一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，所述的试验装置包括驱动系统，液压夹具系统，静止端和试验台架四个部分，驱动机构被配置为试验装置的动力执行机构；液压夹具系统包括液压夹头及液压泵站；静止端包括扭矩传感器和支撑架；试验台架被配置为支撑扭转装置，液压夹具系统之间夹持钢丝试件，通过PLC控制系统将计算机与动力执行机构连接，PLC控制系统在接收到计算机的参数信息后，控制动力执行机构，对钢丝试件加载作用力，使得钢丝试件做往复的扭转运动，扭矩传感器采集钢丝的扭矩值，PLC记录钢丝试件的扭转次数并将获得的试验参数传递给计算机，计算机保存试验的扭转次数及试验参数，使得钢丝扭转试验等效为弹簧拉压疲劳试验。

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置
本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。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，本技术公开一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，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装置，所述的试验装置包括驱动系统，液压夹具系统，静止端和试验台架四个部分，驱动机构被配置为试验装置的动力执行机构，包括直驱电机和输出主轴；液压夹具系统包括液压夹头及液压泵站；静止端包括扭矩传感器和支撑架；试验台架被配置为支撑整个扭转装置，它包括导轨，导轨滑块，定位块及试验台面，液压夹具系统之间夹持钢丝试件，通过PLC控制系统将计算机与动力执行机构连接，PLC控制系统在接收到计算机的参数信息后，控制动力执行机构，对钢丝试件加载作用力，使得钢丝试件做往复的扭转运动，扭矩传感器采集钢丝试件在试验时的扭矩值，PLC记录钢丝试件的扭转次数并将获得的试验参数传递给计算机，计算机保存试验的扭转次数及试验参数，使得钢丝扭转试验等效为弹簧拉压疲劳试验。所述的动力执行机构采用直驱电机进行动力加载，所述的直驱电机包括转子、定子以及绝对正弦编码器，所述的转子通过压紧联轴器与机器轴承固定相连，电机外壳与机框通过螺栓固定相连，在机框上的螺栓连接处设置法兰连接面。所述的动力执行机构采用CDDR系列C063C电机及配套的AKD-P01206驱动单元作为动力加载单元。所述的液压夹头采用弹簧夹头夹持，夹头的瓣数为3～5个，液压泵站通过配套的夹头座为夹头输入液压动力。所述的输出主轴通过滚动轴承安装在机架上，滚动轴承工作时内外套圈间有相对运动，滚动体既自转又围绕轴承中心公转，滚动轴承的内套圈随输出主轴一起往复旋转，滚动轴承的外套圈静止不动。所述的输出主轴与法兰盘通过圆头平键实现联接，圆头平键的侧面是工作面，工作时靠键与键槽的互压传递转矩。所述的试验装置的主体通过电路连接实现电路控制，所述的试验装置的主体电路包括主电路，控制电路，报警电路，电磁制动电路以及与PLC连接电路。所述试验装置在实验过程中，包含两种试验模式，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，在第七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，在第七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果，下次试验时可以提取此次结果，也可直接点击进入试验选项。所述直驱电机的控制模式采用PLC脉冲发生模式，通过计算机将换算的工作参数传递给PLC，PLC根据这些参数，发出脉冲信号给伺服驱动器，伺服驱动器根据脉冲信号的频率和脉冲个数控制电机的转速和转角，同时，电机尾部设置的旋转编码器将电机的转角及转速反馈给伺服驱动器，伺服驱动器对比发出脉冲与反馈脉冲调整电机转角，完成伺服控制，PLC记录发出脉冲列的个数，当试件扭转断裂时，安装在固定端的扭矩传感器采集不到扭矩信号，PLC停止给伺服驱动器发送脉冲信号，电机停止运转；由于每完成一次试验电机会转向一次，因此方向脉冲的个数等于试验的次数；PLC将方向脉冲列的个数传递给计算机，即完成试验次数的记录。所述的导轨为直线导轨，导轨设置在试验台架的上表面，试件钢丝夹在液压夹具系统之间，在钢丝试件安装后，静止端前后都设置有定位块，定位块被配置为保持钢丝在实验过程中拉直。本技术的有益效果如下：本技术所述的试验方法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。本技术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，减少中间的机械传动装置，提高了试验装置的灵活性和响应速度，避免了传动环节的机械磨损，提升了试验装置长周期工作的安全性和稳定性，消除了中间环节的机械间隙，满足试验高精度的要求；通过采用位置控制的伺服控制模式，以转角为被控量，确保了电机位置的准确性。附图说明为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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获得其他的附图。图1为本技术一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置中所述弹簧钢丝试件的簧丝截面示意图；图2为本技术一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置中簧丝实体的弹簧材料截面应力状态示意图；图3为本技术一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置所述的弹簧材料截面受力分析图；图4为本技术一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置所述图3中的截面A的切应力分布图；图5为本技术一种弹簧钢丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述的试验装置包括驱动系统，液压夹具系统，静止端和试验台架四个部分，驱动机构被配置为试验装置的动力执行机构，包括直驱电机和输出主轴；液压夹具系统包括液压夹头及液压泵站；静止端包括扭矩传感器和支撑架；试验台架被配置为支撑整个扭转装置，它包括导轨，导轨滑块，定位块及试验台面，液压夹具系统之间夹持钢丝试件，通过PLC控制系统将计算机与动力执行机构连接，PLC控制系统在接收到计算机的参数信息后，控制动力执行机构，对钢丝试件加载作用力，使得钢丝试件做往复的扭转运动，扭矩传感器采集钢丝试件在试验时的扭矩值，PLC记录钢丝试件的扭转次数并将获得的试验参数传递给计算机，计算机保存试验的扭转次数及试验参数，使得钢丝扭转试验等效为弹簧拉压疲劳试验。

【技术特征摘要】
1.一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述的试验装置包括驱动系统，液压夹具系统，静止端和试验台架四个部分，驱动机构被配置为试验装置的动力执行机构，包括直驱电机和输出主轴；液压夹具系统包括液压夹头及液压泵站；静止端包括扭矩传感器和支撑架；试验台架被配置为支撑整个扭转装置，它包括导轨，导轨滑块，定位块及试验台面，液压夹具系统之间夹持钢丝试件，通过PLC控制系统将计算机与动力执行机构连接，PLC控制系统在接收到计算机的参数信息后，控制动力执行机构，对钢丝试件加载作用力，使得钢丝试件做往复的扭转运动，扭矩传感器采集钢丝试件在试验时的扭矩值，PLC记录钢丝试件的扭转次数并将获得的试验参数传递给计算机，计算机保存试验的扭转次数及试验参数，使得钢丝扭转试验等效为弹簧拉压疲劳试验。2.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述的动力执行机构采用直驱电机进行动力加载，所述的直驱电机包括转子、定子以及绝对正弦编码器，所述的转子通过压紧联轴器与机器轴承固定相连，电机外壳与机框通过螺栓固定相连，在机框上的螺栓连接处设置法兰连接面。3.根据权利要求2所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述的动力执行机构采用CDDR系列C063C电机及配套的AKD-P01206驱动单元作为动力加载单元。4.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述的液压夹头采用弹簧夹头夹持，夹头的瓣数为3～5个，液压泵站通过配套的夹头座为夹头输入液压动力。5.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验装置，其特征在于：所述的输出主轴通过滚动轴承安装在机架...

【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：新型
国别省市：北京,11