大规格矩形截面扭簧扭矩检测装置的设计及应用
大规格矩形截面扭簧扭矩检测装置的设计及应用
胡阿林,白亚玲,刘海莲
中航工业起落架燎原分公司
摘要: 在行业内无现成可满足大规格矩形截面扭簧量程检测设备的情况下,通过自主设计的检测装置成功实现大规格矩形截面扭簧扭矩检测,该装置操作简单实用、通用性强,满足扭簧检测要求,为企业节约了产品研制费用并保证了研制周期。
关键词:矩形截面 扭簧 检测装置
1 引言
本文涉及到的大规格矩形截面扭簧是指外径大于Ø100mm ,截面≥8mmX6.4mm 的矩形截面扭簧,其结构及检测要求见图1。该扭簧为某产品弹射装置中实现弹射功能的核心零件,按照设计技术要求,要对其进行扭矩检测及立定处理[1]以保证扭簧使用时的机械性能。该扭簧形状与传统扭簧结构不同,无外梁臂,规格大,且扭矩测试和立定处理扭转的角度大,扭矩检测最大扭转至162°,立定处理最大扭转至195°,市场上采购不到可直接使用的检测设备,为此本文根据矩形截面扭簧模型结构特点,设计了一种实用的扭矩检测装置。
图1 扭簧结构及检测参数
2 扭簧检测技术要求
本文仅涉及扭簧的立定处理及扭矩检测,立定处理及扭矩检测率均为100%。立定处理是将弹簧扭转至最大工作扭转角的1.2倍,做10次连续短暂扭转,达到稳定扭簧几何尺寸的一种工艺方法。扭矩的检测是指使用仪器设备检测扭簧扭转一定角度时的扭矩值,合格扭簧扭矩检测值应符合设计技术要求,如图1所示,当扭簧工作角度为ψ1时,扭矩应为M 1;当扭簧工作角度为ψ2时,扭矩应为M 2。
3 结构设计
根据扭簧形状结构特点,设计了图2、图3所示的检测装置,主要零件有底座、定位轴、动盘、定盘、刻度盘及手柄等。定位轴固定在底座上,作为系统的旋转中心。图4所示定盘通过平健与定位轴联接,并通过与扭簧端头相配的卡槽卡住扭簧一端使扭簧固定不动。动盘则通过滚动轴承与定位轴联接,可在定位轴上自由旋转,实现扭转功能。由于动盘与定盘的卡槽结构对称,动盘、定盘上的卡槽各卡住扭簧一端,通过加力给与动盘紧固在一起的手柄就可以带动扭簧扭转。该装置的动盘、定盘及定位轴均可拆卸,方便更换及装夹扭簧。
图2 扭矩检测装置 图3 扭矩检测装置
该装置通过底座装夹固定于水平工作台的虎钳上即可,具有操作简单,实用性强的特点。
图4 定盘 图5 扭矩测量状态
4 工作原理
使用前将该检测装置通过夹紧在虎钳上就可开始实际操作。扭簧立定处理时,将扭簧安装在检测装置上,通过挂砝码的方式在手柄末端施加外力,连续10次将弹簧扭转至最大工作扭转角的1.2倍,即完成立定处理。扭簧扭矩的检测过程如图5所示,在动盘上根据不同检测角度要求已经设计了不同的起始位置,每次测量时,手柄与动盘在不同起始位置联接,保证每次测量时,手柄都处于第一象限或第三象限(第一、第三象限分别用于右旋、左旋扭簧),方便吊挂砝码。当手柄带动扭簧扭转某一角度时,在手柄末端按文中公式预先计算出的质量F 加载砝码,并继续加减砝码,使系统达到平衡状态,计算此时的扭簧扭矩是否在设计给定的扭矩公差范围内,如在公差范围内则合格,反之则不合格。
测量结果由下面公式计算得出:
M=(L ×cos α)×9.8F -(l ×cos α)×9.8f
公式中的物理量分别为:
M 为扭簧扭矩,单位为N 〃m ;
L 为手柄臂长,单位为m ;
l 为手柄重心到旋转中心的距离,单位为m ;
F 为系统平衡时的砝码质量,单位为㎏;
f 为手柄质量,单位为㎏;
α为系统平衡时手柄与水平面的夹角。
5 结语
本文出于产品研制目的,设计的大规格矩形截面扭簧扭矩检测装置,已经过我公司在两种规格十余种扭簧产品研制中使用验证,该装置设计原理正确,操作简单,功能实用,完全满足大规格矩形截面扭簧产品的检测要求。该装置在结构功能上可扩展,通过配备、更换成套不同规格、不同旋向的动盘及定盘,便可检测不同规格、不同旋向的大规格扭簧产品,通用性强。该扭簧检测装置为本公司节约了产品研制成本及研制周期,并为同类产品研制积累了宝贵经验。
参考文献
[1]HB6076-86 圆柱螺旋扭转弹簧技术条件。
第一作者:胡阿林,高级工程师,中航工业起落架燎原分公司,723200 陕西省汉中市城固县张骞路18号技术处