Page 111 - 无损检测2021年第二期

倪林森:
基于计算机图形技术的螺旋弹簧应力检测装置

损快速检测的目的。螺旋弹簧在汽车悬架系统中的
装配位置如图 1 所示。

图 3 弹簧应力检测流程图

图 1 螺旋弹簧在汽车悬架系统中的装配位置示意

1 模型简介

螺旋弹簧应力检测装置结构如图 2 所示, 其主
图 4 螺旋弹簧受力分析及局部作用平面示意
要包括一台六分力测力机、 转盘、 3D 扫描仪以及定
位盘。 T =PDcosα ( 1 )
六分力测力机用于检测载荷的大小、 方向以及 M =PDsinα ( 2 )
力的作用点; 定位盘用于装配定位测试弹簧; 转盘与 4 Pcosα
τ 1 = 2 ( 3 )
3D 扫描仪配合使用, 用于扫描测试弹簧在受载状态 πd
4Psinα
下的几何形状。 σ 1 = ( 4 )
πd 2
16 PDcosα
τ 2 = ( 5 )
πd 3
32PDsinα
σ 2 = ( 6 )
πd 3
式中: D 为截面中心到载荷作用线的距离; d 为钢丝
为通过截面中心
直径; α 为平面 V 1 与 V 2 的夹角; V 1
为截面所在平面。
且平行于载荷作用线的平面; V 2
正应力与剪应力的截面分布示意如图 5 所示,
由图 5 可知, 截面上任意点的总应力, 应是同类应力
图 2 螺旋弹簧应力检测装置结构示意
与正应力
的矢量和。截面上的剪应力最大值τ max
2 检测原理 最大值σ max 分别如式( 7 ),( 8 ) 所示。

16PDcosα d
通过定位装置将弹簧安装在检测装置上, 随后 τ max = τ 1 + τ 2 = 4D ( 7 )
1+
πd 3
对测试位置施加载荷。由 3D 扫描仪、 六分力测力
32 PDsinα d
1+
机与计算机获取和处理弹簧的外形信息和 载荷信 σ max = σ 1 + σ 2 = 3 8D ( 8 )
πd
息, 最后由计算机存储数据并计算应力值。弹簧应
3 试验方法与结果分析
力检测的流程如图 3 所示。
螺旋弹簧整体受力及局部作用平面如图 4 所 侧载螺旋弹簧由于侧向载荷分量较大, 弹簧各
示, 由图 4 可知, 在 载 荷 P 的 作 用 下, 弹 簧 任 意 截 圈的应力分布不均匀, 这加大了准确全面地检测弹
面受到剪力、 拉力、 扭矩( T ) 以及弯矩( M ) 的作用, 簧应力的难度。为测试检测装置的可行性, 选用某
, 分别
力与力矩引起的剪应力τ 1 τ 2 侧载螺旋弹簧为检测对象, 被测弹簧的几何参数如
, 和正应力σ 1 σ 2
为 [ 9 ] 表 1 所示。
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2021 年 第 43 卷 第 2 期

无损检测