臂上，谐振摆臂的惯性力所产生的扭矩就施加到曲轴上，对应的另一支谐振摆臂随之发生振动，使整个曲轴谐振系统产生扭矩振动，曲轴谐振系统、激振器、加速度传感器及控制箱组成控制回路，当曲轴谐振系统的谐振频率因曲轴开裂原因而发生改变时，回路自动修正指令信号的频率，确保系统始终处于共振状态，当系统的谐振频率下降到预定值，即与某一裂纹长度的对应的值时，停止激励，得到该曲轴的寿命。通过采用谐振摆臂与曲轴的主轴颈固定的夹紧方式，提高了整个谐振系统的扭转转动惯量，从而提高了曲轴扭转疲劳试验装置的谐振频率，缩短了试验时间，提高了试验机的工作效率；通过调节配重块质量使得较大范围内进行频率调节，从而对部分振型频率接近而无法进行试验的曲轴都可以进行扭转疲劳试验，提高适用范围。申请号为CN201611114666、专利名称为一种扭杆弹簧总成的疲劳试验装置及方法的专利申请文件，公开了一种扭杆弹簧总成的疲劳试验装置及方法，所述的疲劳试验装置包括第一试验工装，所述的第一试验工装包括：与扭杆弹簧的前连接支架连接的第一接口部及与扭转试验台连接的第二接口部；第二试验工装，所述第二试验工装采用L形板式结构，包括：与所述扭转试验台连接的第一端面结构，所述第一端面结构设置于所述L形板式结构的第一边，包括与所述扭杆弹簧调整臂限位配合的第一限位结构；与所述扭杆弹簧的上垫块配合的球面结构，所述的球面结构设置于所述L形板式结构的第二边；以及平行于所述第一端面结构设置的立板，所述立板设置与所述第一限位结构同心的第二限位结构；所述扭杆弹簧总成的疲劳试验方法为：将扭杆弹簧总成调整臂与所述第一限位结构及第二限位结构贴合，连接苏搜狐第一试验工装与所述扭杆弹簧的前连接支架，连接所述第二试验工装与所述扭杆弹簧总成的上垫块、下垫块，模拟整车的装配状态；所述第一试验工装与第二试验工装固定至扭转试验台上，进行所述扭杆弹簧总成的台架疲劳试验。申请号为CN201611191402、专利名称为一种可连续调节叶片考核截面应力分布的高温疲劳试验夹具及方法的专利申请文件，公开了一种包括四个关节的试验夹具，通过调节各个关节两侧的螺栓，可连续调整整个叶片与试验机主轴的夹角，进而实现叶片的偏心拉伸，结合调整疲劳试验机的拉伸载荷，实现涡轮叶片考核截面工作应力场的模拟。其工作原理如下：通过对四个关节经过两两调节，使得叶片产生扭转变形和弯曲变形，调节所有关节后，可将单轴的拉伸载荷分解出使叶片6产生弯曲变形、扭转变形的分量，再然后按照试验载荷谱调整试验机的拉伸载荷，实现对叶片考核截面工作应力场的模拟。弹簧的疲劳强度与可靠性直接影响设备的工作性能及安全性。由于弹簧产品存在设计缺陷在恶劣工况下突然疲劳断裂而导致设备发生重大事故的事例屡见不鲜，带来的经济损失及危害更是无法估量，因此测试弹簧的疲劳寿命非常重要。然而，目前广泛使用的拉压疲劳测试方法测试周期长，试验成本高，不能完全满足现阶段弹簧产品可靠性设计与质量保障的要求。因此，一种高效率低成本的弹簧疲劳寿命试验方法是本行业亟待解决的问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术公开一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法及其装置，通过将钢丝试件与制成弹簧的钢丝同尺寸，可满足基于疲劳试验中尺寸效应的要求；其快速高效的特点又完全满足基于弹簧材料的疲劳试验要求。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，通过设置钢丝试件，将弹簧拉压疲劳试验等效为同参数钢丝的扭转疲劳试验，具体操作步骤如下：第一步：开启电源；第二步：启动PLC控制系统；第三步：选择弹簧钢丝试件；第四步：在试验装置上固定试件；第五步：进行测试，通过打滑测试的转入第六步，没有通过打滑测试的转入第四步重新固定试件；第六步：对选定后的试验模式输入参数；第七步：开始试验，启动试验程序，对试件加载作用力，使得试件在加载作用力下做往复的扭转运动；第八步：判断对试件加载作用力下的扭转次数是否持续达到T次，若是，则进入第十一步；若否，则进入第九步；第九步：判断试件是否断裂，若否，则进入第十一步；若是，则进入第十步；第十步：判断试件断裂位置是否在有效位置，若是，则进入第十一步；若否，则判定试验无效，相同试件条件下转入第四步重新测试；第十一步：记录实验数据并存储。优选的，在第五步中，所述试件在每次试验前都要进行打滑测试，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：通过设置钢丝试件，将弹簧拉压疲劳试验等效为同参数钢丝的扭转疲劳试验，具体操作步骤如下：第一步：开启电源；第二步：启动PLC控制系统；第三步：选择弹簧钢丝试件；第四步：在试验装置上固定试件；第五步：进行测试，通过打滑测试的转入第六步，没有通过打滑测试的转入第四步重新固定试件；第六步：对选定后的试验模式输入参数；第七步：开始试验，启动试验程序，对试件加载作用力，使得试件在加载作用力下做往复的扭转运动；第八步：判断对试件加载作用力下的扭转次数是否持续达到T次，若是，则进入第十一步；若否，则进入第九步；第九步：判断试件是否断裂，若否，则进入第十一步；若是，则进入第十步；第十步：判断试件断裂位置是否在有效位置，若是，则进入第十一步；若否，则判定试验无效，相同试件条件下转入第四步重新测试；第十一步：记录实验数据并存储。

【技术特征摘要】
1.一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：通过设置钢丝试件，将弹簧拉压疲劳试验等效为同参数钢丝的扭转疲劳试验，具体操作步骤如下：第一步：开启电源；第二步：启动PLC控制系统；第三步：选择弹簧钢丝试件；第四步：在试验装置上固定试件；第五步：进行测试，通过打滑测试的转入第六步，没有通过打滑测试的转入第四步重新固定试件；第六步：对选定后的试验模式输入参数；第七步：开始试验，启动试验程序，对试件加载作用力，使得试件在加载作用力下做往复的扭转运动；第八步：判断对试件加载作用力下的扭转次数是否持续达到T次，若是，则进入第十一步；若否，则进入第九步；第九步：判断试件是否断裂，若否，则进入第十一步；若是，则进入第十步；第十步：判断试件断裂位置是否在有效位置，若是，则进入第十一步；若否，则判定试验无效，相同试件条件下转入第四步重新测试；第十一步：记录实验数据并存储。2.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：在第五步中，所述试件在每次试验前都要进行打滑测试，其具体步骤如下：T51：根据计算的理论夹紧力作为预设夹紧力设定液压泵站工作压强，夹持住试件后泵站保压；T52：根据试验参数计算每次试验理论最大扭矩值T；T53：在打滑测试系统界面上，输入采样时间；T54：打滑测试在控制程序作用下开始启动；T55：采集打滑测试过程中的，记录试件在每次扭转过程中的最大扭矩值；T56：判断测试时间是否满足设定的采样时间，若是，则进入T57；若否，则继续T55的操作；T57：计算机根据每次采集到的最大扭矩值计算出实际最大扭矩的平均值T58：判断是否满足公式：若是，则判定为不打滑，并退出打滑测试；若否，则判定为打滑，重新调整T51中的预设夹紧力，并重新进行打滑测试。3.根据权利要求2所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：在T53步骤中，输入的采样时间为20～40s。4.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：在第六步中，所述的试验模式包括基于弹簧产品的疲劳寿命试验和基于弹簧材料的疲劳寿命试验，其中，基于弹簧产品的疲劳寿命试验中，在第六步中输入参数包括设定试验编号及日期，便于以后查找试验数据；用户输入弹簧产品的基本参数及工作参数，所述的基本参数及工作参数包括钢丝直径d、中径D、试验最大载荷F1、试验最小载荷F2、标定长度L、螺旋升角ɑ,点击参数计算后，计算机可以给出将弹簧实际工况等效转换为钢丝扭转疲劳试验的相应参数，等效的相应参数为预扭角最小扭转角循环特性系数r、最大负载扭矩T、转角幅长径比n；基于弹簧产品的疲劳寿命试验中，在第六步中输入参数包括设定试验编号及日期，通过输入数据钢丝直径d、最大切应力τmax、循环特性系数r、以及标定长度L，得到输出数据预扭角转角幅最小扭转角最大负载扭矩T，试验结束后，点击数据保存选项，可以存储此次计算结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德成，邵晨曦，程鹏，
申请(专利权)人：中机生产力促进中心，
类型：发明
国别省市：北京,11