一种平衡拉簧用疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及疲劳试验技术领域，更具体地说，本发明涉及一种平衡拉簧用疲劳试验装置。

背景技术

弹簧疲劳是指在机械弹簧的使用过程中，由于反复的弯曲和伸展作用，以及周期性的负荷影响，导致弹簧内部的微观结构和材料发生变化，从而使弹簧的力学性能逐渐降低的过程，弹簧材料产生的裂纹、缺陷、疤痕等缺陷是导致弹簧疲劳断裂的常见原因。平衡拉簧是一种弹簧产品，在出厂时需要进行疲劳试验。

现有技术中，如申请号为202321213880.1的中国专利，公开了一种弹簧生产用弹簧疲劳度检测设备，包括检测设备本体和支架，所述检测设备本体的表面与支架的端部固定连接，所述支架的内部安装有液压缸，所述液压缸的输出端固接与上横板，所述支架的内部设有防护机构，所述检测设备本体的内部设有调节机构。此装置通过罩体将弹簧本体罩住，若弹簧本体发生断裂时，断裂的弹簧残渣不会溅射出去，提高了试验的安全性。但此装置在试验过程中，检测人员通过肉眼对弹簧表面进行观察，无法准确的监测弹簧上的裂纹和失效情况。因此，有必要提出一种平衡拉簧用疲劳试验装置，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种平衡拉簧用疲劳试验装置，包括：

机台，机台上连接有装夹单元，加载单元和环形检测单元，加载单元连接于机台顶部横梁上，用于驱动装夹单元的上装夹板沿竖直方向移动，装夹单元的下装夹板连接于机台底部台面上，待检测的平衡拉簧两端分别与上装夹板和下装夹板连接，环形检测单元连接于机台侧壁，并能沿竖直方向滑动，环形检测单元包围平衡拉簧设置，环形检测单元上连接有用于获取平衡拉簧表面图像的摄像头。

优选的，上装夹板内连接有力传感器和距离传感器，力传感器用于检测上装夹板与平衡拉簧连接时受到的拉压力，评估平衡拉簧的自由状态，距离传感器用于检测平衡拉簧的长度。

优选的，加载单元包括：液压缸和导向杆，液压缸连接于机台顶部横梁上，且液压缸的杆部底端与上装夹板连接；导向杆连接于上装夹板顶端，并与机台顶部横梁内的导向孔滑动连接，导向杆的数量至少设置为两个。

优选的，机台侧壁连接有导向轨道和丝杠，环形检测单元滑动连接于导向轨道内，丝杠与环形检测单元端部螺接，且丝杠底端与丝杠电机输出端连接。

优选的，环形检测单元包括：

固定座，固定座一端设置有楔形滑块，楔形滑块滑动连接于导向轨道内，固定座中心的螺纹孔与丝杠螺接；

支撑架一，支撑架一一端连接于固定座侧面，两个支撑架一对称设置于固定座两侧；

弧形检测架，弧形检测架铰接于支撑架一另一端，两个弧形检测架对称设置并围绕形成环形空间，弧形检测架上均匀连接有多个摄像头安装框，摄像头支架连接于摄像头安装框内，摄像头支架上安装有摄像头。

优选的，弧形检测架与支撑架一的铰接轴上连接有蜗轮，蜗杆一端通过蜗杆转轴转动连接于固定座端部，蜗杆与两个蜗轮同时啮合连接，蜗杆另一端连接有调节旋钮。

优选的，环形检测单元还包括：保持架，保持架的水平杆段可伸缩设置，保持架两端向下弯折，且保持架的两端分别与弧形检测架顶部和固定座顶部转动连接。

优选的，环形检测单元包括角度调节组件，角度调节组件包括：

支撑架二，支撑架二连接于固定座的上下表面，并向蜗杆方向弯折，支撑架二弯折端上连接有竖直布置的滑杆；

滑框，滑框设置为同时转动连接于滑杆的两个，滑框与滑杆相对滑动；

弧形调节架，弧形调节架连接于滑框另一端，并设置在弧形检测架外侧，弧形调节架与固定座之间连接有拉紧弹簧。

优选的，摄像头安装框内水平连接有中心杆，摄像头支架中部转动连接于中心杆上，摄像头支架内侧端与摄像头连接，弧形调节架内贯穿开设有调节槽，摄像头支架外侧端与调节槽连接，并且摄像头支架与弧形调节架不脱离。

优选的，固定座靠近蜗杆的一侧转动连接有齿轮一和凸轮，齿轮一和凸轮同轴设置，蜗杆转轴穿过齿轮一和凸轮且相对转动，齿轮一一侧啮合连接有齿轮二，齿轮二转轴与安装在固定座上的电机输出端连接，凸轮连接于滑框内并与滑框始终保持接触。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的一种平衡拉簧用疲劳试验装置，能够依据用户设定的弹簧行程、运动速度和运动次数，设置加载单元的动作方式，对平衡拉簧设定不同的疲劳试验条件，且动力源稳定，在机台上设置可移动的环形检测单元，对平衡拉簧进行全方位的监测，获取平衡拉簧各位置处的表面图像，监测平衡拉簧的裂纹和失效情况，对试验过程起指导作用。

本发明所述的一种平衡拉簧用疲劳试验装置，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有弹簧疲劳试验装置的结构示意图；

图2为本发明中一种平衡拉簧用疲劳试验装置的结构示意图；

图3为本发明中环形检测单元的结构示意图；

图4为本发明中角度调节组件的结构示意图；

图5为本发明中摄像头安装框的局部结构示意图；

图6为本发明中滑框的结构示意图；

图7为本发明中装夹板调节单元的安装结构示意图；

图8为本发明中装夹板调节单元的第一角度结构示意图；

图9为本发明中装夹板调节单元的第二角度结构示意图；

图10为本发明装夹板调节单元中齿环附近的局部结构示意图。

图中：1.机台；2.上装夹板；3.下装夹板；4.平衡拉簧；5.液压缸；6.导向杆；7.导向轨道；8.丝杠；9.楔形滑块；11.固定座；12.支撑架一；13.弧形检测架；14.摄像头安装框；15.摄像头支架；16.蜗轮；17.蜗杆；18.调节旋钮；19.保持架；20.蜗杆转轴；21.支撑架二；22.滑杆；23.滑框；24.弧形调节架；25.拉紧弹簧；26.中心杆；27.齿轮一；28.凸轮；29.调节槽；31.固定柱；32.齿环；33.T型架；34.T型架槽；35.T型滑块；36.齿盘；37.齿盘轴；38.转盘；39.弯杆；40.连杆一；41.连杆二；42.连接柱；43.支撑杆；44.导向滑槽；45.导向块。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

如图2所示，本发明提供了一种平衡拉簧用疲劳试验装置，包括：

机台1，机台1上连接有装夹单元，加载单元和环形检测单元，加载单元连接于机台1顶部横梁上，用于驱动装夹单元的上装夹板2沿竖直方向移动，装夹单元的下装夹板3连接于机台1底部台面上，待检测的平衡拉簧4两端分别与上装夹板2和下装夹板3连接，环形检测单元连接于机台1侧壁，并能沿竖直方向滑动，环形检测单元包围平衡拉簧4设置，环形检测单元上连接有用于获取平衡拉簧4表面图像的摄像头。

加载单元包括：液压缸5和导向杆6，液压缸5连接于机台1顶部横梁上，且液压缸5的杆部底端与上装夹板2连接；导向杆6连接于上装夹板2顶端，并与机台1顶部横梁内的导向孔滑动连接，导向杆6的数量至少设置为两个。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

一种平衡拉簧用疲劳试验装置，使用时，将待检测的平衡拉簧4两端分别与装夹单元的上装夹板2和下装夹板3连接固定，在进行检测时，加载单元移动装夹板2使平衡拉簧4处于自由状态，即保持未受力状态的长度；依据用户设定的弹簧行程、运动速度和运动次数，设置加载单元的运动方式，即液压缸5的动作方式，通过液压缸5带动上装夹板2运动，对平衡拉簧4进行循环拉伸加载，并通过计数器检测加载的次数，导向杆6其导向作用，保证加载方向准确。试验过程中环形检测单元环绕在平衡弹簧4外侧，环形检测单元上设置的多个摄像头对平衡弹簧4各个角度位置进行拍摄，环形检测单元在竖直方向移动，对平衡弹簧4不同高度处进行拍摄，因此能够获取平衡弹簧4各位置处的裂纹情况，并将裂纹图像数据储存并可展示在显式屏上，供检测人员参考评估。

通过上述结构设计，提供了一种平衡拉簧用疲劳试验装置，能够依据用户设定的弹簧行程、运动速度和运动次数，设置加载单元的动作方式，对平衡拉簧4设定不同的疲劳试验条件，且动力源稳定，在机台1上设置可移动的环形检测单元，对平衡拉簧4进行全方位的监测，获取平衡拉簧4各位置处的表面图像，监测平衡拉簧4的裂纹和失效情况，对试验过程起指导作用。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，上装夹板2内连接有力传感器和距离传感器，力传感器用于检测上装夹板2与平衡拉簧4连接时受到的拉压力，评估平衡拉簧4的自由状态，距离传感器用于检测平衡拉簧4的长度。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

在上装夹板2内设置力传感器，用于检测上装夹板2与平衡拉簧4连接时受到的拉压力，当平衡弹簧4处于自由状态时，即平衡弹簧4不受到拉压力，力传感器检测到的数值极小或无检测数据，在疲劳试验前条件加载单元，使平衡弹簧4处于自由状态，此时通过距离传感器检测上装夹板2和下装夹板3之间的距离，设定为平衡弹簧4的初始长度；并在疲劳试验完成后，再次调整加载单元，使平衡弹簧4再次处于自由状态，此时再次通过距离传感器检测上装夹板2和下装夹板3之间的距离，设定为平衡弹簧4的疲劳长度，通过疲劳长度和初始长度的对比，能够获取平衡弹簧4在疲劳试验后的变形情况。

实施例3：

如图2所示，在上述实施例1的基础上，机台1侧壁连接有导向轨道7和丝杠8，环形检测单元滑动连接于导向轨道7内，丝杠8与环形检测单元端部螺接，且丝杠8底端与丝杠电机输出端连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

机台1侧壁设置有丝杠8，丝杠8与环形检测单元端部螺接，环形检测单元高度调节时，启动丝杠电机带动丝杠8转动，丝杠8驱动环形检测单元上下移动，导向轨道7对环形检测单元起导向作用。

实施例4：

如图3-6所示，在上述实施例1的基础上，环形检测单元包括：

固定座11，固定座11一端设置有楔形滑块9，楔形滑块9滑动连接于导向轨道7内，固定座11中心的螺纹孔与丝杠8螺接；

支撑架一12，支撑架一12一端连接于固定座11侧面，两个支撑架一12对称设置于固定座11两侧；

弧形检测架13，弧形检测架13铰接于支撑架一12另一端，两个弧形检测架13对称设置并围绕形成环形空间，弧形检测架13上均匀连接有多个摄像头安装框14，摄像头支架15连接于摄像头安装框14内，摄像头支架15上安装有摄像头。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

环形检测单元使用时，通过固定座11与导向轨道7和丝杠8连接；固定座11上的楔形滑块9滑动连接于导向轨道7内，在导向的同时保证固定座11不易脱出，固定座11两侧设置支撑架一12，通过支撑架一12对弧形检测架13进行支撑固定，弧形检测架13上设置的多个摄像头安装框14，用于固定摄像头。通过上述结构设计，将多个摄像头设置在平衡拉簧4周围，对平衡拉簧4进行多角度协同拍摄，有效实现平衡拉簧4各高度和角度位置处的全面监控，能够更及时的发现裂纹和失效位置，降低人工观察裂纹的难度。

实施例5：

如图3-6所示，在上述实施例4的基础上，弧形检测架13与支撑架一12的铰接轴上连接有蜗轮16，蜗杆17一端通过蜗杆转轴20转动连接于固定座11端部，蜗杆17与两个蜗轮16同时啮合连接，蜗杆17另一端连接有调节旋钮18。

环形检测单元还包括：保持架19，保持架19的水平杆段可伸缩设置，保持架19两端向下弯折，且保持架19的两端分别与弧形检测架13顶部和固定座11顶部转动连接。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

在对平衡拉簧4进行疲劳试验时，平衡拉簧4的直径不同影响摄像头的拍摄效果。因此设置调节组件，使用时转动调节旋钮18带动蜗杆16转动，蜗杆16与两侧的蜗轮16啮合传动，带动两个蜗轮16同步转动，使弧形检测架13同步展开或收拢。当弧形检测架13展架时，其形成的环形检测空间更大，能够适应直径较大的平衡拉簧4，保证摄像头与平衡拉簧4之间的距离，保证拍摄效果。

通过保持架19将弧形检测架13和固定座11连接，能够保持弧形检测架13与固定座11之间的连接稳定性，减少移动过程中的晃动，为摄像头提供稳定的安装平台；兵器保持架19的水平杆端可伸缩设置，能够适应弧形检测架13不同的位置状态，对其移动不发生阻碍。

实施例6：

如图3-6所示，在上述实施例5的基础上，环形检测单元包括角度调节组件，角度调节组件包括：

支撑架二21，支撑架二21连接于固定座11的上下表面，并向蜗杆17方向弯折，支撑架二21弯折端上连接有竖直布置的滑杆22；

滑框23，滑框23设置为同时转动连接于滑杆22的两个，滑框23与滑杆22相对滑动；

弧形调节架24，弧形调节架24连接于滑框23另一端，并设置在弧形检测架13外侧，弧形调节架24与固定座11之间连接有拉紧弹簧25。

摄像头安装框14内水平连接有中心杆26，摄像头支架15中部转动连接于中心杆26上，摄像头支架15内侧端与摄像头连接，弧形调节架24内贯穿开设有调节槽29，摄像头支架15外侧端与调节槽29连接，并且摄像头支架15与弧形调节架24不脱离。

固定座11靠近蜗杆17的一侧转动连接有齿轮一27和凸轮28，齿轮一27和凸轮28同轴设置，蜗杆转轴20穿过齿轮一27和凸轮28且相对转动，齿轮一27一侧啮合连接有齿轮二，齿轮二转轴与安装在固定座11上的电机输出端连接，凸轮28连接于滑框23内并与滑框23始终保持接触。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

当弧形检测架13不移动对平衡拉簧4的局部进行针对性拍摄检测时，启动电机带动齿轮二转轴转动，齿轮二与齿轮一27啮合传动，带动齿轮一27转动，齿轮一27带动凸轮28同步转动，齿轮一27和凸轮27中心开设有供蜗轮转轴20穿过的通孔，蜗轮转轴20穿过齿轮一27和凸轮28并可相对转动，因此对蜗轮转轴20不发生干涉；凸轮28与滑框23始终保持接触，随着凸轮28的转动带动滑框23在滑杆22上滑动，即调节滑框23的高度，滑框23带动弧形调节架24同步转动，从而调节弧形调节架24的高度。弧形调节架24带动摄像头支架15外侧端转动，从而调节摄像头的角度，使其对当前位置的预设范围进行针对行拍摄，便于获取当前位置裂纹的扩展图像，对裂纹扩展和失效预测提供依据。摄像头支架15与调节槽29内分别设置有限位槽和限位柱，限位槽内预留限位柱活动的充足空间，使摄像头支架15能够与弧形调节架24相对滑动但不发生脱离；在弧形检测架13转动时能够拉动弧形调节架24同步转动。

通过上述结构设计，通过摄像头转动，扩大摄像头在当前位置的拍摄范围，有效实现了对平衡拉簧4当前位置预设范围内的针对性拍摄，便于获取当前位置裂纹的扩展图像，对裂纹扩展和失效预测提供依据，调节过程通过凸轮28驱动实现，传动平稳，保持摄像头拍摄的稳定性，减少图像抖动。

实施例7：

在上述实施例5的基础上，将实施例4中沿竖直方向移动检测的方式设置为第一检测模式，将实施例6中局部转动检测的方式设置为第二检测模式，控制器依据对平衡拉簧4的力学仿真分析，进行疲劳试验，具体为：

S100，依据平衡拉簧4的规格尺寸计算平衡拉簧4的理论寿命；

S200，建立平衡拉簧4的有限元模型并施加拉力进行仿真计算，确定平衡拉簧4的疲劳失效位置即薄弱点；

S300，对平衡拉簧4进行疲劳试验，当拉伸次数达到预设寿命的10%、20%...90%时，停止拉力加载，启动环形检测单元采用第一检测模式，获取平衡拉簧4全范围的表面图像进行评估；

S400，依据平衡拉簧4的表面图像确定实际裂纹区域或薄弱点，综合分析获得检测点，将环形检测单元移动至此检测点处并启动第二检测模式；当平衡拉簧4表面已经出现裂纹时，将裂纹最大处设置为检测点；当就平衡拉簧4表面未出现裂纹时，将仿真计算获得的薄弱点设置为检测点；

S500，继续加载直至平衡拉簧4失效，此时疲劳试验完成，获得平衡拉簧4的实际寿命和裂纹延展趋势。

实施例8：

如图7-10所示，在上述实施例1的基础上，机台1下部设置有装夹板调节单元，装夹板调节单元包括：

导向滑槽44，导向滑槽44开设于机台1底部的台面上，导向滑槽44内滑动连接有导向块45，且导向块45与下装夹板3连接；

固定柱31，固定柱31连接于机台1底部的腔体内，固定柱31内连接有电机；

齿环32，齿环32转动设置于固定柱31外侧，并通过传动机构与电机输出轴连接，齿环32与固定柱31同轴设置；

T型架33，T型架33连接于固定柱31侧端并向导向块45方向延伸，T型架33沿长度方向开设有T型架槽34，T型架槽34内滑动连接有T型滑块35，且T型滑块35与T型架槽34端部之间连接有弹簧；

齿盘36，齿盘36中心转动连接于T型滑块35顶端的齿盘轴37上，齿盘36设置为椭圆形齿盘；

转盘38，转盘38转动连接于T型架33的横梁上，两个转盘38沿T型架33的宽度方向对称布置；

弯杆39，弯杆39一端连接于齿盘轴37上，另一端偏心铰接于转盘38上；

连杆一40和连杆二41，连杆一40和连杆二41一端互相铰接，连杆一40另一端连接于转盘38上，连杆二41另一端向导向块45方向延伸；

连接柱42，连接柱42连接于连杆二41另一端，并且连接于导向块45下方；

支撑杆43，支撑杆43连接于固定柱31和连接柱42之间，支撑杆43设置为伸缩式，支撑杆43上包括多个相对滑动的杆段，各杆段尺寸由固定柱31至连接柱42方向逐渐减小，且各杆段内部相对密封，支撑杆43上设置有单向进气阀和单向出气阀。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

平衡拉簧4使用时，不会始终沿长度方向受力，因此在疲劳试验时为更真实的模拟平衡拉簧4的受力状态，需要对平衡拉簧4的安装角度进行调节。通过移动下装夹板3的位置使其与上装夹板2错开，即可对平衡拉簧4形成预设角度。装夹板调节单元使用时，启动固定柱31上的电机，电机通过传动机构带动齿环32转动，传动机构其中的一种实施方式为：在齿环32内壁设置卡齿，在电机输出轴上连接驱动齿轮，通过驱动齿轮与卡齿的啮合传动，带动齿环32转动。齿环32转动时与齿盘36啮合传动，由于齿盘36设置为椭圆形齿盘，在齿盘36转动时，齿盘36中心沿着水平方向移动，齿盘轴37带动T型滑块35沿着T型架槽34滑动，T型架槽34对齿盘轴37移动起导向作用，使其能够向导向块45方向水平往复移动。齿盘轴37带动弯杆39移动，弯杆39另一端带动转盘38转动，转盘38将两个连杆一40同时展开或靠拢，当两个连杆一40同时展开时，两个连杆二41也随之展开，固定柱31与连接柱42的距离减小，连接柱42拉动导向块45使下装夹板3向一侧移动，正向调整下装夹板3的位置；当两个连杆一41向中间靠拢时，两个连杆二41也随之靠拢，固定柱31与连接柱42的距离增大，连接柱42拉动导向块45使下装夹板3向另一侧移动，反向调整下装夹板3的位置。连接柱42移动时，带动支撑杆43伸缩，支撑杆43的各杆段沿着水平方向收缩或展开，对连接柱42起导向作用，各杆段收缩时单向出气阀打开，保证气流排出；各杆段展开时单向进气阀打开，单向进气阀关闭，使支撑杆43展开到预设位置后不再移动，保持疲劳试验过程中下装夹板3的稳定性。

通过上述结构设计，采用气压支撑和机械支撑组合的方式，对下装夹板3位置进行固定，具体为支撑杆43展开时可单向进气，使支撑杆43内部保持稳定气压来避免连接柱42反向移动；采用椭圆设置的齿盘36和偏心连接的转盘38，增加传动环节和传动需要克服的阻力，降低连接柱42反向移动的可能，对连接柱42提供更有效的支撑，保持疲劳试验过程中下装夹板3的稳定性，平衡拉簧4的角度更准确。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。