SU1727012A1 - Device for determining rigidity parameters of helical compression springs - Google Patents

Description

содержащее основание с жестко установленными на нем направл ющими, две опоры, св занные с соответствующими приводами и предназначенные дл  закреплени  на них испытуемой пружины. Одна из опор имеет возможность осевого смещени , втора  опора установлена на шарнирах , опираетс  на основание через силоизмеритель и имеет возможность поперечного смещени .containing a base with guides rigidly mounted thereon, two supports connected with respective drives for fixing the tested spring on them. One of the supports has the possibility of axial displacement, the second support is mounted on hinges, rests on the base through a load cell and has the possibility of lateral displacement.

Однако вышеуказанное устройство имеет низкую точность измерени  из-за того , что пружина во врем  испытани  получает паразитные деформации раст жени  и изгиба. Происходит это по следующим при- чинам. При поперечном нагружении, как было показано выше, пружина получит дополнительную деформацию удлинени  д Н А , котора  нагрузит пружину дополнительно осевой силойHowever, the aforementioned device has low measurement accuracy due to the fact that the spring during the test receives parasitic deformations of stretching and bending. This happens for the following reasons. Under transverse loading, as was shown above, the spring will receive an additional strain of elongation d H A, which will additionally load the spring with axial force

Р СР С

sin(arctgjq)sin (arctgjq)

-Н-N

где С - жесткость пружины.where C is the spring stiffness.

Ввиду конструктивных особенностей устройства лини  действи  поперечной силы эксцентрична по отношению к торцу исследуемой пружины, что приводит к воз- никновению дополнительного (паразитного ) момента, изгибающего пружинуDue to the design features of the device of action of the transverse force, it is eccentric with respect to the end face of the spring under study, which leads to the appearance of an additional (parasitic) moment bending the spring

МИзг 0« I,Mizg 0 "I,

где Мизг - изгибающий момент;where Mizg - bending moment;

Q - поперечна  сила;Q - transverse force;

I - рассто ние от торца пружины до оси силового привода.I is the distance from the spring end to the axis of the power drive.

Цель изобретени  - повышение точно- сти измерени  устройства и расширение его функциональных возможностей.The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy of the device and expand its functionality.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  определени  параметров жесткости винтовых пружин сжати , содер- жащее основание с размещенными на нем параллельно друг другу направл ющими, неподвижную и подвижную в продольном направлении опоры, св занные с соответствующими концами направл ющих через две пары шарниров, причем лини  центров одной пары шарниров находитс  на одном уровне с поверхностью неподвижной опоры , силовой привод, шток которого св зан с подвижной опорой, датчики силы и датчики перемещений жестко закрепленными ча кронштейнах основани  и предназначенными дл  измерени  относительных угловых и линейных смещений торцов испытуемой пружины,The goal is achieved by the fact that the device for determining the stiffness parameters of the helical compression springs, containing the base with guides parallel to each other, fixed and movable in the longitudinal direction, are associated with the respective ends of the guides through two pairs of hinges, the line of centers of one pair of hinges is flush with the surface of the fixed bearing, the power drive, the rod of which is connected to the movable support, force sensors and displacement sensors rigidly fixed and cha base brackets for measuring the relative angular and linear displacements of the ends of the test spring,

00

5 050

5five

0 0

5five

0 0

5 0 5 5 0 5

Известно техническое решение, предназначенное дл  измерени , главным образом , наклона оконечных частей пружин, содержащее две расположенные на некотором рассто нии одна от другой стендовые опоры, кажда  из которых установлена на универсальном шарнире, при этом на ос х шаровых шарниров расположены датчики угла поворота, измер ющие величину наклона соответствующей опоры. По величинам измерений ЭВМ рассчитывает наклон торцов пружины при наличии или отсутствии ее нагружени .A technical solution is known for measuring, mainly, the inclination of the end parts of the springs, which contains two bench supports located at some distance from one another, each of which is mounted on a universal joint, while the angle sensors are located on the axes of the ball joints. tilt of the corresponding support. According to the measurement values of the computer, it calculates the inclination of the ends of the spring in the presence or absence of its loading.

Однако указанное техническое решение не позвол ет измер ть параметры жесткости пружин.However, this technical solution does not allow measurement of spring stiffness parameters.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство , общий вид; на фиг. 2 - конструкци  подвижной опоры, представл юща  собой сферический (универсальный) шарнир; на фиг. 3 - неподвижна  опора, предусматривающа  жесткое крепление торца пружины; на фиг. 4 - расчетна  схема, позвол юща  оценить погрешность осевого нагружени  пружины при определении ее поперечной жесткости с помощью предлагаемого устройства.FIG. 1 shows the proposed device, a general view; in fig. 2 - the design of the movable support, which is a spherical (universal) hinge; in fig. 3 - fixed support, providing a rigid attachment of the spring end; in fig. 4 is a design diagram that makes it possible to estimate the error of the axial loading of the spring in determining its transverse rigidity using the proposed device.

Устройство состоит из основани  1 с установленными на нем направл ющими 2, двух опор 3 и 4, между которыми размещена испытуема  пружина 5. Устройство снабжено двум  шарнирами 6, св зывающими одни концы стоек 2 с основанием 1, а другие их концы св заны через два других шарнира с опорой 3, образу  четырехзвенник, имеющий возможность поперечного перемещени . Через центр плиты 3 проходит шток 7. Гайка 8 предназначена дл  фиксировани  осевой нагрузки Р. На штоке 7 и на опоре 4, опирающейс  на основание 1 через силоизмеритель 9 (контролирует осевую силу Р), закреплены болтами соответственно опоры 10 и 11 дл  установки на них испытуемой пружины 5. Опора 11 может быть выполнена в виде сферического шарнира (фиг. 2). Опорна  поверхность неподвижной опоры 10 находитс  на одном уровне с линией центров одной пары подшипников 6. Угловые и линейные перемещени  торцов пружины 5 из- мер ютс  датчиками 12 и 13, закрепленными при помощи кронштейнов 14 на основании 1, по направлению осей универсального шарнира опоры 11. Сигналы датчиков 12 и 13 регистрируютс  при помощи соответствующей тензометриче- ской аппаратуры, котора  может подключатьс  к ЭВМ.The device consists of a base 1 with guides 2 mounted on it, two supports 3 and 4, between which the spring 5 is placed. The device is equipped with two hinges 6 connecting one ends of the uprights 2 to the base 1, and their other ends are connected through two other hinge with support 3, forming a four-link, having the possibility of lateral movement. A rod 7 passes through the center of the plate 3. The nut 8 is designed to fix the axial load P. On the rod 7 and on the support 4, resting on the base 1 through the load cell 9 (controls the axial force P), the bolts 10 and 11 are fixed with bolts respectively test spring 5. Bearing 11 may be made in the form of a spherical hinge (Fig. 2). The bearing surface of the fixed bearing 10 is flush with the center line of one pair of bearings 6. The angular and linear movements of the ends of the spring 5 are measured by sensors 12 and 13, fixed with brackets 14 on the base 1, in the direction of the axes of the universal joint of the support 11. The signals from sensors 12 and 13 are recorded using appropriate strain gauge equipment that can be connected to a computer.

По величинам измерений рассчитывают непараллельность.торцов пружины и отклонение ее оси от перпендикул рности к торцам .According to the measurement values, the non-parallelism of the ends of the spring and the deviation of its axis from perpendicular to the ends are calculated.

Устройство работает в трех режимах: нагружение исследуемой пружины в осевом направлении, определ етс  осева  жесткость; нагружение пружины осевой и поперечной силами при различных вариантах закреплени  ее торцов, определ етс  поперечна  жесткость в зависимости от изменени  величины осевой силы и способов закреплени  торцов пружины; измерение величины неперпендикул рности торцов пружины и величины отклонени  от перпендикул рности ее оси к торцам.The device operates in three modes: loading the spring under study in the axial direction; axial stiffness is determined; loading the spring with axial and transverse forces in various ways of fixing its ends, lateral stiffness is determined depending on the change in the magnitude of the axial force and methods of fastening the ends of the spring; measuring the magnitude of the non-perpendicularity of the ends of the spring and the magnitude of the deviation from its perpendicularity of its axis to the ends.

В первом режиме устройство работает следующим образом. На опорах 3 и 4 устройства жестко закрепл етс  пружина 5. При включении привода осевого нагружени  шток 7 перемещает опору 10 и нагружает пружину в осевом направлении, Ос ева  жесткость определ етс  по показател м силоизмерител  9 и по величине осевой деформации пружины 5.In the first mode, the device operates as follows. On the supports 3 and 4 of the device, the spring 5 is rigidly fixed. When the axial loading drive is activated, the rod 7 moves the support 10 and loads the spring in the axial direction.

Во втором режиме работы устройства после включени  привода осевого нагружени  по показани м силоизмерител  9 устанавливают нужную дл  испытаний величину осевой силы. После включени  привода поперечного нагружени , св занного с направл ющими 2, последние наклон ютс  на некоторый угол а, а торец пружины 5 получит сдвиг А на величинуIn the second mode of operation of the device, after switching on the axial loading drive, according to the indications of load-measuring device 9, the axial force value necessary for testing is established. After turning on the transverse loading drive associated with the guides 2, the latter are inclined at a certain angle a, and the end of the spring 5 will receive an A shift by an amount

А Нет tg a,A No tg a,

где Нет - высота направл ющих, а- угол наклона стоек. Развиваемую приводом силу Q определ ют по силоизмерителю, вход щему в комплект привода. При наклоне пружины 5 ее осева  жесткость несколько уменьшитс , что в свою очередь приведет к уменьшению осевой нагрузки на пружину 5 при неизменной ее осевой деформации. Силоизмери- тель 9 зафиксирует падение нагрузки, после чего включением силового привода дл  осевого нагружени  пружины 5, догружают ее до требуемой программой испытани  величины и фиксируют ее гайкой 8. Поперечную жесткость пружины наход т по формулеwhere No is the height of the guides, and is the angle of the racks. The force developed by the drive, Q, is determined by the load cell supplied with the drive. When the spring 5 tilts, its axial stiffness decreases somewhat, which in turn will reduce the axial load on the spring 5 with its axial deformation unchanged. The force measuring device 9 fixes the load drop, after which the power drive is turned on to axially load the spring 5, load it up to the required test program value and fix it with a nut 8. The transverse spring stiffness is found by the formula

-iCQ - поперечна  жесткость; Q - поперечна  сила; Л - поперечное перемещение торцов пружины.-iCQ - lateral stiffness; Q - transverse force; L - transverse movement of the ends of the spring.

При наклоне стоек 2 на угол а, точка В0 переместитс  по дуге радиуса Нет (высота направл ющих) и займет новое положение в точке В, ток 7 опуститс  вниз и сожмет пружину 5 на величину ДНпр -ВВ. Угол а можно вычислить по формулеWhen tilting the legs 2 at an angle a, point B0 moves along an arc of radius No (height of the guides) and takes a new position at point B, current 7 goes down and compresses the spring 5 by the value DNpr -BB. Angle a can be calculated by the formula

. Из фиг. 4 видно, что В В1 АВ Пет. From FIG. 4 shows that B B1 AB Pet

АВо, где АВ1 . . Очевидно, что ДНпр ABO, where AB1. . Obviously, DNP

иi sino:ii sino:

-ВВ --BB cos a. -BB --BB cos a.

При наклоне стоек на угол а пружина 5 наклонитс  на уголWhen the racks are tilted at an angle, the spring 5 will tilt at an angle

1515

tgtg

d d

Нпр А НпрNpr A Npr

где Нпр - высота предварительно сжатой пружины при вертикальном положении сто- ек.where Npr is the height of the pre-compressed spring at the vertical position of the racks.

В результате наклона пружина 5 удлин етс  на величину С1 С11 Д Нпр ОС - ОС1,As a result of the inclination, the spring 5 lengthens by the amount of C1 C11 D Npr OC - OC1,

где ОС1 Нпр - А Нпр, ОС .where OS1 Npr - A Npr, OS.

Sin о1 Вертикальна  составл юща  удлинени Sin O1 Vertical component elongation

СС пружины 5 равна CiC11 С1 С11 cos d . Суммарна  паразитна  деформаци  пружины 5 равна А НПр А Нпр +. АНп р .The CC of the spring 5 is equal to CiC11 C1 C11 cos d. The total parasitic deformation of the spring 5 is equal to A NPR A Npr +. ANP p.

При высоте сжатой пружины 5With the height of the compressed spring 5

НПр 600 мм, высоте стоек Нет 700 мм и максимальном угле их наклона около 8° ( Д 120 мм) паразитное максимальное удлинение , пружины 5 составл ет примерноNPr 600 mm, height of racks No 700 mm and a maximum angle of inclination of about 8 ° (D 120 mm) parasitic maximum elongation, the spring 5 is approximately

1-25% от рабочей деформации 130мм.1-25% of the working deformation 130mm.

В третьем режиме устройство используетс  дл  определени  технологических погрешностей формы пружины 5. Дл  этого пружину 5 без зазора устанавливают наIn the third mode, the device is used to determine the technological errors of the shape of the spring 5. To do this, the spring 5 is installed without a gap on

опоры 10 и 11, одна из которых, например верхн   - шарнирна , а нижн   - жестка  (неподвижна ). Если испытуема  пружина 5 изготовлена с геометрическими отклонени ми формы, то торец верхней опоры 11 получит линейные и угловые перемещени , о величине которых можно судить по показани м тензометрической аппаратуры, например , тензометрического измерител  деформаций ИДЦ-1 (не показано), к которому подключаютс  датчики 12 и 13.the supports 10 and 11, one of which, for example, the upper one is hinged, and the lower one is rigid (fixed). If the test spring 5 is made with geometrical shape deviations, then the end of the upper support 11 will receive linear and angular displacements, the magnitude of which can be judged by the readings of strain gauge equipment, for example, strain gauge strain gauge IDC-1 (not shown) to which the sensors are connected 12 and 13.

Предлагаемое устройство имеет по сравнению с прототипом расширенные функциональные возможности: оно позвол ет дл  свободной и нагруженной пружиныThe proposed device has enhanced functionality compared with the prototype: it allows for free and loaded springs

измер ть непараллельность торцов, отклонение оси пружины от перпендикул рности к торцам, исследовать их вли ние на поперечную жесткость. Вышеуказанные измерени  нельз  выполн ть при помощи прототипа.measure the non-parallelism of the ends, the deviation of the spring axis from the perpendicular to the ends, and examine their effect on lateral stiffness. The above measurements cannot be performed with a prototype.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  определени  параметров жесткости винтовых пружин сжати , содержащее основание, размещенные на нем параллельно друг другу направл ющие, неподвижную и подвижную в продольном направлении опоры, св занные с соответствующими концами направл ющих, силовой привод, шток которого св зан с подвижной A device for determining the stiffness parameters of the helical compression springs, comprising a base, guided parallel to each other, fixed and movable in the longitudinal direction of the support, connected to the respective ends of the guides, a power drive, the rod of which is connected to the movable опорой, датчики силы и датчики перемещени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  эксплуатационных возможностей, опоры шарнир- носв заны с концами направл ющих, лини  центров шарниров неподвижной опоры совмещена с ее опорной поверхностью, а подвижна  в продольном направлении опора установлена с возможностью поперечного смещени .Support, force sensors and displacement sensors, characterized in that, in order to increase accuracy and expand operational capabilities, the hinge supports are connected to the ends of the guides, the hinge line of the fixed support hinges is aligned with its support surface, and the support is movable in the longitudinal direction with the possibility of transverse displacement. Фиг.22 Фи&.3Fi & .3 7777777f7,/T- 7 77-77777Г7 Фиг 47777777f7, / T- 7 77-77777Г7 Fig 4