Испытания винтовых пружин в автомобильной промышленности
В сочетании с амортизаторами пружины подвески (так называемые винтовые пружины) выполняют функцию амортизирующих элементов между шасси и кузовом и имеют решающее значение для комфорта и безопасности вождения современных транспортных средств. Пружина подвески играет важную роль в поглощении ударов и вибраций, возникающих при езде. Она также должна обеспечивать сцепление колес с дорогой.
Винтовые пружины – их также называют винтовыми пружинами сжатия – являются центральными элементами современных систем шасси. Они смягчают неровности дорожного покрытия, повышают безопасность и сцепление с дорогой, а также обеспечивают комфортное вождение. Компактная конструкция и возможность комбинирования с амортизаторами делают их предпочтительным решением для многочисленных моделей транспортных средств.
В процессе эксплуатации винтовые пружины нагружаются аксиально в направлении растяжения или сжатия. На этапе проектирования пружины оптимизируются под сферу применения и тип транспортного средства и должны функционировать очень точно в соответствии со своими характеристиками, поэтому их подвергают различным испытаниям. Общий вес современных электромобилей, как правило, даже выше, чем у автомобилей с традиционным приводом, поэтому пружины подвергаются воздействию еще больших нагрузок. Исходя из этого, надежные испытания пружин имеют большое значение. Система фирмы ZwickRoell для испытаний винтовых пружин отличается уникальной многоканальной измерительной платформой, на которой можно разместить до девяти датчиков силы, которые с высокой точностью регистрируют не только аксиальные, но и поперечные усилия и линии действия сил, а также могут определять все характеристики пружины. Кроме того, эти линии и точки действия сил могут отображаться виртуально в реальном времени в программе испытаний, разработанной для этой цели в программном обеспечении testXpert.
Типовые характеристики пружины Вектор нагружения винтовых пружин Многоканальная система для испытаний пружин Многоосное испытание амортизационной стойки Требования к системам для испытаний пружин Запросить консультацию Ссылки
Винтовые пружины - предпочтительное решение в многочисленных моделях транспортных средств
Для автомобильной промышленности винтовые пружины сжатия (широко известные как винтовые пружины или цилиндрические / спиральные пружины) являются наилучшим выбором, потому что:
- Они надежно обеспечивают дорожный просвет кузова,
- Они надежно работают в суровых условиях, а их производство экономично.
- Их компактная конструкция позволяет экономить место при установке в подрамниках или на поперечных рычагах.
- Их можно объединять с амортизатором в единый узел (простая амортизационная стойка и стойка МакФерсона).
- Они обладают линейной или даже прогрессивной характеристикой.
DIN EN 15800, типовые характеристики при испытании винтовых пружин
Настоящий европейский стандарт DIN EN 15800 (заменяет DIN 2095) регламентирует требования к качеству цилиндрических винтовых пружин сжатия из упругой круглой проволоки. Холоднокатаные пружины сжатия могут быть изготовлены из проволоки диаметром до 16 мм. (см. также стандарт EN 13906-1.)
Важнейшие измеряемые характеристики стандартной винтовой пружины:
- Длина пружины [Lo] – номинальная длина винтовой пружины в ненагруженном состоянии
- Усилия пружины [F] и Длина пружины [L] - характеристики пружины в рабочей зоне
- Длина блока [Lc] – длина пружины в полностью сжатом состоянии
- Усилие блока [Fc] – усилие, возникающее при контакте витков (длина блока)
- Жесткость пружины [R] – рост характеристики пружины (усилие на ход) в Н/мм
- Поперечные усилия [Fx, Fy] – для оценки трения и износа
- Точки просадки – определяют линию действия результирующего усилия
- Радиус внешней окружности [De] - радиус одного витка пружины в нагруженном состоянии
- Центральный размер - рассчитывает точку просадки, в которой вектор усилия проникает в опорную плоскость пружины
Почему измерение вектора нагружения у винтовых пружин так важно?
У винтовых пружин вектор нагружения никогда не проходит вдоль геометрической центральной оси, потому что концы пружины вследствие винтовой формы нагружаются неравномерно, что приводит к комплексным многоосным нагружениям. Результирующие усилия создают поперечные усилия, опрокидывающие и крутящие моменты, которые возникают на поверхности крепления амортизационной стойки и могут привести к трению и преждевременному износу смежных компонентов (стойки или клапаны).
Поэтому, помимо стандартных измерений, крайне важно точно измерить вектор нагружения, его точки просадки, а также горизонтальные усилия и моменты – в идеале с помощью многоосной системы для испытаний пружин. Кроме того, это можно отображать в реальном времени в соответствующей программе испытаний ПО testXpert фирмы ZwickRoell.
Многоканальная система фирмы ZwickRoell для испытаний пружин
Фирма ZwickRoell предлагает уникальную многоканальную систему для прецизионных, стандартизированных и безопасных испытаний винтовых пружин, оснащенную девятью датчиками силы и способную определять существенные моменты:
- 6 вертикальных датчиков (сверху и снизу)
- 3 горизонтальных датчика (напольная платформа)
Это позволяет одновременно измерять аксиальные и продольные усилия, определять центры сил, а также рассчитывать все важные характеристики в пределах одного полностью автоматического процесса испытания. Прежде всего, это позволяет определять точки просадки, которые у таких пружин никогда не располагаются по центру оси и поэтому имеют большое влияние.
Преимущества системы фирмы ZwickRoell для испытаний винтовых пружин:
- Определение всех существенных характеристик пружины
- Автоматизированный цикл измерения
- 3D-отображение результирующих усилий
- Наивысшая повторная точность
- Свободно регламентируемые протоколы испытаний
- Опциональное измерение внешней окружности
Система может испытывать все типы пружин: цилиндрические пружины, пружины барабанного типа, конические пружины, пружины в форме песочных часов или сот. Каждый тип пружины предъявляет особые требования к сопротивлению перегибам, поперечной устойчивости, пространственным требованиям и вибрационным характеристикам, которые можно надежно анализировать с помощью этой системы.
Машина для многоосного испытания амортизационных стоек, т.е. узлов «пружина/амортизатор»
Для измерения демпфирующих характеристик гидравлических амортизаторов данная испытательная машина оснащена тремя испытательными осями. Вертикальное усилие (колесная нагрузка) прикладывается на основной оси машины. Горизонтальные усилия и крутящие моменты, возникающие при движении на повороте, старте, торможении и т.д. создают установленный горизонтально электромеханический испытательный цилиндр и торсионный привод. Испытательные оси можно активировать по отдельности, независимо друг от друга. Благодаря этому, можно определять характеристики (демпфирование, трение, вязкость) при различных осевых скоростях, с боковым усилием / крутящим моментом или без него.
Каким требованиям должна соответствовать система для испытаний пружин?
Для получения надежных результатов испытаний существуют дополнительные требования к испытательной системе:
- Машина должна обладать высокой повторной точностью, которую можно определить с помощью эталонных пружин.
- Нажимные плиты должны обладать высокой степенью параллельности в ненагруженном состоянии
- Внецентренное приложение усилия вокруг испытательной оси не должно влиять на силоизмерение более чем на 1%.
Необходимо соблюдать стандарт EN ISO 7500-1, регламентирующий проверку статических одноосных испытательных машин посредством ввода данных для калибровки. В ISO 7500-1 приложение 2 собраны требования к калибровке машин для испытаний пружин. При калибровке усилия необходимо принципиально выдерживать класс 0,5.