摘 要:矩形截面扭轉(zhuǎn)彈簧的扭矩檢測缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范,導(dǎo)致其檢測結(jié)果的重復(fù)性較 差.通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)采用預(yù)置扭矩的方法對(duì)矩形截面扭轉(zhuǎn)彈簧進(jìn)行扭矩檢測后,檢 測結(jié)果的重復(fù)性明顯提高.在對(duì)矩形截面扭轉(zhuǎn)彈簧的扭矩檢測過程中,在彈性階段利用預(yù)置扭矩 的辦法可以改善起測點(diǎn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象,減少或避免扭轉(zhuǎn)彈簧的非穩(wěn)狀態(tài)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.

關(guān)鍵詞:矩形截面扭轉(zhuǎn)彈簧;扭矩檢測;預(yù)置扭矩;重復(fù)性

中圖分類號(hào):TG１１５．５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１９)１１Ｇ０７５３Ｇ０２

矩形截面扭轉(zhuǎn)彈簧(以下稱為矩形扭簧)對(duì)車輛 起到十分關(guān)鍵的作用.扭簧種類較多,不同扭簧在 生產(chǎn)過程中有不同的加工和熱處理工藝,所以對(duì)扭 簧制造工藝和成品質(zhì)量的檢驗(yàn)必不可少.由于目前 沒有相關(guān)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),扭簧的扭矩檢測結(jié)果的重復(fù) 性較差.扭簧的扭矩檢測結(jié)果受到檢測儀器和檢具 的影響,由于扭簧還存在初始效應(yīng),起始時(shí)扭簧存在 能量轉(zhuǎn)化不穩(wěn)定階段,這都會(huì)嚴(yán)重影響其扭矩檢測 結(jié)果.為提高扭簧扭矩檢測結(jié)果的重復(fù)性,筆者提 出預(yù)置扭矩檢測的設(shè)想,根據(jù)扭簧設(shè)計(jì)原理和使用 原則,以某公司生產(chǎn)的矩形扭簧為試驗(yàn)對(duì)象,對(duì)預(yù)置 扭矩的檢測方法進(jìn)行了研究和論證.

１ 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

１．１ 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用矩形扭簧的材料為６０Si２Mn彈簧鋼,材 料抗拉強(qiáng)度為１５６８MPa,扭簧外徑為７６．５mm,有 效圈數(shù)為２,彈性模量為２０６GPa,矩形扭簧截面的 長度(a)和寬度(b)分別為１５,８mm.

１．２ 試驗(yàn)方法

采用 WNJＧ５００型微機(jī)控制材料扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)測 試 矩 形 扭 簧 的 瞬 時(shí) 扭 矩, 扭 轉(zhuǎn) 速 度 為 ０．５rad??min－１,環(huán)境溫度為２２ ℃.

２ 理論分析

２．１ 扭轉(zhuǎn)角度對(duì)矩形扭簧瞬時(shí)扭矩的影響 該矩形扭簧瞬時(shí)扭矩的計(jì)算公式為[１]

式中:T′為扭簧的瞬時(shí)扭矩;E 為彈性模量;D 為扭 簧的外徑;n 為有效圈數(shù).

計(jì)算不同扭轉(zhuǎn)角度下矩形扭簧的瞬時(shí)扭矩,結(jié) 果如表１所示.

由表１可知,當(dāng)矩形扭簧扭轉(zhuǎn)相同角度(彈性變 化階段)時(shí),瞬時(shí)扭矩的改變量相同,并不受扭簧預(yù) 置角度的影響,如圖１所示.可見在矩形扭簧穩(wěn)定 應(yīng)用的范圍內(nèi),預(yù)置角度的大小對(duì)于試驗(yàn)分析各階 段的數(shù)據(jù)無影響.

２．２ 最大許用預(yù)置角度

為確保矩形扭簧在檢驗(yàn)中不產(chǎn)生塑性變形,需 要在其最大許用扭矩及最大許用角度內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn). 其中,最大許用扭矩可由極限扭矩計(jì)算得到.極限 扭矩的計(jì)算公式為

式中:Tb為矩形扭簧的極限扭矩;σb 為抗拉強(qiáng)度; K′為曲度系數(shù).

式中:C 為旋繞比.

由于矩形扭簧的最大許用應(yīng)力為σb 的０．５~ ０．６倍,為確保彈簧在使用中不出現(xiàn)塑性變形,所以 取最大許用應(yīng)力為０．５σb,該矩形扭簧的最大許用扭 矩(Tmax)的計(jì)算公式為

最大許用角度(ψ)的計(jì)算公式為

由于扭簧實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定應(yīng)用的扭矩范圍是(２０％~ ７０％)Tmax,經(jīng)過計(jì)算得到該矩形扭簧的穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)角 度最大為１０．９°(由１５．６°×７０％得到).由于試驗(yàn)所 需扭轉(zhuǎn)角度為８°,由此得出其最大預(yù)置角度不大于 ２．９°(由１０．９°減８°得到,即試驗(yàn)所需扭轉(zhuǎn)角度與穩(wěn)定 扭轉(zhuǎn)角度的差值).為避免試驗(yàn)時(shí)達(dá)到極限值,設(shè)置 安全系數(shù)為０．６,上述計(jì)算結(jié)果乘以０．６后得到試驗(yàn) 預(yù)置角度不大于１．７４°,預(yù)置扭矩不大于２９．１N??m.

３ 試驗(yàn)驗(yàn)證

在扭轉(zhuǎn)角度為８°的條件下,分別在未預(yù)置扭矩 和預(yù)置扭矩為２０N??m 的情況下對(duì)該矩形扭簧的瞬 時(shí)扭矩進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)當(dāng)未預(yù)置扭矩時(shí),矩形扭簧的 瞬時(shí)扭矩分別為１２６,１２９,１３４,１２２,１３２N??m,當(dāng)預(yù) 置扭矩為２０N??m 時(shí),矩形扭簧的瞬時(shí)扭矩分別為 １３４,１３３,１３３,１３２,１３５ N??m.可 見 預(yù) 置 扭 矩 為 ２０N??m時(shí),試驗(yàn)結(jié)果較為穩(wěn)定,重復(fù)性明顯提高.

４ 結(jié)論

采用預(yù)置扭矩的方法對(duì)矩形扭簧進(jìn)行扭矩檢測 試驗(yàn),所得試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性明顯提高.在對(duì)矩形 扭簧的扭矩檢測過程中,在彈性階段利用預(yù)置扭矩 的辦法可以改善起測點(diǎn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象,減少或避免 扭簧的非穩(wěn)狀態(tài)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.

參考文獻(xiàn):

[１] 張英會(huì),劉輝航,王德成．彈簧手冊(cè)[M]．北京:機(jī)械工 業(yè)出版社,２００８:３９１．

<文章來源>材料與測試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>55卷>11期(pp:753-754)>