Page 220 - 《振动工程学报》2026年第2期

536 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

簧实物如图 14 所示。对已经设计好的三组柔性支 筋宽 2.4 mm 的板弹簧轴向刚度为 19.4 N/mm，其共振
撑板弹簧的轴向和径向刚度分别进行试验分析（弹 频率约为 47 Hz。

簧厚度 1 mm、筋宽 2.9 mm，弹簧厚度 1.5 mm、筋宽 3.2.2 径向刚度试验
1.8 mm，弹簧厚度 1.5 mm、筋宽 2.4 mm，共三组）。板 对采样器柔性支撑板弹簧进行不同轴向变形下
弹簧的轴向刚度试验测量原理为：通过固定板弹簧 的径向刚度试验。测量板弹簧径向刚度的试验台如
四周，给予板弹簧中心一定的轴向变形量，根据力传 图 17 所示。板弹簧安装在套筒外壳上，外壳通过工
感器反映的力的数据，得到弹簧回复力与轴向变形 装夹具固定在竖直固定板上，在弹簧轴的末端横向
量的关系，进而得到弹簧的轴向刚度。测量板弹簧 对应安装滑台，滑台连接力传感器，通过微动滑台推
轴向刚度的试验台如图 15 所示。 动力传感器控制板弹簧的径向变形量，进而反映出
弹簧回复力的变化情况。从 0 mm 开始，滑台每次给
予板弹簧 0.3 mm 的轴向变形，最大变形量至 1.5 mm
（共 6 个数据点）。分别对这三组板弹簧进行试验，
得到板弹簧的径向刚度。

拉压力 力传感器
夹具 传感器 滑台 显示屏

1 mm厚、 1.5 mm厚、 1.5 mm厚、
2.9 mm筋宽 1.8 mm筋宽 2.4 mm筋宽

图 14 三组不同刚度涡旋线板弹簧实物图
Fig. 14 Three groups of scroll leaf springs with different stiffness

滑台
图 17 测量板弹簧径向刚度试验台
拉压力传
感器 板弹簧 Fig. 17 Test bench for measuring radial stiffness of leaf
spring

试验结果如图 18 所示，厚度 1 mm、筋宽 2.9 mm
力传感器 组 的 板 弹 簧 径 向 刚 度为 30.9 N/mm； 厚 度 1.5 mm、
显示屏
筋宽 1.8 mm 组 的 板 弹 簧 径 向 刚 度 为 11.6 N/mm； 厚

图 15 测量板弹簧轴向刚度的试验台 度 1.5 mm、 筋 宽 2.4 mm 组 的 板 弹 簧 径 向 刚 度 为
Fig. 15 Test bench for measuring the axial stiffness of leaf 30.3 N/mm。涡旋线板弹簧的径向刚度与径向变形
spring 位移没有相关性。

试验结果如图 16 所示，可以得到涡旋线板弹簧 50 1 mm厚度、2.9 mm筋宽
1.5 mm厚度、1.8 mm筋宽
的轴向刚度与轴向变形量无关。试验结果得到板弹 40 1.5 mm厚度、2.4 mm筋宽
簧刚度后，经计算可知共振频率如下：厚度 1 mm、筋 弹簧回复力 / N 30
宽 2.9 mm 的板弹簧轴向刚度为 6.8 N/mm，共振频率 20
约为 28 Hz；厚度 1.5 mm、筋宽 1.8 mm 的板弹簧轴向 10
刚度为 11.5 N/mm，共振频率约为 36 Hz；厚度 1.5 mm、 0
0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

35 弹簧径向变形量 / mm
1 mm厚度、2.9 mm筋宽
30 1.5 mm厚度、1.8 mm筋宽 图 18 弹簧径向回复力与径向变形量关系图
弹簧回复力 / N 20 Fig. 18 Relationship between spring radial restoring force and
1.5 mm厚度、2.4 mm筋宽
25
radial deformation
15

10
5 3.3 驱动力试验
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
弹簧轴向变形量 / mm 采样器具有足够的驱动力是对月壤水冰进行采

图 16 弹簧轴向回复力与轴向变形量关系图 样工作的关键。对采样器的驱动力进行验证试验，
试验台如图 所示，振动组Ⅰ 上连接一个转接件，转
Fig. 16 Relation between axial restoring force and axial 19
deformation of spring 接件起到对力传感器的承力作用。滑台连接力传感