随着现代工业的发展,弹簧的品种、数量 日益增多,对精度、技术性能、工作环境也提出了更高的要求。弹簧作为一种机械基础元件,被广泛用于减振和缓冲、测量力的大小、储存和输出能量以及控制机构的运动等场合。各企业都在走依靠科技进步、加速技术改造、改善工艺装备的发展道路。对弹簧生产过程的监控及产 品的最终检验,是保证弹簧质量和性能的一种重要手段。因此,开发研制高精度的弹簧试验机具有重要的意义。国内生产的弹簧试验机,其读数机构、定位机构等多为机械式机构,精度低、功能不全,无法与进口试验机相比。下面是我公司分析综合国外先进试验机,应用反求工程自行开发设计的一种新型的拉压式弹簧试验机的研制。

一、系统组成及工作原理

拉压式弹簧试验机主要用于测出弹簧的受力—变形曲线或弹簧刚度。从功能上看,试验机一般由测量、传动、操作控制、显示打印等部分组成。国产万能试验机的 位移测量为游标式结构,采用机械式定位机构,测量力显示为指针式,虽有的试验机采用了数显方式,但其位移定位采用机械式结构,精度较低,不适用于高精度测 量。国外先进的试验机,采用精密力传感器,带微机处理,位移定位用高精度的光电开关,测量速度选择,手动和自动测量选择,过载安全保护,结果用数显并带微 打印机,测量精度高、定位准确、操作方便。

二、技术关键的设计

弹簧试验机研制中的技术关键在于机构零部件的设计与制造。要求整机重量轻、结构简单、操作方便、定位准确、工艺性好,设计过程中着重解决了以下几个问题:

1、导柱：国外试验机为双导柱结构,故结构庞大不紧凑,今把双导柱改为单导柱,此时,虽其受力情况、动力性能不如双导柱机构,但经过计算、单导柱结构仍能保证精度要求。

2、底座：原有国产同类试验机采用铸造结构,铸件虽刚性好,但体积大。经过计算分析后,改用簿板弯曲成U形槽后焊接,加上适当的加强筋后仍能保持原有铸件的刚度,经有限元法分析及实际使用证明其刚度足够。

3、压盘平行度误差调节机构：测量时,两压盘的平行度误差直接影响到测量结果,故在专业标准中明确加以限制,新试验机中设置了平行度误差调节圆盘,很方便地解决了两压盘的平行度问题。

4、位移定位机构：国外原试验机在测量时的位移定位采用接触式行程开关,新弹簧试验机则改用非接触式的光电开关,另外,在更精确的测量中,可以把光电开关的位置作为初定位,再用手动微进给作为精确定位。

5、导柱变形补偿算法：由于单导柱的变形比双导柱的大,故在精密测量中必须考虑导柱变形对测量结果的影响,把导柱的变形所造成的系统误差在测量结果中加以修正。

6、人机工程、外观设计：在新型试验机的设计中,很好地考虑了人机关系问题,使其更加合理,另外,在外观设计,机器色彩搭配上也做到了协调一致、和谐、自然。

三、导柱变形分析

导柱作为试验机的核心零件,其刚度的大小对测量精度影响极大并直接影响到位移传感器测量的不确定度。设计中,要正确估计其变形值并加以修正,根据试验机的结构特点,通过简化得到下列的力学模型。

四、结论

综合了国内外弹簧试验机的优点,利用反求工程设计研制了一种新型的弹簧试验机,该试验机主要技术指标达到了国外先进水平。下一步我公司将要解决提高导柱的刚度问题,以使该试验机更加完善。