一种弹性件载荷的在线测量方法及系统技术方案

本申请提供一种弹性件载荷的在线测量方法和系统，装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件改变至第一预设长度，测量装置将已知弹性件压缩并使压力传感器感应测量装置与装夹装置之间的挤压力直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度，获取此过程中多组测量装置移动的距离X与相应的压力传感器的受力值F；根据X和F拟合出F≠0时的两条线段方程，求出交点(X

【技术实现步骤摘要】
一种弹性件载荷的在线测量方法及系统
本专利技术涉及测试
，具体而言，涉及一种弹性件载荷的在线测量方法及系统。
技术介绍
弹簧在长时间使用过程中，其不可避免会产生失效，失效形式主要有疲劳断裂和应力松弛。应力松弛是指材料在总应变恒定的条件下，应力随时间延长不断下降的现象，这种现象几乎存在于所有弹簧中。对于工作条件下的弹簧，应力松弛更是其主要失效形式之一。所以弹簧应力松弛实验是对弹簧可靠性研究中的一个重要内容。现有技术中，对于弹簧的应力松弛性能的检测方法通常有如下两种：第一种，将弹簧从试验夹具中拆卸下来，通过弹簧测力计等专用仪器测量弹簧在一定长度下的载荷，测量以后再装入试验夹具中。该方法需要多次拆卸和安装弹簧，耗时长，而且对于高温试验而言，在一定程度上引入温度循环，可能降低测量结果的可信度。为了解决上述问题，提供了在线测量方法，即第二种检测方法，该方法通常是在实验夹具上直接安装应力传感器，让此传感器一直承受弹簧压缩或拉伸至一定长度时的载荷，这样可以实时获取载荷的值。但此方法存在一定缺陷，传感器需长时间一直承受载荷的作用，势必会引起传感器的零点漂移，从而降低测量的精度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种弹性件载荷的在线测量方法及系统，其能够避免传感器产生零点漂移，对弹性件的载荷进行准确地在线测量，以及实现对弹性件弹性系数的求解。为实现上述目的，本申请采用如下技术手段：第一方面，本申请提供一种弹性件载荷在线测量方法，适用于弹性件载荷在线测量系统，该测量系统包括装夹装置和测量装置。装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量。测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器，已知弹性件和压力传感器之间存在力的传递。在线测量方法包括如下步骤：(1)、朝向待测弹性件的方向移动测量装置，将已知弹性件压缩并使压力传感器感应测量装置与装夹装置之间的挤压力，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在测量装置移动过程中，获取多组X与相应地压力传感器的受力值F；其中，X是指压力传感器移动的距离与已知弹性件的压缩长度之和。(2)、根据X和F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条线段方程的交点(X0，F0)。(3)、根据F0和G求出待测弹性件在第一预设长度时的载荷P0。装夹装置将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度时，此时待测弹性件的弹力即为在线载荷P0。移动测量装置，使已知弹性件压缩并使压力传感器感应测量装置与装夹装置之间的挤压力，在待测弹性件的长度仍为第一预设长度的过程中，压力传感器的受力值F即为已知弹性件的弹力，F与X成正比，即F是X的一次方程，其斜率为已知弹性件的弹性系数k1，此阶段为F的第一阶段。继续移动测量装置，测量装置持续挤压装夹装置并使待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在此过程中，压力传感器的受力值F进一步增大，待测弹性件形变量随之减小，其弹力减小，F的增量与待测弹性件的弹力减小量相等。此过程中，可视为将待测弹性件和已知弹性件串联，此时F仍为X的一次方程，其斜率与已知弹性件弹性系数k1和待测弹性件理论弹性系数k2相关，为此阶段为F的第二阶段。由于所以在将已知弹性件压缩并使待测弹性件的长度改变至第二预设长度的过程中，存在斜率分别为k1和的两段线段，根据记录的X和F，分别拟合出这两段线段的方程，求取两线段存在的交点(X0，F0)。对待测弹性件在其长度为第一预设长度时进行受力分析，其在第一预设长度时的载荷P0与G和F0存在关系，根据F0和G即可求取载荷P0。压力传感器不会长时间一直承受载荷的作用，避免压力传感器出现零点漂移，保证压力传感器稳定工作。通过直线拟合的方法，可减小偶然因素的影响，保证求取的载荷的准确性和可靠性。根据第二阶段拟合的方程的斜率，结合斜率公式可对待测弹性件的实际弹性系数进行求解。利用已知弹性件将改变F的第一阶段延长的斜率，使第一阶段中F变化相对平缓，便于数据记录。进一步的，测量装置设置于装夹装置的下方，装夹装置包括重量为G的施力部和底部开设有通孔的套筒，待测弹性件设置于套筒内，部分施力部也设置于套筒内并作用于待测弹性件，使待测弹性件被压缩至第一预设长度，部分施力部位于通孔外。套筒固定不可移动，施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。压力传感器设置于已知弹性件靠近待测弹性件的一侧。在线测量方法包括：步骤(1)中，压力传感器接触通孔外的施力部，并继续压缩已知弹性件，使通孔外的施力部上升，直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度。步骤(3)中，根据F0和G得到P0＝G-F0。施力部的重量G大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，保证施力部能将待测弹性件至少压缩至第一预设长度，而设置于套筒内的部分施力部使得待测弹性件刚好压缩至第一预设长度。待测弹性件压缩至第一预设长度且不受外力的作用下，其与套筒底壁存在挤压，产生压力F’，此时F’＝F1。对套筒底壁进行受力分析，得到P0＝G-F1。在F的第一阶段中，压力传感器受力值F由零逐渐增大，而F’在此过程中持续减小，F的增大量等于F’的减小量，即F由零增大至F’减小为零时，F＝F1。在F’刚好为零时，待测弹性件处于将要改变其压缩长度的临界状态，即F即将变化为第二阶段，F继续增大，达到F的第二阶段。当F＝F1时，此时F1等于两线段方程交点F0，P0＝G-F0，求出(X0，F0)即可求得待测弹性件的载荷P0。进一步的，施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，且重物的重量W大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P。限位组件包括轴径大于通孔的限位部和轴径小于通孔的伸出部，限位部长度设置为第一预设长度，伸出部位于通孔外。重物作用于限位部上端且压缩待测弹性件至限位部长度。在线测量方法包括：步骤(1)中，压力传感器接触伸出部下端，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度。步骤(3)中，根据F0和G得到P0＝W+δ-F0。施力部包括重物和限位组件，G＝W+δ，重物的重量W大于待测弹性件在第一预设长度时的理论载荷P，进一步保证施力部能将待测弹性件至少压缩至第一预设长度。将限位部长度设置为第一预设长度，重物从限位部上端压缩待测弹性件直至限位部长度后无法再继续压缩待测弹性件，使得待测弹性件被压缩至第一预设长度。伸出部位于通孔之外，压力传感器接触伸出部下端，并继续压缩已知弹性件使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在此过程中，伸出部上升距离为第一预设长度与第二预设长度之差的绝对值，拟合两线段方程，求取交点(X0，F0)后得到P0。进一步的，在上述基础上，重物作用于伸出部下端压缩待测弹性件至限位部长度。压力传感器接触重物下端，并继续压缩已知弹性件，使伸出部上升，直至待测弹性件的长度改变至第二预设长度。重物位于套筒外且设置于伸出部下端，压力传感器上端接触重物下端，并继本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，适用于弹性件载荷的在线测量系统，所述在线测量系统包括装夹装置和测量装置，所述装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，所述待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量；所述测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器，所述已知弹性件和所述压力传感器之间存在力的传递；/n所述在线测量方法包括如下步骤：/n(1)、朝向所述待测弹性件的方向移动所述测量装置，将所述已知弹性件压缩并使所述压力传感器感应所述测量装置与所述装夹装置之间的挤压力，直至所述待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在所述测量装置移动过程中，获取多组X与相应的所述压力传感器的受力值F；其中，X是指所述压力传感器移动的距离与所述已知弹性件的压缩长度之和；/n(2)、根据所述X和所述F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条所述线段方程的交点(X

【技术特征摘要】
1.一种弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，适用于弹性件载荷的在线测量系统，所述在线测量系统包括装夹装置和测量装置，所述装夹装置用于施加恒力G并将待测弹性件拉伸或压缩至第一预设长度，所述待测弹性件被配置成受到外部拉力或压力的情况下能够减小其形变量；所述测量装置包括已知弹性件和设置于已知弹性件一侧的压力传感器，所述已知弹性件和所述压力传感器之间存在力的传递；
所述在线测量方法包括如下步骤：
(1)、朝向所述待测弹性件的方向移动所述测量装置，将所述已知弹性件压缩并使所述压力传感器感应所述测量装置与所述装夹装置之间的挤压力，直至所述待测弹性件的长度改变至第二预设长度，在所述测量装置移动过程中，获取多组X与相应的所述压力传感器的受力值F；其中，X是指所述压力传感器移动的距离与所述已知弹性件的压缩长度之和；
(2)、根据所述X和所述F拟合出F≠0时的两条交叉的线段方程，求出两条所述线段方程的交点(X0，F0)；
(3)、根据F0和G求出所述待测弹性件在所述第一预设长度时的载荷p0。


2.根据权利要求1所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述测量装置设置于所述装夹装置的下方，所述装夹装置包括重量为G的施力部和底部开设有通孔的套筒，所述待测弹性件设置于所述套筒内，部分所述施力部设置于所述套筒内并作用于所述待测弹性件，使所述待测弹性件被压缩至所述第一预设长度，且部分所述施力部位于所述通孔外；所述套筒固定不可移动；所述施力部的重量G大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；所述压力传感器设置于所述已知弹性件靠近所述待测弹性件的一侧；
所述在线测量方法包括：
所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述通孔外的所述施力部，并继续压缩所述已知弹性件，使通孔外的所述施力部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；
所述步骤(3)中，根据F0和G得到P0＝G-F0。


3.根据权利要求2所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，所述重物的重量W大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；
所述限位组件包括轴径大于所述通孔的限位部和轴径小于所述通孔的伸出部，所述限位部长度设置为所述第一预设长度，所述伸出部位于所述通孔外；
所述重物作用于所述限位部上端且压缩所述待测弹性件至所述限位部长度；
所述在线测量方法包括：
所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述伸出部下端，并继续压缩所述已知弹性件，使所述伸出部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；
所述步骤(3)中，根据F0和G得到P0＝W+δ-F0。


4.根据权利要求2所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述施力部包括重量为W的重物和重量为δ的限位组件，所述重物的重量W大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；
所述限位组件包括轴径大于所述通孔的限位部和轴径小于所述通孔的伸出部，所述限位部长度设置为所述第一预设长度，所述伸出部位于所述通孔外；
所述重物作用于所述伸出部下端压缩所述待测弹性件至所述限位部长度；
所述在线测量方法包括：
所述步骤(1)中，所述压力传感器接触所述重物下端，并继续压缩所述已知弹性件，使所述伸出部上升直至所述待测弹性件的长度改变至所述第二预设长度；
所述步骤(3)中，根据F0和G求出P0＝W+δ-F0。


5.根据权利要求1所述的弹性件载荷的在线测量方法，其特征在于，所述测量装置设置于所述装夹装置的下方，所述装夹装置包括固定部、重量为G的施力部以及底部开设有通孔的套筒，所述施力部的重量G大于所述待测弹性件在所述第一预设长度时的理论载荷P；
部分所述施力部设置于所述套筒内，且部分所述施力部位于所述通孔外；所述待测弹性件的两端分别连接于所述固定部和所述施力部的上端，使所述待测弹性件处于拉伸状态；所述压力传感器设置于所述已知弹性件靠近所述待测弹性件的一侧；
所述在线测量方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，贺毅，李忠盛，宋凯强，金应荣，王梦嘉，王心雨，冉渭，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，西华大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50