一种圆柱压缩弹簧加载试验方法及系统与流程

本发明涉及一种圆柱压缩弹簧加载试验方法及系统，尤其适用机电作动器直线加载。

背景技术：

机电作动器发展速度飞快，又由于其有非常突出的优点，所以应用也迅速扩大，随之而来的就是对其实际应用场合的性能验证试验。

其中加载试验必不可少，之前的加载为板簧加载，载荷较大时重量很重，装配不方便，且板簧的订做昂贵，厂家难寻。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种圆柱压缩弹簧加载试验方法及系统，解决目前技术面临的两大问题(1)解决圆柱压缩弹簧不能改变力梯度、利用效率底、被动加载碰撞接触件的问题(2)解决大载荷板簧重量重和不宜制造的问题。(3)解决机电作动器试验零位不能任意调节的问题。

本发明解决的技术方案为：一种圆柱压缩弹簧加载试验方法，步骤如下

(1)安装承载圆柱压缩弹簧的基座；

(2)将导轨(3)安装在基座上；

(3)滑动板(4)安装在导轨(3)上，使滑动板(4)能够在导轨上(3)上滑动；

(4)螺杆(5)穿过滑动板(4)的通孔，将每根螺杆两端各套装一根弹簧，螺杆一端的弹簧设为第一弹簧，螺杆另一端的弹簧设为第二弹簧；

(5)根据推动作动器的最大推力fmax，计算力梯度f＝fmax/l，式中l表示机电作动器丝杠的最大位移的两倍；

(6)根据需要的力梯度f，计算锁紧螺母(1)预压弹簧的预压量，即预缩第一弹簧的长度l1和预压第二弹簧的长度l2；

l1＝l2＝l/2

(7)调整锁紧螺母(1)，使第一弹簧的预压量和第二弹簧的预压量均达到l/2；

(8)将机电作动器的前支耳连接滑动板(4)，装配的机电作动器匹配弹簧的位移和最大推力；(机电作动器匹配弹簧的位移和最大推力，是指：机电作动器的最大伸缩位移和推力能够支持弹簧的最大位移和最大位移需要的推力)

(9)机电作动器在前支耳和丝杠之间安装拉压力传感器，机电作动器的丝杠开始运动，即从零位向一个方向伸出至第一弹簧最大压缩量，再向反方向缩回至第二弹簧的最大压缩量，最后回到零位，机电作动器的运动过程中每隔固定长度n，记录一次拉压力传感器的读数，实现对第一弹簧和第二弹簧的标定；根据拉压力传感器的读数，与拉压力传感器读数时刻作动器的位移，计算此刻弹簧的力梯度，包括第一弹簧的力梯度和第二弹簧的力梯度；

(10)步骤(9)得到距零位m距离以内的传感器读数对应的弹簧力梯度在步骤(5)计算的力梯度的±15％范围内，且其余传感器读数对应的弹簧力梯度在步骤(5)计算的力梯度的±8％范围内，则判定第一弹簧和第二弹簧指标合格；

m的取值范围为5mm～20mm；

fmax设计为最大推力的1.2倍及已上；

导轨长度为试验台长度的2/3长度；

螺杆为t型大螺距全螺纹；

螺杆长度应超出试验台体400mm及已上。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明圆柱弹簧预先压缩，使该压缩量大于伺服机构在该弹簧被压缩方向的最大行程，保证被测伺服机构全行程内，对称布局的所有圆柱弹簧均处于压缩工作状态，提高负载台力梯度、弹簧利用效率、避免碰撞弹簧和接触件的碰撞，通过在被测伺服机构处于中立位置时，通过负载台的所有圆柱弹簧预先压缩，使该压缩量大于伺服机构在该弹簧被压缩方向的最大行程，保证被测伺服机构全行程内，对称布局的所有圆柱弹簧均处于压缩工作状态，提高负载台力梯度、弹簧利用效率、避免碰撞弹簧和接触件的碰撞。

(2)本发明同组弹簧情况下，实现不同加载力梯度，最大实现2倍初始力梯度

圆柱压缩弹簧预压使用，根据圆柱压缩弹簧预压量不同，力梯度随之增加，预压圆柱压缩弹簧全行程50％实现最大于2倍初始力梯度。

(3)本发明锁紧螺母在螺杆的位置调节实现满足不同作动器零位的条件。通过锁紧螺母的调节满足不同作动器的零位要求，实现在一定范围内通用。

(4)本发明弹簧多组对称使用，使弹簧质量变轻，容易操作安装，且实现较大载荷的加载，根据作动器行程和最大推力计算弹簧值，并分成多组对称使用，增加弹簧数量减轻弹簧单根质量，实现大载荷并实现操作简便。

(5)本发明锁紧螺母可以将弹簧套装20mm及以上，使弹簧试验时更具安全性能。

附图说明

图1本发明的结构原理图；

图2本发明的锁紧螺母全剖视图；

图3本发明的未预压弹簧情况下的力随线位移变化图；

图4本发明的预压弹簧情况下的力随线位移变化图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明提出一种圆柱压缩弹簧加载试验方法，利用圆柱压缩弹簧被动加载，对称布局的所有圆柱弹簧均处于压缩工作状态，提高负载台力梯度、弹簧利用效率、避免碰撞弹簧和接触件的碰撞，根据被测机电作动器的最大推力fmax，计算圆柱压缩弹簧力梯度f＝fmax/l，式中l表示机电作动器丝杠的最大位移的两倍；根据需要的力梯度f，计算锁紧螺母(1)预压弹簧的预压量，即预缩第一弹簧的长度l1和预压第二弹簧的长度l2，l1＝l2＝l/2；调整锁紧螺母(1)，使第一弹簧的预压量和第二弹簧的预压量均达到l/2；同组弹簧情况下，实现不同加载力梯度，最大实现2倍初始力梯度，锁紧螺母在螺杆的位置调节实现满足不同作动器零位的条件；并用压力传感器则判定第一弹簧和第二弹簧指标合格，如图2所示。

如图1所示，安装承载圆柱压缩弹簧的基座，为了更好的完成被测作动器频率试验基座与地面固定；

将导轨(3)安装在基座上，导轨应能承受单侧弹簧扭转力的2倍以上；

滑动板(4)安装在导轨(3)上，使滑动板(4)能够在导轨上(3)上滑动；滑动板必须能够套装弹簧20mm及以上防止圆柱压缩弹簧窜动。

螺杆(5)穿过滑动板(4)的通孔，将每根螺杆两端各套装一根弹簧，螺杆一端的弹簧设为第一弹簧，螺杆另一端的弹簧设为第二弹簧；

根据推动作动器的最大推力fmax，计算力梯度f＝fmax/l，式中l表示机电作动器丝杠的最大位移的两倍。圆柱弹簧预先压缩，使该压缩量大于伺服机构在该弹簧被压缩方向的最大行程，保证被测伺服机构全行程内，对称布局的所有圆柱弹簧均处于压缩工作状态，提高负载台力梯度、弹簧利用效率、避免碰撞弹簧和接触件的碰撞

根据需要的力梯度f，计算锁紧螺母(1)预压弹簧的预压量，即预缩第一弹簧的长度l1和预压第二弹簧的长度l2；

l1＝l2＝l/2

调整锁紧螺母(1)，使第一弹簧的预压量和第二弹簧的预压量均达到l/2；

将机电作动器的前支耳连接滑动板(4)，装配的机电作动器匹配弹簧的位移和最大推力；(机电作动器匹配弹簧的位移和最大推力，是指：机电作动器的最大伸缩位移和推力能够支持弹簧的最大位移和最大位移需要的推力)

机电作动器在前支耳和丝杠之间安装拉压力传感器，机电作动器的丝杠开始运动，即从零位向一个方向伸出至第一弹簧最大压缩量，再向反方向缩回至第二弹簧的最大压缩量，最后回到零位，机电作动器的运动过程中每隔固定长度n，记录一次拉压力传感器的读数，实现对第一弹簧和第二弹簧的标定；根据拉压力传感器的读数，与拉压力传感器读数时刻作动器的位移，计算此刻弹簧的力梯度，包括第一弹簧的力梯度和第二弹簧的力梯度；

零位m距离以内的传感器读数对应的弹簧力梯度的±15％范围内，且其余传感器读数对应的弹簧力梯度在±8％范围内，则判定第一弹簧和第二弹簧指标合格；

m的取值范围为5mm～20mm，因为零附近的力梯度较低，但圆柱压缩弹簧全行程推力满足fmax的1.2倍及已上；

为了提高导轨的利用率和节约成本导轨长度为试验台长度的2/3长度；

螺杆为t型大螺距全螺纹是为了满足满足被测机电作动器的不同零位的调整，同时加长螺杆的长度是为了更好的调节被测机电作动器的零位。

优选根据下表列出的测量补偿进行测试，如表1所示，优选的力梯度要求值如表1内所示；

表1数据测量表

如图3所示为弹簧未预压力随线位移的变化曲线，如图4所示为弹簧预压后的力随线位移的变化曲线，根据对比弹簧预压力矩提高且线性度更优。同组弹簧情况下，实现不同加载力梯度，最大实现2倍初始力梯度，圆柱压缩弹簧预压使用，根据圆柱压缩弹簧预压量不同，力梯度随之增加，预压圆柱压缩弹簧全行程50％实现最大于2倍初始力梯度。

本发明圆柱弹簧预先压缩，使该压缩量大于伺服机构在该弹簧被压缩方向的最大行程，保证被测伺服机构全行程内，对称布局的所有圆柱弹簧均处于压缩工作状态，提高负载台力梯度、弹簧利用效率、避免碰撞弹簧和接触件的碰撞，通过在被测伺服机构处于中立位置时，通过负载台的所有圆柱弹簧预先压缩，使该压缩量大于伺服机构在该弹簧被压缩方向的最大行程，保证被测伺服机构全行程内，对称布局的所有圆柱弹簧均处于压缩工作状态，提高负载台力梯度、弹簧利用效率、避免碰撞弹簧和接触件的碰撞。