春季测试

弹簧试验机

弹簧在无数机械和机电系统中储存并释放机械能、吸收冲击、控制力并维持预紧力:从车辆悬架到医疗设备,从工业机械到家用电器。由于其工作原理依赖于弹性行为的可重复性,因此即使几何形状或材料上的细微变化,也可能改变其力-位移曲线,并缩短其使用寿命。

对弹簧进行测试,旨在检验其性能质量,并确保其在投入生产或投入使用前符合设计规范。STEP Lab 设计并制造用于对螺旋弹簧、碟形弹簧及其他类型弹簧进行特性测试、压缩测试和疲劳测试的电动试验机,这些弹簧广泛应用于汽车、赛车、工业及科研领域。

Caratterizzazione molle

弹簧测试:进行哪些试验

Misurazioni su molle
Caratterizzazione molle

根据具体应用及所需认证的不同,弹簧测试可能包括:

  • 弹簧特性分析(力-位移曲线) 这是对任何弹簧都至关重要的试验:通过测量力随位移的变化关系,来确定刚度(弹性常数)、自由长度、压缩长度及压缩力。
  • 压缩试验 对压缩弹簧(螺旋弹簧、碟形弹簧、波形弹簧)施加轴向载荷,直至达到工作长度或压缩至堆叠状态,并验证各参考长度下的力值是否在规定的公差范围内。
  • 拉伸试验:对伸缩弹簧施加轴向载荷,以验证力-伸长曲线以及钩环/眼环在受载状态下的完整性。
  • 扭转试验 适用于扭转弹簧,用于测量扭矩与角位移的关系。
  • 疲劳/耐久性试验:进行数千或数百万次循环载荷试验,以验证弹簧在整个预期使用寿命内能否保持其特性曲线,且无裂纹、永久变形或力值损失(松弛)。
  • 定制测试方案 许多行业需要结合上述多种测试的测试序列,或模拟特定使用周期的测试方案。STEP Lab 会根据客户的具体应用及适用的标准(ISO、ASTM、EN 或 OEM 内部规范),设计定制化的测试设备。

弹簧的种类

弹簧根据其几何形状以及储存或释放能量的方式进行分类。最常见的类型有:

  • 螺旋压缩弹簧 采用圆柱形或圆锥形缠绕的线材制成的弹簧,承受压缩载荷。这是最常见的弹簧类型,也是汽车悬架系统的核心部件。
  • 拉伸(牵引)螺旋弹簧:专为承受牵引力而设计的螺旋弹簧,两端配有挂钩或眼环,用于固定负载。
  • 扭簧 通过绕自身轴线旋转而非线性压缩或拉伸来储存能量的弹簧;用于铰链、杠杆和平衡机构中。
  • 碟形弹簧(贝尔维尔弹簧)是一种锥形环形垫片,在受力时会沿轴向发生变形。它们在极小的轴向占用空间内能提供较大的弹簧力,通常采用串联或并联方式堆叠,以调节弹簧力和行程。
  • 波浪弹簧 呈波浪状的扁平金属丝,能在仅占螺旋弹簧轴向空间一小部分的情况下提供与螺旋弹簧相当的弹力;适用于安装高度受限的场合。
  • 气弹簧/气动弹簧:采用气体或压缩空气代替机械弹性元件的密封气缸,适用于需要受控、可调或阻尼力特性曲线的场合。

每种类型在受载时的表现各不相同,因此需要特定的试验设置、设备,在某些情况下还需特定的参考标准。

螺旋弹簧测试

coil spring

螺旋弹簧(也称为螺旋压缩弹簧)是绝大多数车辆悬架系统中首选的解决方案。其结构紧凑、可与减震器组合成单一支柱总成,且性价比高,因此从乘用车到赛车再到轻型商用车,都将其作为标准配置。

在悬架系统中,螺旋弹簧承受轴向压缩载荷,与减震器协同工作,以吸收来自路面的冲击,并保持轮胎与路面的接触以及行驶舒适性。随着车辆重量的增加,悬架弹簧需要承受的载荷也随之增大,因此无论是在开发阶段还是生产中的质量控制阶段,进行准确且符合标准的测试都变得越来越重要。

为什么轴向载荷的作用如此重要

由于螺旋弹簧的几何形状,施加在其上的载荷几乎从未完全位于几何轴线上:两端很少受到均匀载荷,这除了产生轴向力外,还会产生横向力和倾覆力矩。如果未进行正确的控制和测量,这些影响可能会导致相邻部件(弹簧杆、弹簧座、减震器)出现不均匀磨损、摩擦以及过早失效。

因此,一台可靠的螺旋弹簧测试机必须能够精确地在中心轴上施加并测量载荷,确保压缩板之间具有高平行度,并保证即使对于几何和尺寸公差非常严格的弹簧,也能获得可重复的测试结果。

螺旋弹簧和减震器的测试

由于螺旋弹簧通常与减震器组合成一个整体的支柱总成,因此弹簧的特性测试往往与减震器测试同时进行。弹簧-减震器试验台使制造商能够在同时承受垂直和侧向载荷的真实工况下,对整个支柱总成进行验证。

弹簧测试系统

我们的弹簧测试机基于两种全电动技术,具体选择取决于所需的测试类型:

  • EA系列,适用于静态、准静态及低/中频疲劳试验
  • UD系列,用于高频动态测试。
  • 为了对完整的弹簧减震器总成(减震支柱)进行特性分析,我们还提供基于LUD系列的试验台。

我们所有机器共有的主要特点是:

  • 作用力施加于中心轴上,即使对于几何和尺寸公差极小的弹簧,也能实现均匀、精确的加载
  • 侧向载荷导轨,可吸收由螺旋几何形状产生的横向力,从而保护称重传感器和机器结构
  • 多轴(最多6轴)称重传感器,用于同时测量轴向力和侧向分量
  • 自动检测弹簧断裂,测试立即停止,并保存截至失效前的数据
  • 通过TestCenter软件对结构变形进行实时校正
  • 用于保障操作人员和试验台安全的冲击和过载保护系统
  • 根据您的需求提供定制化设计,专业团队随时为您提供支持
  • 安装简便,维护成本几乎为零

EA050 用于螺旋弹簧测试

该试验机基于EA050执行器,动态载荷最高可达50 kN,试验速度最高可达1,400 mm/s,最大频率为20 Hz。一个6轴称重传感器,配合集成的抗侧向载荷导轨,可全面测量力和力矩(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz),并能检测由弹簧螺旋几何形状产生的多轴分量。该系统可执行静态和动态压缩试验、疲劳试验以及侧向载荷的多轴分析,并通过Test Center软件实现数据采集和自动生成报告。

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