[发明专利]一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法及其装置

权利要求书

1.一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：通过设置钢丝试件，将弹簧拉压疲劳试验等效为同参数钢丝的扭转疲劳试验，具体操作步骤如下：

第一步：开启电源；

第二步：启动PLC控制系统；

第三步：选择弹簧钢丝试件；

第四步：在试验装置上固定试件；

第五步：进行测试，通过打滑测试的转入第六步，没有通过打滑测试的转入第四步重新固定试件；

第六步：对选定后的试验模式输入参数；

其中，在第六步中，所述的试验模式包括基于弹簧产品的疲劳寿命试验和基于弹簧材料的疲劳寿命试验，其中，基于弹簧产品的疲劳寿命试验中，在第六步中输入参数包括设定试验编号及日期，便于以后查找试验数据；用户输入弹簧产品的基本参数及工作参数，所述的基本参数及工作参数包括钢丝直径d、中径D、试验最大载荷F₁、试验最小载荷F₂、标定长度l、螺旋升角ɑ，点击参数计算后，计算机可以给出将弹簧实际工况等效转换为钢丝扭转疲劳试验的相应参数，等效的相应参数为预扭角最小扭转角循环特性系数r、最大负载扭矩T、转角幅长径比n；基于弹簧材料的疲劳寿命试验中，在第六步中输入参数包括设定试验编号及日期，通过输入数据钢丝直径d、最大切应力τ_max、循环特性系数r、以及标定长度l，得到输出数据预扭角转角幅最小扭转角最大负载扭矩T，试验结束后，点击数据保存选项，存储此次计算结果，下次试验时提取此次结果，或者直接点击进入试验选项；

弹簧的轴向力与钢丝扭转角度之间的关系式：

将F₁、F₂的值代入上式可以得到它们分别对应的扭转角值其中为输出参数中的预扭角；为输出参数中的最小扭转角；

切应力与扭转角之间的转换关系：

将试验要求的最大应力值代入上式即可得出满足试验要求的最大扭转角，再利用公式求出转角幅，将弹簧材料疲劳试验的应力幅等效转换为钢丝扭转疲劳试验的转角幅；

式中：τ-切应力；l-标定长度；C为旋绕比系数；G-钢丝材料的切变模量；

第七步：开始试验，启动试验程序，对试件加载作用力，使得试件在加载作用力下做往复的扭转运动；

第八步：判断对试件加载作用力下的扭转次数是否持续达到Q次，若是，则进入第十一步；若否，则进入第九步；

第九步：判断试件是否断裂，若否，则进入第十一步；若是，则进入第十步；第十步：判断试件断裂位置是否在有效位置，若是，则进入第十一步；若否，则判定试验无效，相同试件条件下转入第四步重新测试；

第十一步：记录实验数据并存储。

2.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：在第五步中，所述试件在每次试验前都要进行打滑测试，其具体步骤如下：

T51：根据计算的理论夹紧力作为预设夹紧力设定液压泵站工作压强，夹持住试件后泵站保压；

T52：根据试验参数计算每次试验理论最大扭矩值T；

T53：在打滑测试系统界面上，输入采样时间；

T54：打滑测试在控制程序作用下开始启动；

T55：记录试件在每次扭转过程中的最大扭矩值；

T56：判断测试时间是否满足设定的采样时间，若是，则进入T57；若否，则继续T55的操作；

T57：计算机根据每次采集到的最大扭矩值计算出实际最大扭矩的平均值

T58：判断是否满足公式：若是，则判定为不打滑，并退出打滑测试；若否，则判定为打滑，重新调整T51中的预设夹紧力，并重新进行打滑测试。

3.根据权利要求2所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：在T53步骤中，输入的采样时间为20～40s。

4.根据权利要求1所述的一种弹簧钢丝扭转疲劳试验方法，其特征在于：所述PLC控制系统包括电源部分、控制核心部分，执行部分三个部分，在第七步中，对试件加载作用力采用直驱电机作为动力执行机构，通过电机控制模式实现对直驱电机的控制，经电机选型计算后选择与试验装置匹配的电机型号及伺服驱动器，试验开始前，用户输入试验参数，计算机换算出对应的工作参数，所述的工作参数包括工作频率、旋转角度参数。