作者：杭州应用工程技术学院（310012）蒋惠忠 来源：《电子技术应用》

弹簧发条力矩和疲劳自动测试的研究 摘要：根据弹簧发条力矩和疲劳试验方法，研制了基于单片机的弹簧发条力矩和疲劳自动测试仪，介绍了硬件和软件结构，设计了方便实用的仪器调试子程序。 关键词：弹簧发条 力矩和疲劳测试 单片机 机械式定时器因成本低、操作方便而大量应用于电扇、微波炉等电器的定时控制中。定时器的质量及定时精度主要取决于所用的弹簧发生的性能。弹簧发条生产厂家及定时器生产厂家对每一批次的弹簧发条都要进行抽样检测。测试内容主要包括扭矩测试与疲劳测试。目前国内相应的测试设备智能化、自动化程度不高，力矩和疲劳试验需分开进行，需要两套设备，为此我们研制了智能型弹簧发条力矩和疲劳试验仪。它由单征机控制，智能化、自动化程度高，只要把待测弹簧装上测试台，就能自动进行力矩与疲劳试验，并打印出试验结果。 1 发条的机械性能参数及试验方法 1.1 发条的机械性能参数 根据国家标准规定，发生机械性能参数包括：①力矩衰减率（%）sm；②疲劳寿命（次）；③大力矩m0.5；④小力矩mn；⑤力矩变动率bm。 1.2 检验方法 弹簧发条要上紧放松来回5次后再进行力矩测试。发条完全上紧后退回0.5圈时，输出的力矩为大力矩m0.5；继续退回ng(工作圈数)圈时，输出的力矩为小力矩mn。根据大小力矩计算出力矩变动率bm为： bm=(m0.5-mn)/m0.5 (1) 发条疲劳1000次后（疲劳试验以上紧后退回0.5圈作为起点，上紧放松ng-0.5圈为一交），测得小力矩mn'。可根据下式计算出力矩衰减率sm为： sm=(mn-mn')/mn (2) 要求疲劳试验速度每秒不大于2圈。 2 系统硬件设计 根据弹簧机械性能参数及试验方法，我们研制了智能型弹簧发条力矩和疲劳试验仪。它由8031单片机系统、步进电机及驱动器、弹簧测试座、测力传感器及信号放大器、面板式打印机、电源等部分组成，如图1所示。 2.1 弹簧测试座 根据机械式定时器的结构和工作原理，设计了弹簧测试机构。电机轴转动时，发条就跟着旋紧或放松。发条旋紧时，通过机械结构将扭力传送到测力传感器上，测力传感器的应变电桥输出相应电压信号，输出信号与它受的力即发条扭矩成正比。此信号经过放大、a/d转换，就可得到相应的力矩数值。 2.2 单片机系统 系统由微处理器、程序存储器、数据存储器、扩展i/o口、键盘、数码显示器等构成。微处理器采用8031单片机，配置64k片外程序存储器和32k数据存储器，8155芯片作扩展i/o口，其中b口为打印机数据口，a口为输出口，c口为输入口。pc0（busy）、pa7（stb）为打印机联络线。pa0～pa4为带光隔的输出口。由软件产生的可变频cp脉冲信号从pa0输出到步进电机驱动器，控制步进电机速度；pa1输出高低电平，控制步进电机转向；pa2控制蜂鸣器，发出不同声音提示及告警；pa3控制继电器，在测试完成及需要时切断电机电源。系统采用了通用的可编程键盘显示接口器件8279芯片来完成20键键盘输入和8位数码显示控制两种功能。 2.3 信号处理系统 信号处理系统由测力传感器、信号放大器、a/d转换器组成。测力传感器采用称重传感器。它采用铝合金材质的弹性材料，在表面贴应变片构成应变电桥，受力时变会有电压信号输出。传感器的量程是3kg，工作电压为5v，综合误差为0.025%，零点温漂为0.030%/10℃，是较理想的测力传感器。 放大器采用adi的仪表放大器ad620，因为它具有高共模抑制、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移的性能，外围电路简单，一般只要接一只外接电阻，改变电阻rg的阻值，就可改变放大器增益。 2.4 步进电机及驱动器 驱动系统采用五相永