一种扭簧疲劳试验装置及扭簧表面缺陷演变监测方法与流程

1.本发明属于扭簧疲劳试验技术领域，具体涉及一种扭簧疲劳试验装置及扭簧表面缺陷演变监测方法。


背景技术：

2.扭力弹簧（扭簧）是利用杠杆的原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能，是承受扭转变形的弹簧。扭转弹簧的端部结构是被加工成各种形状的扭臂，由单扭至双扭。扭簧常用于机械中的平衡机构，在汽车、机床、电器等工业生产中广泛应用。
3.扭簧的一个重要参数是其使用寿命，一般表示为循环使用次数(即在要求的最大和最小行程位置反复动作预定次数后，扭簧不会产生表面裂纹、性能下降、断裂等影响使用的情况。每一款扭簧在其设计时和正式生产时都要多次对其进行疲劳测试试验，通常是采用人工或者机器的方法使其往复运动，以验证其符合预期设计寿命。
4.现有技术中，文献cn202393661u公开了一种扭簧疲劳试验机，试验机包括主体、电机、传动机构、扭簧夹具、升降台和旋转手柄；文献cn207502174u公开了一种双头扭簧疲劳试验机，包括连杆、偏心轮、用于驱动偏心轮转动的偏心轮驱动机构、一对支脚抵靠部件、一对定位座、一对压力传感器及控制器。连杆的中部与偏心轮连接。各定位座用于固定待试验的双头扭簧。
5.采用前述试验机虽然能够对扭簧开展疲劳试验，但无法在试验过程中对扭簧表面缺陷演变情况进行快速监测，也不便于在试验过程中的任一时段/阶段对扭簧表面缺陷演变情况进行监测。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种扭簧疲劳试验装置及扭簧表面缺陷演变监测方法，至少能够在试验过程中对扭簧表面缺陷演变情况进行快速监测，也便于在试验过程中的任一时段/阶段对扭簧表面缺陷演变情况进行监测。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
8.一种扭簧疲劳试验装置，包括支架，在支架的台板中部设置有通孔和呈圆柱形的透明筒体，透明筒体穿过通孔且被固定；在透明筒体内设置有活塞组件，活塞组件的活塞与透明筒体内壁活动密封，活塞组件的活塞杆连接凸轮机构，凸轮机构连接伺服电机；在透明筒体顶部密封连接有可拆卸的螺旋盖，螺旋盖外壁的螺纹与透明筒体内壁呈螺纹配合，在螺旋盖底壁固定连接有力传感器，由螺旋盖、透明筒体内壁、活塞共同围合成的腔室作为容纳扭簧的空间，在腔室内设置有水平固定在透明筒体上的柱体，扭簧套设在柱体上，扭簧的其中一个爪部抵靠在力传感器底面、另一个爪部抵靠在活塞顶面。在台板上设置有第一注吸机构和第二注吸机构，第一注吸机构通过带阀门的管子一与腔室连通，第二注吸机构通过带阀门的管子二与腔室连通，第一注吸机构的料筒一内用于储存渗透液，第二注吸机构
的料筒二内用于储存显像液，第一注吸机构和第二注吸机构都能够将储存的对应液体注入腔室，也能够将腔室内的液体吸入对应的料筒中。
9.作为优选，第一注吸机构包括水平布置的料筒一，料筒一上设置有加料部一，料筒一内设置有柱塞一，柱塞一通过绳子连接电动伸缩杆一的伸缩杆，料筒一的出液口连接管子一，管子一的末端连接有柔性细管一，柔性细管一伸入腔室底部；第二注吸机构包括水平布置的料筒二，料筒二上设置有加料部二，料筒二内设置有柱塞二，柱塞二通过绳子连接电动伸缩杆二的伸缩杆，料筒二的出液口连接管子二，管子二的末端连接有柔性细管二，柔性细管二伸入腔室底部；管子一的末端、管子二的末端分别位于靠近力传感器的透明筒体内壁处。采用这样地结构，不仅能够在渗透阶段始终确保腔室内具有足够的渗透液，而且能够确保弹簧试件各部位都能被显像。
10.作为优选，管子一的末端、管子二的末端分别位于活塞下方的透明筒体内，柔性细管一、柔性细管二分别贯穿活塞并与活塞密封连接，柔性细管一的末端、柔性细管二的末端位于活塞顶面；在活塞上移至极限位置时，柔性细管一、柔性细管二均未被拉直。
11.为能够更加方便、高效地监测扭簧表面缺陷演变情况，管子一具有水平段和竖直段一，水平段和竖直段一上分别设置有控制阀；管子二具有水平段和竖直段二，水平段和竖直段二上分别设置有控制阀；在位于控制阀一与透明筒体之间的管子一上通过三通管件有带控制阀的压缩气源进口管段，压缩气源进口管段外接压缩气源，在位于控制阀二与透明筒体之间的管子二上通过三通管件连接有带控制阀的压缩气源出口管段；压缩气源进口管段上设置有加湿器、加热器和流量控制器，以便于控制压缩气的温湿度和气流量。
12.进一步地，所述装置还包括控制器，控制器分别连接动力系统、伸缩器、力传感器、控制阀、加湿器、加热器和流量控制器，以及电机转速传感器，并控制动力系统、伸缩器、力传感器、控制阀、加湿器、加热器、流量控制器、电机转速传感器的工作状态。
13.本发明中，一种采用前述扭簧疲劳试验装置的试验方法，步骤包括：步骤，获取扭簧试件的压缩量；步骤，先将扭簧试件套在腔室内的柱体上，再将螺旋盖拧在透明筒体顶部，并根据所得压缩量调整好螺旋盖拧入深度；步骤，控制伺服电机开启，按预设频率对扭簧试件开展压缩试验；步骤，当力传感器监测到压力归零时，控制伺服电机关闭，试验结束。
14.本发明中，一种采用前述扭簧疲劳试验装置的扭簧表面缺陷演变监测方法，步骤包括：步骤a，获取扭簧试件的压缩量，将扭簧试件套在腔室内的柱体上，将螺旋盖拧在透明筒体顶部，并根据所得压缩量调整好螺旋盖拧入深度；控制伺服电机开启，按预设频率对扭簧试件开展压缩试验；步骤b，在预设时段s1始点时刻，先控制第一注吸机构的管子一上的控制阀开启，然后控制电动伸缩杆一的伸缩杆伸至预设位置后停止，将渗透液注入腔室内；步骤c，在预设时段s1终点时刻，先控制电动伸缩杆一的伸缩杆缩回至预设位置，然后控制管子一上的控制阀关闭，将渗透液吸入料筒一内；步骤d，先控制伺服电机停止预设时段s2，然后控制压缩气源进口管段上的控制阀打开，控制压缩气源开启，同时控制压缩气源出口管段上的控制阀打开，然后按照预设时间
通入压缩气，结束后同时关闭压缩气源、压缩气源进口管段上和压缩气源出口管段上的控制阀；步骤e，在预设时段s3始点时刻，先控制第二注吸机构的管子二上的控制阀开启，然后控制电动伸缩杆二的伸缩杆伸至预设位置后停止，将显像液注入腔室内；步骤f，在预设时段s3终点时刻，先控制电动伸缩杆二的伸缩杆缩回至预设位置，然后控制管子二上的控制阀关闭，将显像液吸入料筒二内；步骤g，对扭簧试件表面拍照记录（工业高清相机），并对扭簧试件表面缺陷进行评估；步骤h，重复执行步骤a-g，直到扭簧试件失效。
15.步骤d中，压缩气的温度控制为40-45℃。
16.有益效果：采用本发明方案，在不拆卸扭簧试件的情况下，不仅能够在试验过程中对扭簧表面缺陷演变情况进行快速监测，而且便于在试验过程中的任一时段/阶段对扭簧表面缺陷演变情况进行监测，还具有试验过程中扭簧表面缺陷演变情况监测效率高的优点，至少省去了常规方式的渗透时间、反复装取试件工序、喷显像剂工序。此外，采用本发明的试验装置，还便于精确控制扭簧试件的疲劳试验微环境因素。
附图说明
17.图1是实施例1中压缩弹簧疲劳试验装置剖面示意图；图2是实施例2中压缩弹簧疲劳试验装置剖面示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
19.实施例1一种扭簧疲劳试验装置，包括带有四个支撑推的支架10，在支架的台板10中部设置有通孔和呈圆柱形的透明筒体26，透明筒体26穿过通孔且被固定；在透明筒体26内设置有活塞组件，活塞组件的活塞27与透明筒体26内壁活动密封，活塞组件的活塞杆连接凸轮机构25，凸轮机构25连接伺服电机24；在透明筒体26顶部密封连接有可拆卸的螺旋盖19，螺旋盖19外壁的螺纹与透明筒体26内壁呈螺纹配合，在螺旋盖19底壁固定连接有力传感器22，力传感器22具有防水防腐蚀性能，由螺旋盖19、透明筒体26内壁、活塞27共同围合成的腔室28作为容纳扭簧21的空间，在腔室28内设置有水平固定在透明筒体26上的柱体41，扭簧21套设在柱体41上，扭簧21的其中一个爪部抵靠在力传感器22底面、另一个爪部抵靠在活塞27顶面。
20.本实施例中，在台板10上设置有第一注吸机构和第二注吸机构，第一注吸机构通过带阀门（控制阀18）的管子一17与腔室28连通，第二注吸机构通过带阀门（控制阀38）的管子二37与腔室28连通，第一注吸机构的料筒一13内用于储存渗透液，第二注吸机构的料筒二33内用于储存显像液，第一注吸机构和第二注吸机构都能够将储存的对应液体注入腔室
28，也能够将腔室28内的液体吸入对应的料筒中。具体地：第一注吸机构包括水平布置的料筒一13，料筒一13上设置有加料部一15（加料部一15由立式安装在料筒一13顶部的短管、安装在短管上的阀门14、安装在阀门14上方的料斗15构成），料筒一13内设置有柱塞一，图1中柱塞一左端通过绳子连接电动伸缩杆一11的伸缩杆12右端，绳子的长度等于活塞27上移的高度，料筒一13的出液口连接管子一17，管子一17的末端连接有柔性细管一20，柔性细管一20伸入腔室28底部；第二注吸机构包括水平布置的料筒二33，料筒二33上设置有加料部二35（加料部二35由立式安装在料筒二33顶部的短管、安装在短管上的阀门34、安装在阀门34上方的料斗35构成），料筒二33内设置有柱塞二，图1中柱塞二左端通过绳子连接电动伸缩杆二31的伸缩杆32右端，料筒二33的出液口连接管子二37，管子二37的末端连接有柔性细管二23，柔性细管二23伸入腔室28底部；管子一17的末端、管子二37的末端分别位于靠近力传感器22的透明筒体26壁处；料筒一13的容积、料筒二33的容积均大于入腔室28容积，且电动伸缩杆的伸长长度应符合将柱塞推至料筒底端的要求。
21.本实施例中，管子一17的末端、管子二37的末端分别位于活塞27下方的透明筒体26内，柔性细管一20、柔性细管二23分别贯穿活塞27并与活塞27密封连接，柔性细管一20的末端、柔性细管二23的末端位于活塞27顶面；在活塞27上移至极限位置时，柔性细管一20、柔性细管二23均未被拉直。
22.本实施例中，在靠近料筒一13的管路一17端部设置有柔性管16，柔性管16前端伸入料筒一13底部；在靠近料筒二33的管路二37端部设置有柔性管36，柔性管36前端伸入料筒二33底部。
23.本实施例中，所述装置还包括控制器，控制器分别连接动力系统、伸缩器、力传感器22、控制阀、加湿器、加热器和流量控制器，以及电机转速传感器，并控制动力系统、伸缩器、力传感器22、控制阀、加湿器、加热器、流量控制器、电机转速传感器的工作状态。
24.一种采用本实施例中扭簧疲劳试验装置的试验方法，步骤包括：步骤1，获取扭簧试件的压缩量；步骤2，先将扭簧试件套在腔室28内的柱体41上，再将螺旋盖19拧在透明筒体26顶部，并根据所得压缩量调整好螺旋盖19拧入深度；步骤3，控制伺服电机开启，按预设频率对扭簧试件开展压缩试验；步骤4，当力传感器22监测到压力归零时，控制伺服电机关闭，试验结束。
25.在使用过程中：如果扭簧试件（爪部朝同侧的扭簧试件）在自由状态下的夹角为70
°
，试验过程中需要控制其夹角控制为40
°
，则可以先将活塞27调至初始位置（即下极限位置），当扭簧试件放入腔室28内后，再调整好螺旋盖19拧入深度使腔室28内扭簧试件的夹角为40
°
，此时力传感器22底端距离活塞27顶面的高度则可由本领域技术人员根据该夹角变量与扭簧试件的尺寸规格进行计算得到。
26.一种采用本实施例中扭簧疲劳试验装置的扭簧表面缺陷演变监测方法，步骤包括：步骤a，获取扭簧试件的压缩量，将扭簧试件套在腔室28内的柱体41上，将螺旋盖19拧在透明筒体26顶部，并根据所得压缩量调整好螺旋盖19拧入深度；控制伺服电机开启，按预设频率对扭簧试件开展压缩试验；步骤b，在预设时段s1始点时刻，先控制第一注吸机构的管子一17上的控制阀开
启，然后控制电动伸缩杆一11的伸缩杆伸至预设位置后停止，将渗透液注入腔室28内；步骤c，在预设时段s1终点时刻，先控制电动伸缩杆一11的伸缩杆缩回至预设位置，然后控制管子一17上的控制阀关闭，将渗透液吸入料筒一13内；步骤d，先控制伺服电机停止预设时段s2，然后控制压缩气源进口管段30上的控制阀打开，控制压缩气源开启，同时控制压缩气源出口管段40上的控制阀打开，然后按照预设时间通入压缩气（优选方案中，用做干燥施加的压缩气温度控制为40-45℃），结束后同时关闭压缩气源、压缩气源进口管段30上和压缩气源出口管段40上的控制阀；步骤e，在预设时段s3始点时刻，先控制第二注吸机构的管子二37上的控制阀开启，然后控制电动伸缩杆二31的伸缩杆伸至预设位置后停止，将显像液注入腔室28内；步骤f，在预设时段s3终点时刻，先控制电动伸缩杆二31的伸缩杆缩回至预设位置，然后控制管子二37上的控制阀关闭，将显像液吸入料筒二33内；步骤g，拆下螺旋盖19，取出扭簧试件，对扭簧试件表面缺陷进行评估，并采用工业高清相机拍照记录缺陷图像，也可以借助于放大镜观测其表面缺陷并记录；步骤h，重复执行步骤b-g，直到扭簧试件失效。
27.在试验过程中：如果需要对往复压缩至第10-11小时这一时段的扭簧试件进行表面缺陷检测，只需要在扭簧试件往复压缩至第10小时的时刻，先往扭簧试件所在空间注入适量渗透液（完全淹没扭簧试件），当扭簧试件继续往复压缩至第11小时的时刻停止压缩，并在抽出渗透液且借助于步骤d清洗/吹洗扭簧试件后注入显像液，再取出扭簧试件对其表面缺陷进行评估。
28.具体应用过程中，如果需要对试验后期（例如往复压缩至第80-90小时这一时段）的某扭簧试件表面缺陷演变情况进行监测，则可以在扭簧试件往复压缩至第80小时的时刻，执行前述步骤b至步骤g一次，获得扭簧试件表面缺陷记录一，若此过程完成总耗时1小时，则此过程结束时的时刻为扭簧试件往复压缩至第81小时的时刻，即在第80-81小时这一时段得到了扭簧试件表面缺陷记录一；接着，在81-82小时这一时段执行前述步骤b至步骤g一次，获得扭簧试件表面缺陷记录二，如此往复进行，直到在89-90小时这一时段执行前述步骤b至步骤g一次，获得扭簧试件表面缺陷记录二；最后根据所得的所有扭簧试件表面缺陷记录分析扭簧试件表面缺陷演变情况。
29.具体应用过程中，如果需要在特定温湿度的微环境下开展扭簧试件疲劳试验，则可以在试验过程中关闭第一注吸机构和第一注吸机构，选择性的开启加湿器、加热器、流量控制器和压缩气源，并开启压缩气源出口管段40的控制阀，以确保扭簧试件始终处于特定的微环境中。
30.本发明巧妙地融合了扭簧疲劳试验、扭簧表面缺陷演变情况监测、疲劳试验微环境因素控制等功能，采用本发明方案，在不拆卸扭簧试件的情况下，不仅能够在疲劳试验过程中对扭簧表面缺陷演变情况进行快速监测，而且便于在试验过程中的任一时段/阶段对扭簧表面缺陷演变情况进行监测，还具有疲劳试验过程中扭簧表面缺陷演变情况监测效率高的优点，至少省去了常规方式的渗透时间（渗透工序与试件疲劳加载工序同步进行，至少能够省去数十小时）、反复装取试件工序（每拆装一次试件约需耗时三分钟，试验过程中的拆装工序试件都可省去）、喷显像剂工序（无需从多个方向手动喷洒显像剂）。此外，采用本发明的试验装置，还便于精确控制扭簧试件的疲劳试验微环境因素。
31.实施例2一种扭簧疲劳试验装置及扭簧表面缺陷演变监测方法，参照实施例1并结合图2所示，其与实施例1的主要区别在于：管子一17具有水平段和竖直段一29，水平段和竖直段一29上分别设置有控制阀；管子二37具有水平段和竖直段二39，水平段和竖直段二39上分别设置有控制阀；在位于控制阀一18与透明筒体26之间的管子一17上通过三通管件连接带控制阀的压缩气源进口管段30，压缩气源进口管段30外接压缩气源，在位于控制阀二38与透明筒体26之间的管子二37上通过三通管件连接带控制阀的压缩气源出口管段40。
32.在使用过程中，各预设时段由本领域技术人员根据试验需求和扭簧规格进行确定。