汽车扭簧疲劳试验机的设计

汽车扭簧疲劳试验机的设计

ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｕｔｏＴｏｒｓｉｏｎＳｐｒｉｎｇＦａｔｉｇｕｅＴｅｓｔｉｎｇ

Ｍａｃｈｉｎｅ

陈知泰①ＣｈｅｎＺｈｉｔａｉ；华沐钜②ＨｕａＭｕｊｕ

（①深圳职业技术学院，深圳５１８０５５：②深圳市琪东精密自动化设备有限公司，深圳５１８０００）

（ＤＳｈｅｎｚｈｅｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ。Ｓｈｅｎｚｈｏｎ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ：⑦ＳｈｅｍｈｅｎＱｉｄｏｎｇＰｒｅｃｉｓｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｃｈｉｎｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｓｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０００，Ｃｈｉｎａ）摘要：针对汽车扭簧疲劳断裂特点，设计了一种基于曲柄摇杆机构的扭簧耐久测试机；采用ＰＬＣ编程，在扭簧耐久测试中对其进行控制和计数。测试数据表明该机器设计结构简单，操作方便，运行可靠，测试结果合理．

０ｆｔｏｒｓｉｏｎｓ—ｌｌｇｆａｔｉｇｕｅａｎｄｅ－ｑｎｄｗＴａｌｌｃｅｔｅｍｉｎｇ，ａｕｔｏ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｔ／ａｉｄｉｎｇｔｏｔＩｌｅｂｒｏｋｅｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

ｏｎ

ｔｏｒｓｉｏｎ

ｓ曲ｌｌｇｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｂａｅｓｄ

ｏｆｅｎｄｍａｎｅｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｓｐｒｉｎｇ

ｔｈｅｏｒｙｏｆｃｒａｎｋａｎｄｗｅｋｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ＷｉｔｈＰＩＥｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ。ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇａｎｄｅｏｔｍｔｉｎｇ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ａｍａｌｓｏｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓ

ｅａｓｙ

ａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．

关键词：汽车扭簧；疲劳试验机：设计

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ－＂ａｕｔｏｔｏｒｓｉｏｎｓｐｒｉｎｇ；ｆａｔｉｇｕｅ

中圈分类号：Ｕ４６３

ｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｄｅｓｉｇｎ

文献标识码：Ａ

文章编号：１００６－－４３１１《２０１２）１４１００５１—０２

０引言

扭簧广泛应用在汽车、化工、磨具等领域，其性能的好坏直接影

１３８ＯＲ１３９ＡＮＢ１４０ＡＮＤ１４１

ＡＮＩ

Ｍ５６

响着机器的使用特性【－Ⅲ。扭簧的性能主要由下列参数决定：扭簧钢

丝直径、扭簧的直径、扭簧的有效圈数、弹簧的材料（弹性模量）等，与材料本身的强度基本设有关系。扭簧在使用过程中，承受随机的载荷作用，经历上千万次的循环应力变化最终失效。扭簧的破坏一般是疲劳破坏［ｑ５１６１７１，所以对弹簧疲劳破坏试验的研究显得相当重要。针对这一情况设计并制造出了一台针对汽车拉手复位扭簧疲劳破坏测试的筒易试验机，经运行测试，机器效果达到理想要求。１机构设计

该机器主要由两部分组成，机构执行部分和电器控制部分。机构执行部分采用封闭式机械设计，运用曲柄摇杆机构、锥齿轮机构以及螺旋传动原理实现扭簧扭转疲劳测试。

整机试验模型如图Ｉ所示。该试验设

备机械传动结构主要由两部分组成，一部分是螺旋传动机构Ｉ，通过其调整扭簧在

Ｘ００ｌＸｏｏｌＸ００３

１４２ＡＮＤ１４３ＭＰＳ１４４ＡＮＩ

Ｍ５２

Ｄｏ

１４５ＭＯＶＰＫ３１５０ＭＰＰ１５１ＳＥＴ１５２ＲＳ，ｒ１５３Ｒｓｒｒ１５４ＳＥＴ

Ｍ２５Ｍ５６Ｍ５０Ｓ１０

马达驱动与计数相关指令

１５６Ｓ１［Ｌ１５７ＬＤ１５８ＭＰｓ１５９

Ｓ１０ＳＩＯ

夹具座４之间的高度，扭簧两端卡在上下

两个相应的夹具座卡槽５、６中产生一定的

预紧力；另外一部分是曲柄摇杆机构７、８、９．摇杆旋转中心轴与同步带轮回转中心轴

相连，带轮回转中心与扭簧夹具底座６同轴，当摇杆产生回转运动时，带动扭簧一端产生扭转运动从而达到测试目的。该机构

ＡＭＭ５２Ｋ０

１６００ＵＴＴ０１６３ＭＲＤ１６４ＡＮＤＰ１６６ＳＥＴ１６７ＭＰＰ

Ｔ０Ｍ５０

装置可以测试不同大小规格的扭簧，其中夹具头可以根据扭簧直径的大小加以更换

以进行疲劳测试。

图１扭簧疲劳试验机模型

１６８ＡＮＤＭ５０１６９ＤＤＲＶＩ

Ｄ１４２

Ｄ１４０

Ｙ０００

Ｙ００Ｉ

另外，在设备侧面安装锥齿轮传动机构，摇动锥齿轮手柄，通过锥齿轮传动将动力传到曲柄机构来执行测试。通过它亦可以调节扭

１８６ＡＮＴＭ８１４７１８７ＲＳＴ１８８ＲＳＴ１９０ＤＩＮＣ１９５ＳＥＴＳ１１

●●●●＿●

－’●

＿－

Ｍ５０１１ＤＤ１３０

当发出电机３启动指令后，扭力传感器开始工作，计数器开始计数扭转次数。如果其中扭簧断裂，预紧力消失，传感器发出信号，电机扭转停止，计数器记录下最后的扭转次数。如果设置参数值过低，当达到上限值时试验机自动停止运行，重新设置参数，继续启动

运行直到扭簧断裂为止。

３试验

试件采用小汽车驾驶室拉手复位螺旋扭簧。扭簧试验机如图３所示。相关参数：扭簧有效圈数ｌＯ，扭簧直径６．５ｒａｍ，高度１２ｍｍ。材

作者简介：陈知泰（１９６８－），男，湖北荆州人，副教授，研究方向为机构学、机械

优化设计等。

科钢丝直径ｌｍｍ。采用碳素弹簧钢丝２级。测试数据结果：设备全天候运转，设定扭转测试频率５００次，分，扭簧额定扭转次数２５万

万方数据

・５２・

价值工程

浅析机电一体化的应用及前景

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆ

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ａｎｄ

闫金鹏ＹａｎＪｉｎｐｅｎｇ

（东北石油大学，大庆１６３３１８）

（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ１６３３１８，Ｃｈｉｎａ

擒要：本文简述了机电一体化的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。机电一体化是一种复合技术，是机电工业发展的必然趋势，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化曲然拥有良好的发展前景．

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｉｓ

ａ

ｐａｐｅｒ

ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ａｎｄｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓ。ａｎｄｐｏｉｎｔｓ

ｏｕｔ

ｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ．Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｉｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｏｆｉｎｔｅｇｘａｌｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｌｒｏｎｉｃｓ，ａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｍｅｃｈａｔｍｎｉｃｓｈａｓ

ａ

ｃｏｍｐｌｅｘｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｉｓｔｈｅｉｎｅｖｉｔａｂｌｅｔｒｅｎｄｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｄｅｃｔｒｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

ｇｏｏｄｐｒｏｓｐｅｃｔ．

关键词：机械工业；电子学；机电一体化；教控；智能４Ｌ；模块化

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｉｎｄｕｓｔｒｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｕ＇ｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＮＣ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ

文献标识码：Ａ

文章编号：１００６－４３１ｌ（２０１２）１４－－００５２－０２

中图分类号：ＴＨ一３９

０引言

众所周知，现代科学技术极大地推动机械工业领域的技术改造和革命。迄今为止，世界各国都在大力推广机电一体化技术。在我国的机械工业领域，因为计算机技术和徽电子技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，而且这种变化，使工业生产由”机械电气化”迈入了“机电一体化“的发展阶段。

在人们生活的各个领域已得到广泛的应用，不仅深刻影响着机电一体化的发展趋势，而且深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，并以蓬勃的生机向前发展。

１机电一体化的发展历程

我们可以把它分为三个阶段，第一个阶段是２０世纪６０年代以前，在这个阶段，人们自觉的，或者不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。

第二阶段是２０世纪７０—８０年代，这是机电产业蓬勃发展阶段。这一时期，为机电一体化的发展奠定了技术基础的是计算机技术、控制技术、通信技术的发展。

第三阶段是２０世纪９０年代后期，机电一体化进入深入发展时期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。

形成新阶段机电快速发展的原因主要有两方面，一方面，机电一体化有了光学、通信技术等进入，徽细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支：另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。

同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取作者简介：闰金鹛（１９８９一），男，黑龙江五常人．在校大学生，研究方向为机械

应用发展与前景。

次，断裂时记录扭簧扭转次数１６万次。

得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科

学体系。

２机电一体化技术的主要应用领域

２．１数控机床数控机床及相应的数控技术在我国已经经历了４０多年的发展，所以，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多ＣＰＵ、多主总线的体系结构ｉＷＯＰ技术和智能化；能实现多过程、多通道控制；硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准。能最大限度地提高用户的使用效益；大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了ＣＮＣ系统的控制功能；系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制：系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。

２．２计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）计算机集成制造系统

（ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅ掣＇ｓｔｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ简称ＣＩＭＳ）是随着计算机

辅助设计与制造的发展而产生的。

Ｃ瑚Ｓ的实现是全局动态最优综合，而不是现有各分散系统的

简单组合。它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。

２．３交流传动技术传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流

调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电

机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出

参考文献：

【１１张洪周．汽车构造【Ｍ】．北京：北京理工大学出版社．１９９６：８６—１００．【２】需灏．疲劳强度【Ｍ】．北京：高等教育出版社，１９８８，２０９—２１２．２１５—２３５．【３１赵永彬，张润生，杜发荣．汽车扭簧疲劳寿命分析Ⅲ．洛阳工学院学报，２００１，２２（０４）：５５—５７．

【４１ＭｉｓｅｈｋｅＣｋＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＳｔｏｃｈａｓｔｉｃＥｎｄｕｒ∞ｃｅＳｔｒｅｎｇｔｈ．ＡＳＭＥＪｏｕｒｅａｌ

ｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ．Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ．Ｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄＲｅｌｉａ＿ｂｉｌｉｔｙｉｎＤｅｓｉｇｎ．１９８７．１０９：ｌ１３—１２２．

【５］ＨｏｗｅＵＬＬ．ＣｏｍｐｆｉａｎｔＭｏｃｈａｎｉｓｍｓ．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ—Ｈｉｌｌ．２００１：９６—１３５．

４结论

根据扭簧疲劳断裂的特点，设计了一台扭簧扭转疲劳试验

机。从实际测试结果看，该结构

设计可靠合理，结构简单，操作方

便，疲劳测试结果完全满足设备使用要求。根据要求可以同时测

试两对扭簧，亦可以根据扭簧大

小调整相应的夹具大小。这种测

【６】陈知泰．基于疲劳强度的柔顺曲柄滑块机构优化设计．机械设计，２００９，２６【ＯＩ）：２８—３０．

【６】蒋和生。席治国，刘刚，张军华．汽车离台器从动盘扭转耐久试验中弹

圈３扭簧试验机

簧寤劳断裂的自动识别【ＪＪ．汽车工程，２００３，１２５（０３）２４６—２４８．

试机同时也提高了测试的效率，

具有一定的应用前景。

万方数据