圆柱螺旋弹簧疲劳试验机的开发

　　0 引言

　　弹簧的应用十分广泛, 可以说是各种机械、电器、化工等产品的关键零件。凡是承受变载荷的弹簧, 在企业内部质量控制、用户交验、新产品定型鉴定、认证,行业抽检和工艺调整环节中, 必须进行疲劳性能检测。但根据弹簧的要求不同, 对试验机的要求也不同。目前疲劳试验机分为机械式、电磁谐振式和电液伺服式。电磁谐振式弹簧疲劳试验机频率高, 振幅小, 适用于气门弹簧和柱塞簧等; 电液伺服式弹簧疲劳试验机价格昂贵, 一般中小型企业接受不了; 机械式弹簧疲劳试验机的频率可调, 振幅范围大, 价格适宜, 因此, 它的应用十分普遍。

　　我中心开发研制的圆柱螺旋弹簧疲劳试验机采用机械式结构, 可适用于汽车悬架弹簧、摩托车减震弹簧以及其它类型弹簧的疲劳性能检测。在研制过程中, 吸收了国内外同类型试验机的优点。

　　1 试验机的主要技术指标

　　试验频率: 0.5~10Hz

　　振幅: 0~75mm 可调

　　试验载荷: 2500N

　　被试验弹簧最大外径: Φ150mm

　　被试验弹簧自由长度: 390mm

　　计数器容量: 107

　　工位: 4 (即每次试验 4 只弹簧)

　　任一只弹簧断裂试验机自动停机, 并记录断裂时的试验次数; 到预置的试验次数自动停机。

　　2 试验机结构及工作原理

　　本机采用传统的连杆机构。机械部分由电机、偏心装置、随动器、直线导轨、夹具等组成。动力由变频调速电动机输出, 通过减速器、轴承座、偏心装置传递至连杆, 带动压盘对弹簧进行压缩 (或拉伸) 往复疲劳试验。如图 1 所示。

　　在设计过程中, 我们力求结构简单、可靠、运行稳定。其突出的特点是: 充分利用了弹簧具有储存能量的特点, 弹簧的装夹对称放置, 使电机在转矩接近平衡的状态下启动, 对称的弹簧起到能量互补的作用, 从而降低试验机本身电机的功率, 节约能源; 连杆的设计, 为使机构运转轻便、稳定、效率高和避免急回运动、连杆对导向装置产生较大的侧向力, 设计的压力角尽量减小, 采用加长连杆的方式; 导向装置的设计, 导向装置采用直线导轨。这样, 不仅简化了结构, 降低了成本,而且试验机在运行过程中, 同样稳定、可靠。弹簧预压力的调节, 方便、轻捷。

　　3 关键技术的设计

　　圆柱螺旋弹簧疲劳试验机研制中的技术关键在于驱动系统和电气控制系统的设计和制造, 要求整机体积小、重量轻, 结构简单、操作方便, 定位准确、工艺性好、自动化程度高。

　　3.1 驱动系统设计

　　(1) 受力分析及计算。偏心轮参数: