一種柔性彈簧剛度的測試裝置的製作方法

2023-05-18 22:36:26

專利名稱：一種柔性彈簧剛度的測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及柔性彈簧，特別是一種用於無油潤滑直線壓縮機和自由活塞斯特林機器中的柔性彈簧徑向剛度和軸向剛度的測試裝置。
背景技術：
柔性彈簧是保證無油潤滑直線壓縮機和自由活塞斯特林機器中活塞與氣缸的密封間隙，為活塞的往復振動提供足夠的剛度和一定的行程，以減少磨損、提高整機可靠性的關鍵部件。基於上述要求，很有必要測試柔性彈簧的軸向剛度和徑向剛度。a.所述的徑向剛度是指柔性彈簧的徑向力與徑向位移之比。在制冷機及壓縮機中彈簧與活塞軸直接相連，彈簧支撐著活塞及電機動子組件，由於電機的充磁不均、結構的不對稱等原因，活塞常會受到側向力的作用，而這種側向力會破壞氣缸與活塞之間的間隙密封，嚴重的情況下還會造成活塞與氣缸直接摩擦的不良後果。因此，對彈簧而言，其徑向剛度應該儘量的大，保證活塞的運動不偏離中心位置。b.所述的軸向剛度是指柔性彈簧的軸向力與軸向位移之比。不論是直線壓縮機還是膨脹機，其運動狀態均為直線的往復運動。對於制冷機而言，工作在與作為振子系統的彈簧部件相同的頻率時會發生共振現象，從而引起較大的噪音，甚至制冷機的損壞，因此彈簧的軸向剛度對於整機的能耗和運行的穩定性都起著十分重要的作用。

發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種柔性彈簧剛度的測量裝置， 在實驗室條件下可以用於測試自由活塞斯特林機器及直線壓縮機的柔性彈簧的軸向剛度和徑向剛度的測量裝置，為保證柔性彈簧有合適的軸向剛度和較大的徑向剛度提供依據。 同時本發明中的千分表支架也解決了在用千分表測量彈簧的徑向偏移量時千分表支架在水平面上的擺動問題，有效的減少誤差，提高測量的精確度。為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下—種柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於包括彈簧支架臺和千分表支架臺；所述的彈簧支架臺是由四根等長的支架杆的兩端與兩塊平行放置的方形支架板的四角通過連接固定而形成的立方框架結構，所述的兩塊方形支架板的中央具有相互對稱的園孔，在所述的園孔的周緣均勻分布有數個彈簧座安裝孔，兩塊圓環形彈簧座的周緣亦具有均勻分布的彈簧座安裝孔，該圓形彈簧座的中心孔的直徑略小於待測柔性彈簧的外徑，在該中心孔的周緣均勻分布有多個彈簧安裝孔，通過相對應方形支架板彈簧座安裝孔和彈簧座的彈簧座安裝孔將所述的圓環形彈簧座固定在所述的方形支架板上；所述的彈簧支架臺還包括一根彈簧運動軸，該彈簧運動軸的直徑與所述待測柔性彈簧的中心孔的直徑相適配，該彈簧運動軸的兩端設有螺孔，通過螺釘依次深入彈簧內墊片的中心孔、待測柔性彈簧的中心孔和彈簧運動軸兩端的螺孔，將所述的待測柔性彈簧固定在所述的彈簧運動軸兩端；
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所述千分表支架臺包括具有凹槽的支座和一個連杆滑塊，該連杆滑塊的一端嵌入所述支座的豎直凹槽內並可沿所述的豎直凹槽上下滑動，該凹槽上設有孔，用於通過螺釘固定所述連杆滑塊的位置，連杆滑塊的另一端裝有千分表；將所述的千分表的觸頭緊密帖附在柔性彈簧運動軸的上表面後固定所述的彈簧支架臺和所述千分表支架臺。還包括一根遊標卡尺。所述的彈簧支架還包括分別位於所述彈簧運動軸兩端的圓環形彈簧內墊片12和彈簧外墊片10，該四塊彈簧外墊片具有與所述的圓環形彈簧座的彈簧安裝孔相對應的安裝孔，所述的圓環形彈簧座和四塊圓環形彈簧外墊片用於固定待測柔性彈簧的周緣；所述的彈簧內墊片中央設有內墊片中心孔，該內墊片中心孔的直徑與所述彈簧中心孔的直徑相適配，所述的彈簧外墊片中央設有外墊片中心孔，該外墊片中心孔的直徑略小於所述彈
簧的直徑。根據結構強度和常用材料厚度要求，所述支架板和所述圓形彈簧座為優選厚度為 5 IOmm的鋼材料製成。根據方形支架板的四個角需要連接4個定位支撐軸所需要的空間，選用所述的圓形彈簧座的外徑比所述方形支架板的邊長小30mm左右。所述彈簧座中心孔的直徑和所述彈簧外墊片的中心孔的直徑相同。所述的四個支架杆分別為實心圓柱，材料為高強度鋁合金，直徑為8 10mm，長度為100 150mm，該四個支架杆的兩端分別設有內螺紋，深度為8 12mm。所述彈簧內墊片和所述彈簧外墊片的厚度分別為0. 5 1mm。所述的彈簧運動軸外徑與所述彈簧內墊片外徑相同，該彈簧運動軸的長度與所述待測柔性彈簧厚度相適配。所述凹槽內的孔距離所述支座底部約70 85mm。本發明的優點是a.可以方便的測量柔性彈簧的徑向剛度和軸向剛度。b.通過設計圓形彈簧座的尺寸可同時實現各種尺寸的柔性彈簧的安裝和剛度測量。c.測試裝置部件少，安裝方便，易操作。


圖1是本發明柔性彈簧剛度的測試裝置的結構示意圖。圖2是圖1中彈簧支架臺的分解圖。圖3是圖1中千分表測徑向位移示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，對本發明作進一步描述，但不應限制本發明的保護範圍。請先參閱圖1-2，圖1是本發明柔性彈簧剛度的測試裝置的結構示意圖，圖2是圖1中彈簧支架臺的分解圖。如圖所示，一種柔性彈簧剛度的測試裝置，包括彈簧支架臺和千分表支架臺；所述的彈簧支架臺是由四根等長的支架杆4的兩端與兩塊平行放置的方形支架板1的四角通過連接固定而形成的立方框架結構，所述的兩塊方形支架板1的中央具有相互對稱的圓孔，在所述的圓孔的周緣均勻分布有數個安裝孔2，兩塊圓環形彈簧座5的周緣亦具有均勻分布的彈簧座安裝孔6，該圓形彈簧座5的中心孔的直徑略小於待測柔性彈簧 8的外徑，在該中心孔的周緣均勻分布有多個彈簧安裝孔7，通過相對應方形支架板1的安裝孔2和彈簧座5的彈簧座安裝孔6將所述的圓環形彈簧座5固定在所述的方形支架板1 上；所述的彈簧支架臺還包括一根彈簧運動軸9，該彈簧運動軸9的直徑與所述待測柔性彈簧8的中心孔的直徑相適配，該彈簧運動軸9的兩端設有螺孔，通過螺釘依次深入彈簧內墊片12的中心孔、待測柔性彈簧8的中心孔和彈簧運動軸9兩端的螺孔，將所述的待測柔性彈簧8固定在所述的彈簧運動軸9兩端；位於所述彈簧運動軸9兩端分別設有兩個圓環形彈簧內墊片12和兩個彈簧外墊片10，該四塊彈簧外墊片10具有與所述的圓環形彈簧座5的彈簧安裝孔7相對應的安裝孔，所述的圓環形彈簧座5和四塊圓環形彈簧外墊片10用於固定待測柔性彈簧8的周緣； 所述的彈簧內墊片12中央設有內墊片中心孔，該內墊片中心孔的直徑與所述待測柔性彈簧8中心孔的直徑相適配，所述的彈簧外墊片10中央設有外墊片中心孔，該外墊片中心孔的直徑略小於所述彈簧的直徑。根據結構強度和常用材料厚度要求，所述支架板1和所述圓形彈簧座5為優選厚度為5 IOmm的鋼材料製成。根據方形支架板1的四個角需要連接4個定位支撐杆4所需要的空間，選用所述的圓形彈簧座5的外徑比所述方形支架板1的邊長小30mm左右。所述彈簧座中心孔直徑和所述彈簧外墊片中心孔直徑相同。所述的四個支架杆4分別為實心圓柱，材料為高強度鋁合金，直徑為8 10mm，長度為100 150mm，該四個支架杆4的兩端分別設有內螺紋，深度為8 12mm。所述彈簧內墊片和所述彈簧外墊片的厚度分別為0. 5 1mm。所述的彈簧運動軸9外徑與所述彈簧內墊片12外徑相同，該彈簧運動軸9的長度與所述待測柔性彈簧8厚度相適配。圖3是圖1中千分表測徑向位移示意圖，如圖所示，所述千分表支架臺包括具有凹槽的支座13和一個連杆滑塊14，該連杆滑塊14的一端嵌入所述支座13的豎直凹槽內並可沿所述的豎直凹槽上下滑動，該凹槽上設有孔16，用於通過螺釘固定所述連杆滑塊14的位置，連杆滑塊14的另一端裝有千分表17。所述凹槽內的孔距離所述支座底部約70 85mm。下面是測量徑向剛度值和軸向剛度值的步驟(1)測量徑向剛度值首先使千分表的指針緊密帖附在柔性彈簧運動軸9的上表面，並使得千分表指針偏移向錶盤的中間位置為好，通過在柔性彈簧運動軸9的中部位置施加一個徑向力，施加徑向力的方法是在彈簧運動軸9的中部懸掛一重物，懸掛重物的質量先由天平測量。由於向下徑向力使得彈簧運動軸9有一個向下的徑向位移，在彈簧運動軸9的上表面的千分表指針也隨彈簧運動軸9向下移動，這時，可以觀察到千分表指針向零位擺動，記錄下千分表指針前後的示值，二者之差即為彈簧運動軸9向下的徑向位移值，根據徑向剛度定義，懸掛重物的重量除以該徑向位移值即為安裝於測試裝置上的柔性彈簧組件的總徑向剛度值，一般在測試裝置上都是對稱的安裝2片或者4片柔性彈簧，所以這個總的徑向剛度值需要再除以待測彈簧的數量，即為單片柔性彈簧的徑向剛度值。當然也可以對彈簧運動軸9施加軸向力的同時施加徑向力，從而得到柔性彈簧的動態徑向剛度值。(2)測軸向剛度值軸向剛度的測量則是通過給所述的彈簧運動軸9的一端(柔性彈簧的中心)施加一個軸向力，施加力的設備可以是拉力記錄器或者壓力記錄器，記錄下施加軸向力的大小，並利用遊標卡尺測試在施加軸向力前的彈簧運動軸9 一端與彈簧安裝座之間的距離，以及在施加軸向力後，彈簧運動軸9的一端與彈簧安裝座之間的距離，這兩者的讀數之差即為彈簧運動軸9的軸向位移值，根據軸向剛度的定義，所施加軸向力的值除以該軸向位置值即可得到所測柔性彈簧組件的軸向剛度值，一般在測試裝置上都是對稱的安裝2片或者4片柔性彈簧，所以這個總的軸向剛度值需要再除以所測試柔性彈簧的數量即為單片柔性彈簧的軸向剛度值。經試驗表明，本發明柔性彈簧剛度的測試裝置可以實現各種尺寸的柔性彈簧的徑向剛度和軸向剛度的測量，並且安裝方便，操作簡單。
權利要求
1.一種柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於包括彈簧支架臺和千分表支架臺；所述的彈簧支架臺是由四根等長的支架杆的兩端與兩塊平行放置的方形支架板(1)的四角通過連接固定而形成的立方框架結構，所述的兩塊方形支架板(1)的中央具有相互對稱的圓孔，在所述的圓孔的周緣均勻分布有數個安裝孔O)，兩塊圓環形彈簧座(5) 的周緣亦具有均勻分布有彈簧座安裝孔(6)，該圓形彈簧座(5)的中心孔的直徑略小於待測柔性彈簧(8)的外徑，在該中心孔的周緣均勻分布有多個彈簧安裝孔(7)，通過相對應的方形支架板⑴安裝孔⑵和彈簧座(5)的彈簧座安裝孔(6)將所述的圓環形彈簧座(5) 固定在所述的方形支架板(1)上；所述的彈簧支架臺還包括一根彈簧運動軸(9)，該彈簧運動軸(9)的直徑與所述待測柔性彈簧⑶的中心孔的直徑相適配，該彈簧運動軸(9)的兩端設有螺孔，通過螺釘依次深入彈簧內墊片(1 的中心孔、待測柔性彈簧(8)的中心孔和彈簧運動軸(9)兩端的螺孔， 將所述的待測柔性彈簧(8)固定在所述的彈簧運動軸(9)兩端；所述千分表支架臺包括具有凹槽的支座(1 和一個連杆滑塊(14)，該連杆滑塊(14) 的一端嵌入所述支座(13)的豎直凹槽內並可沿所述的豎直凹槽上下滑動，該凹槽上設有孔(16)，用於通過螺釘固定所述連杆滑塊(14)的位置，連杆滑塊(14)的另一端裝有千分表 (17)；將所述的千分表(17)的觸頭緊密帖附在柔性彈簧運動軸(9)的上表面後，固定所述的彈簧支架臺和所述千分表支架臺的相互位置。
2.根據任何權利要求1所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於還包括一根遊標卡尺。
3.根據任何權利要求1或2所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述的彈簧支架臺還包括分別位於所述彈簧運動軸(9)兩端的共圓環形彈簧外墊片(10)，該四塊彈簧外墊片(10)具有與所述的圓環形彈簧座( 的彈簧安裝孔(7)相對應的安裝孔，所述的圓環形彈簧座( 和四塊圓環形彈簧外墊片(10)用於固定待測柔性彈簧(8)的周緣。
4.根據權利要求1或2所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述支架板(1) 和所述圓形彈簧座( 為鋼材料所制，厚度為5 10mm。
5.根據權利要求4所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述的圓形彈簧座 (5)的外徑比所述方形支架板(1)的邊長小30mm左右。
6.根據權利要求4所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於，所述彈簧座中心孔的直徑和所述彈簧外墊片的中心孔的直徑相同。
7.根據權利要求1或2所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述的四個支架杆(4)分別為實心圓柱，材料為高強度鋁合金，直徑為8 10mm，長度為100 150mm，該四個支架杆的兩端分別設有內螺孔，該螺孔的深度為8 12mm。
8.根據權利要求3所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述彈簧內墊片(12) 和所述彈簧外墊片(10)的厚度分別為0. 5 1mm。
9.根據權利要3所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述的彈簧運動軸(9) 的外徑與所述彈簧內墊片(12)的外徑相同。
10.根據權利要求1所述的柔性彈簧剛度的測試裝置，其特徵在於所述凹槽內的孔距離所述支座底部約70 85mm。
全文摘要
一種柔性彈簧剛度的測試裝置，包括彈簧支架臺和千分表支架臺，彈簧支架臺是由支架杆與方形支架板形成的立方框架結構，支架板的中央具有相互對稱的圓孔，在圓孔的周緣均勻分布有數個彈簧座安裝孔，兩塊圓環形彈簧座的周緣亦具有均勻分布的彈簧座安裝孔，中心孔的周緣均勻分布有多個彈簧安裝孔，通過相對應方形支架板彈簧座安裝孔和彈簧座的彈簧座安裝孔將圓環形彈簧座固定在所述的方形支架板上，還包括一根彈簧運動軸，千分表支架臺包括具有凹槽的支座和一個連杆滑塊，連杆滑塊的另一端裝有千分表，將千分表的觸頭緊密帖附在柔性彈簧運動軸的上表面。本發明可以實現各種尺寸的柔性彈簧的徑向剛度和軸向剛度的測量，並且安裝方便，操作簡單。
文檔編號G01N3/08GK102175534SQ201110024600
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者吳亦農, 張華 , 袁重雨, 陳曦 申請人:上海理工大學