許勇軍， 吳森利， 張丹， 張會(huì)芳

（中國航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件制造有限責(zé)任公司，貴陽 550014）

0 引言

我公司是生產(chǎn)緊固件的專業(yè)化生產(chǎn)廠家，近年來制造了多種大規(guī)格的壓縮彈簧，其中一種彈簧外徑為φ181 mm，內(nèi)徑為φ165 mm，主要技術(shù)要求為彈簧在壓剩至1.8 mm時(shí)，保證其彈力值為P=（45+10）N。由于該彈簧外形尺寸較大，公司現(xiàn)有的普通小型拉壓彈簧測力儀無法對其彈力值進(jìn)行檢測，若購買大型的測力儀則需十幾萬元，還必須定做，故公司決定自行設(shè)計(jì)制造一個(gè)專用的測量工裝，來測量此類彈簧的彈力值。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 方案原理分析

該方案的設(shè)計(jì)以我公司原有的普通小型彈簧拉壓測力儀的測力原理為基礎(chǔ)，構(gòu)造了一個(gè)組合裝置，采用等效測量的方法，將彈簧拉壓測力儀的工作臺(tái)面積放大，以達(dá)到可測量大面積壓縮彈簧彈力值的效果。

原有彈簧拉壓測力儀的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。

圖1 原有彈簧拉壓測力儀的結(jié)構(gòu)簡圖

其工作原理為：將彈簧水平立于下工作臺(tái)上，彈簧的軸線與工作臺(tái)面垂直。通過轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂對上工作臺(tái)施加一個(gè)下壓的力，并使其與彈簧的一端面接觸，彈簧在上、下工作臺(tái)的擠壓下產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)被壓縮到我們要求達(dá)到的行程時(shí)，彈簧反向施加給工作臺(tái)上的力會(huì)通過傳感裝置在數(shù)顯箱上的力值讀數(shù)表上顯示出來，此時(shí)讀數(shù)表上顯示的數(shù)值即為彈簧在此行程下所受的壓力。但由于普通小型彈力測量儀的工作臺(tái)兩側(cè)有導(dǎo)程柱，故其所測量彈簧的面積有限，且不能輕易增大其工作臺(tái)面積，除非購置更大型的測量儀。

1.2 裝置設(shè)計(jì)

由彈簧拉壓測力儀的工作原理，我們設(shè)計(jì)了一套簡單的組合裝置。利用該套裝置即可間接地測量出壓縮彈簧在額定的條件下所受的彈力值。

該裝置由2個(gè)平板（底座、壓板）、4個(gè)支架、4個(gè)固定套、4塊百分表及4根高度測桿組合而成，見圖2。

圖2 組合裝置

由于壓板既是施力物也為承載物，所以要求壓板在使用過程中不能產(chǎn)生變形，結(jié)合實(shí)際情況我們可以選用不同規(guī)格、不同材料的板材，這里我們選用5 mm的鋼板。在鋼板上設(shè)計(jì)制作了4個(gè)導(dǎo)程孔，便于與后面設(shè)計(jì)的高度測桿一同使用，以達(dá)到快速調(diào)整定位的效果。結(jié)構(gòu)簡圖見圖3。

同理，底座作為承載物在使用過程中不能產(chǎn)生變形，因此，我們也選擇用5 mm的鋼板來制作。為使百分表探頭能穿過底座與壓板接觸，我們在底座上加工了4個(gè)φ9 mm的孔，以便于百分表的探頭能檢測到彈簧受力后的壓剩尺寸及壓剩尺寸是否均勻。其結(jié)構(gòu)簡圖見圖4。

為了提高檢測精度，對底座及壓板與壓縮彈簧的接觸面需進(jìn)行精磨，以保證一定的平面度，這也是保證與零件接觸時(shí)的測量高度能達(dá)到所要求精度的條件之一。

為固定4個(gè)百分表，我們在底座的下方設(shè)計(jì)了4個(gè)固定套，將4個(gè)固定套焊接在底座4個(gè)φ9 mm孔的正下方，并在固定套上設(shè)計(jì)了一個(gè)螺紋孔，用4個(gè)普通螺釘即可對百分表進(jìn)行固定使用，這樣的設(shè)計(jì)便于組裝、拆卸百分表。其結(jié)構(gòu)見圖5。

圖3 壓板結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 底座結(jié)構(gòu)簡圖

圖5 固定套結(jié)構(gòu)簡圖

為了方便觀看到百分表上的數(shù)值，還需將底板支高到可觀看到的高度，因此，在底板上增加4個(gè)支架，并通過螺紋形式與底座連接，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖6。

圖6 支架結(jié)構(gòu)簡圖

為了達(dá)到快速定位找正的目的，我們還設(shè)計(jì)了4根高度測桿，其高度比被測彈簧的高度小2～3 mm即可，其直徑比壓板上所設(shè)計(jì)的導(dǎo)程孔的直徑小0.2～0.4 mm即可，這樣可使得在彈簧上放上壓板后，高度測量桿能通過壓板上的導(dǎo)程孔立于底座上而不倒，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖7。

1.3 測力裝置的工作原理

圖7 高度測桿結(jié)構(gòu)簡圖

先將支架安裝在底座的4個(gè)螺紋孔上，再將安裝上支架的底座放于工作臺(tái)上，用鋼球或高度尺等工具找平。然后將彈簧水平放置在底座上，此時(shí)目測彈簧是在底座的正中間。將壓板水平放置在彈簧的正上方并邊角對齊底座，將高度測桿穿過壓板上的4個(gè)導(dǎo)程孔放置在底座上，此時(shí)在壓板上放置重物，通過改變重物的大小來調(diào)整下壓力，通過移動(dòng)零件上方放置的重物的位置，并結(jié)合高度測桿進(jìn)行初定位找正，當(dāng)目測到4個(gè)高度測桿的末端將要從壓板上露頭與壓板上端面齊平時(shí)，重物重心即在零件中間。之后，通過塊規(guī)進(jìn)行精確找正，通過用塊規(guī)測量上壓板與底座之間的各邊縫隙來微調(diào)所施加的重物，當(dāng)上壓板與底座之間各邊縫隙達(dá)到所要求的彈簧壓剩高度時(shí)停止增加重物的重量。這時(shí)將彈簧上所放的所有重物（包括壓板）放在彈簧拉壓測力儀上測量，此時(shí)彈簧拉壓測力儀上顯示的讀數(shù)即為壓縮彈簧所受到的彈力值。

2 對比驗(yàn)證

為驗(yàn)證該套彈簧測力裝置應(yīng)用的可行性，我們用既可在彈簧拉壓測力儀上直接測出彈力值，又可在該套彈簧測力裝置上測力的某零件進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。

1）將某壓縮彈簧放在彈簧拉壓測力儀上，連續(xù)進(jìn)行5次測力，當(dāng)其壓剩高度為1.5 mm時(shí)，所得的彈力值如表1。

表1 彈簧拉壓測力測得的彈力值A(chǔ) N

2）用同一零件放在該套彈簧測力裝置上按上述原理連續(xù)進(jìn)行5次測力，當(dāng)壓剩高度為1.5 mm時(shí)，測得的彈力值如表2。

表2 新裝置測得的彈力值B N

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。我們利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的有關(guān)假設(shè)檢驗(yàn)論據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（取顯著水平α=0.01），彈簧拉壓測力儀上測得的彈力值的樣本方差

同理，用彈簧測力裝置測得的彈力值的樣本方差：SB2≈0.000 75，由此可得SA2/SB2≈0.67。

通過對上述兩種方法測得的彈力值的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得出 0.043＜SA2/SB2＜23.2，再由數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)理論，我們可以得出這兩種方法測得的彈力值無顯著差異，具有可互換性。因此我們認(rèn)為該彈簧測力裝置能滿足壓縮彈簧的彈力值測力使用要求。

3 結(jié)語

通過對比普通小型彈簧拉壓測力儀的測力原理，設(shè)計(jì)了該套彈力測量裝置，并且運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的有關(guān)理論對用兩種測力裝置測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得出的結(jié)論是我們所設(shè)計(jì)的該套彈簧測力裝置的應(yīng)用是可行的，用其對壓縮彈簧的彈力進(jìn)行測量與用彈簧拉壓測力儀進(jìn)行測量是等效的。

當(dāng)壓縮彈簧的額定彈力值在彈簧拉壓測力儀的量程范圍內(nèi)，但面積超過了彈簧拉壓測力儀工作臺(tái)面積時(shí)，均可根據(jù)實(shí)際情況制作這樣一套裝置來測量彈簧的彈力值。

該套裝置解決了研制初期需大量投入資金的問題。其結(jié)構(gòu)簡單，取材方便，造價(jià)低廉，在為企業(yè)節(jié)約大量資金的同時(shí)，又能方便地檢測出較大面積彈簧的彈力值，能夠適應(yīng)中小企業(yè)在產(chǎn)品研制階段及今后中小批量的該類產(chǎn)品的彈力值檢測。

［1］ 盛驟，謝式千，潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)［M］.北京:高等教育出版社，2008.