专利名称：一种斜圈弹簧刚度的测量装置及测量方法
一种斜圈弹簧刚度的测量装置及测量方法技术领域
本发明属于测量工具设备领域，具体涉及一种斜圈弹簧刚度的测量装置及测量方法。
背景技术：
斜圈弹簧由于其独特的结构广泛应用于航空航天、电力系统、密封系统等众多领域。其材料、参数设计、生产制造均系国外的专利技术，通过调研发现，国内目前尚无成熟的生产制造工艺。由于其独特的机械性能和物理性能，相当一部分企业应用的斜圈弹簧完全依靠进口，其进口价格相当昂贵。因此，对于斜圈弹簧的研究，具有很强的理论价值及实用价值。斜圈弹簧性能的优劣，会对其应用效果产生至关重要的影响，精确的测量方法及装置是保证产品质量的重要条件。目前，对弹簧刚度的检测一般是采用杠杆式弹簧拉压载荷试验机或者采用电容式压力传感器，配合适当的放大显示电子仪器进行载荷测量，再在载荷测量的基础上测出弹簧的特性线，然后进行分析。这些检测方法中普遍存在测量精度低、操作麻烦、计算繁琐等弊端，而且更是不适用于斜圈弹簧等一些特殊形状弹簧的检测。发明内容
本发明的目的是提供一种斜圈弹簧刚度的测量装置及测量方法，以克服现有的方法测量斜圈弹簧的刚度存在测量精度低、操作麻烦、计算繁琐的问题。
本发明所采用的一种技术方案是，一种斜圈弹簧刚度的测量装置，包括固定支座、 活动支座和测量锥体；固定支座由底座及固定在底座上的两根平行竖杆A组成，其中一根竖杆A上设置有光栅尺A，另一根竖杆A上固定有弹簧座，弹簧座内设置有斜圈弹簧；活动支座由呈“工”字型的两根横杆和一根竖杆B组成，竖杆B与两根竖杆A平行，竖杆B上设置有光栅尺B，两根横杆通过轮子设置在带有光栅尺A的竖杆A上；测量锥体位于两根横杆之间，测量锥体的上端通过上弹簧与一根横杆连接，下端通过下弹簧与另一根横杆连接；斜圈弹簧的轴心位于测量锥体的中轴线上，测量锥体为圆台或圆锥形状，斜圈弹簧的内孔直径值在测量锥体两个端面直径值之间。
本发明所采用的第二种技术方案是，
利用上述测量装置对斜圈弹簧刚度进行测量的方法，包括以下操作步骤
步骤1，
测量时，活动支座带动测量锥体向斜圈弹簧方向运动，测量锥体的小端面朝向斜圈弹簧，在测量锥体接触斜圈弹簧前，测量锥体相对于活动支座无位移，测量锥体接触斜圈弹簧后，测量锥体进入斜圈弹簧的位移X为
χ = X1-X2(1)
其中，X1为活动支座滑动的距离，X2为上弹簧和下弹簧的变形距离；
则斜圈弹簧在径向的位移量为
权利要求
1.一种斜圈弹簧刚度的测量装置，其特征在于包括固定支座、活动支座和测量锥体 (6)；所述固定支座由底座(1-1)及固定在底座(1-1)上的两根平行竖杆A(l-2)组成，其中一根竖杆A(H)上设置有光栅尺A(3)，另一根竖杆A(H)上固定有弹簧座(7)，弹簧座⑵内设置有斜圈弹簧⑶；所述活动支座由呈“工”字型的两根横杆(2-1)和一根竖杆 B (2-2)组成，竖杆B (2- 与两根竖杆A (1-2)平行，竖杆B (2- 上设置有光栅尺B 0)，两根横杆(2-1)通过轮子(9)设置在带有光栅尺AC3)的竖杆A(H)上；所述测量锥体(6) 位于两根横杆(2-1)之间，测量锥体(6)的上端通过上弹簧(5-1)与一根横杆(2-1)连接， 下端通过下弹簧(5- 与另一根横杆(2-1)连接；所述斜圈弹簧(8)的轴心位于测量锥体 (6)的中轴线上，测量锥体(6)为圆台或圆锥形状，斜圈弹簧(8)的内孔直径值在测量锥体 (6)两个端面直径值之间。
2.利用权利要求1所述的测量装置对斜圈弹簧刚度进行测量的方法，其特征在于，包括以下操作步骤步骤1，测量时，活动支座带动测量锥体(6)向斜圈弹簧(8)方向运动，测量锥体(6)的小端面朝向斜圈弹簧(8)，在测量锥体(6)接触斜圈弹簧(8)前，测量锥体(6)相对于活动支座无位移，测量锥体(6)接触斜圈弹簧(9)后，测量锥体(6)进入斜圈弹簧(8)的位移χ为X = X1-X2(1)其中，X1为活动支座滑动的距离，X2为上弹簧(5-1)和下弹簧(5-2)的变形距离；则斜圈弹簧(8)在径向的位移量为
3.利用权利要求1所述的测量装置对斜圈弹簧刚度进行测量的方法，其特征在于，包括以下操作步骤 步骤1，测量时，活动支座带动测量锥体(6)向斜圈弹簧(8)方向运动，测量锥体(6)的小端面朝向斜圈弹簧(8)，在测量锥体(6)接触斜圈弹簧(8)前，测量锥体(6)相对于活动支座无位移，测量锥体(6)接触斜圈弹簧(8)后，测量锥体(6)进入斜圈弹簧(8)的位移χ为χ = X1-X2(8)其中，X1为活动支座滑动的距离，X2为上弹簧(5-1)和下弹簧(5-2)的变形距离； 则斜圈弹簧(8)在径向的位移量为JC-I JCry少=χ tan α = —---(9)λ其中，α为圆台形测量锥体(6)的母线与高之间的夹角，λ是测量锥体(6)的锥度，也就是 Ι/tan α ； 步骤2，若考虑测量锥体(6)与斜圈弹簧(8)之间的摩擦力，则上弹簧(5-1)和下弹簧(5-2) 作用于测量锥体(6)的力为F = F^F2 = k1x2+k2x2 = (k!+k2) x2 (10)其中，F1I2分别为上弹簧(5-1)和下弹簧(5-2)相对于活动支座的位移作用于测量锥体(6)的弹性力；1 分别为上弹簧(5-1)和下弹簧(5-2)的刚度； 步骤3，设斜圈弹簧⑶作用于测量锥体(6)的力为N，作用力N的方向垂直测量锥体(6)的侧面，N在垂直方向上的分力为Nsina ；根据力的平衡关系有F = Nsinc^f1(11)其中，斜圈弹簧⑶与测量锥体(6)之间的摩擦力大小为μ N，μ为二者之间的摩擦系数，f是斜圈弹簧(8)与测量锥体(6)之间摩擦力在垂直方向的分力； fi = μ Ncos α(12)根据力的平衡关系有F = Nsin α + μ Ncos α = N(sin α + μ cos α ) (13) 故N =_-_= ^i+(14)sin α + μ cos a sin α + μ cos a测量锥体(6)压紧斜圈弹簧(8)的力为力N在水平方向的分力，即为P = N 腳 ex = (kl +kl)X2 = +、)X2(15)tan α + // 1 + λμ步骤4，由式(9)和式(15)，得到斜圈弹簧⑶的刚度为
4.利用权利要求1所述的测量装置对斜圈弹簧刚度进行测量的方法，其特征在于，包括以下操作步骤 步骤1，测量时，活动支座带动测量锥体(6)向斜圈弹簧(8)方向运动，测量锥体(6)的小端面朝向斜圈弹簧(8)，在测量锥体(6)接触斜圈弹簧(8)前，测量锥体(6)相对于活动支座无位移，测量锥体(6)接触斜圈弹簧(8)后，测量锥体(6)进入斜圈弹簧(8)的位移χ为 χ = X1-X2(19)其中，X1为活动支座滑动的距离，X2为上弹簧(5-1)和下弹簧(5-2)的变形距离； 则斜圈弹簧(8)在径向的位移量为
全文摘要
本发明提供一种斜圈弹簧刚度的测量装置，包括固定支座、活动支座和测量锥体；固定支座由底座及两根平行竖杆A组成，一根竖杆A上设置有光栅尺A，另一根竖杆A上固定有弹簧座，弹簧座内设置有斜圈弹簧；活动支座由呈“工”字型的两根横杆和一根竖杆B组成，测量锥体通过弹簧与两根横杆连接，斜圈弹簧的轴心位于测量锥体的中轴线上。活动支座向下移动，测量锥体接触斜圈弹簧前，测量锥体相对于活动支座无位移，测量锥体接触斜圈弹簧后，测量锥体相对于斜圈弹簧产生相对位移，再求出斜圈弹簧的径向位移，又由上下弹簧的变形量、刚度，根据力的平衡关系即可计算出斜圈弹簧的刚度。本发明不仅结构紧凑、操作方便、计算简单而且具有较高的检测精度。
文档编号G01N3/14GK102519798SQ201110398609
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者刘成龙, 张新荣, 王军, 王建平 申请人:西安理工大学