摘 要:矩形截面扭轉彈簧的扭矩檢測缺乏相應的標準進行規范,導致其檢測結果的重復性較 差.通過理論分析和試驗驗證,發現采用預置扭矩的方法對矩形截面扭轉彈簧進行扭矩檢測后,檢 測結果的重復性明顯提高.在對矩形截面扭轉彈簧的扭矩檢測過程中,在彈性階段利用預置扭矩 的辦法可以改善起測點不穩定的現象,減少或避免扭轉彈簧的非穩狀態對試驗結果的影響.

關鍵詞:矩形截面扭轉彈簧;扭矩檢測;預置扭矩;重復性

中圖分類號:TG１１５．５ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１９)１１Ｇ０７５３Ｇ０２

矩形截面扭轉彈簧(以下稱為矩形扭簧)對車輛 起到十分關鍵的作用.扭簧種類較多,不同扭簧在 生產過程中有不同的加工和熱處理工藝,所以對扭 簧制造工藝和成品質量的檢驗必不可少.由于目前 沒有相關的檢驗標準,扭簧的扭矩檢測結果的重復 性較差.扭簧的扭矩檢測結果受到檢測儀器和檢具 的影響,由于扭簧還存在初始效應,起始時扭簧存在 能量轉化不穩定階段,這都會嚴重影響其扭矩檢測 結果.為提高扭簧扭矩檢測結果的重復性,筆者提 出預置扭矩檢測的設想,根據扭簧設計原理和使用 原則,以某公司生產的矩形扭簧為試驗對象,對預置 扭矩的檢測方法進行了研究和論證.

１ 試驗材料與試驗方法

１．１ 試驗材料

試驗用矩形扭簧的材料為６０Si２Mn彈簧鋼,材 料抗拉強度為１５６８MPa,扭簧外徑為７６．５mm,有 效圈數為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 試驗方法

采用 WNJＧ５００型微機控制材料扭轉試驗機測 試 矩 形 扭 簧 的 瞬 時 扭 矩, 扭 轉 速 度 為 ０．５rad??min－１,環境溫度為２２ ℃.

２ 理論分析

２．１ 扭轉角度對矩形扭簧瞬時扭矩的影響 該矩形扭簧瞬時扭矩的計算公式為[１]

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

計算不同扭轉角度下矩形扭簧的瞬時扭矩,結 果如表１所示.

由表１可知,當矩形扭簧扭轉相同角度(彈性變 化階段)時,瞬時扭矩的改變量相同,并不受扭簧預 置角度的影響,如圖１所示.可見在矩形扭簧穩定 應用的范圍內,預置角度的大小對于試驗分析各階 段的數據無影響.

２．２ 最大許用預置角度

為確保矩形扭簧在檢驗中不產生塑性變形,需 要在其最大許用扭矩及最大許用角度內進行試驗. 其中,最大許用扭矩可由極限扭矩計算得到.極限 扭矩的計算公式為

式中:Tb為矩形扭簧的極限扭矩;σb 為抗拉強度; K′為曲度系數.

式中:C 為旋繞比.

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

最大許用角度(ψ)的計算公式為

由于扭簧實現穩定應用的扭矩范圍是(２０％~ ７０％)Tmax,經過計算得到該矩形扭簧的穩定扭轉角 度最大為１０．９°(由１５．６°×７０％得到).由于試驗所 需扭轉角度為８°,由此得出其最大預置角度不大于 ２．９°(由１０．９°減８°得到,即試驗所需扭轉角度與穩定 扭轉角度的差值).為避免試驗時達到極限值,設置 安全系數為０．６,上述計算結果乘以０．６后得到試驗 預置角度不大于１．７４°,預置扭矩不大于２９．１N??m.

３ 試驗驗證

在扭轉角度為８°的條件下,分別在未預置扭矩 和預置扭矩為２０N??m 的情況下對該矩形扭簧的瞬 時扭矩進行測試,發現當未預置扭矩時,矩形扭簧的 瞬時扭矩分別為１２６,１２９,１３４,１２２,１３２N??m,當預 置扭矩為２０N??m 時,矩形扭簧的瞬時扭矩分別為 １３４,１３３,１３３,１３２,１３５ N??m.可 見 預 置 扭 矩 為 ２０N??m時,試驗結果較為穩定,重復性明顯提高.

４ 結論

采用預置扭矩的方法對矩形扭簧進行扭矩檢測 試驗,所得試驗結果的重復性明顯提高.在對矩形 扭簧的扭矩檢測過程中,在彈性階段利用預置扭矩 的辦法可以改善起測點不穩定的現象,減少或避免 扭簧的非穩狀態對試驗結果的影響.

參考文獻:

[１] 張英會,劉輝航,王德成．彈簧手冊[M]．北京:機械工 業出版社,２００８:３９１．

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