CN110132739A - 一种微动疲劳试验法向载荷加载装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微动疲劳试验法向载荷加载装置及方法。该加载装置有两个部分组成：固定部分和载荷加载部分。具体包括：微动垫，第一夹持板，第二夹持板，测力传感器，载荷调节螺钉，防松螺母，限位螺杆，定位螺母，限位螺母，衬套，固定板，固定螺栓，内侧固定块，外侧固定块。本发明实现了在普通疲劳试验机上开展微动疲劳试验。
Description
技术领域
本发明涉及微动疲劳试验领域，具体来说，是一种用于实验室对标准试件进行微动疲劳试验中法向载荷的加载装置及方法。
背景技术
航空发动机轴流式压气机，涡轮及其他一些动力机械中被广泛采用榫联接结构。微动疲劳会加速榫联接部位的裂纹的萌生和扩展，加速构件的失效。航空发动机的压气机的盘和叶片广泛采用钛合金制造，而钛合金对微动疲劳很敏感。
为研究材料的微动疲劳特性，需在实验室开展微动疲劳试验。普通的单轴疲劳试验机无法对标准试件施加法向载荷，因此无法直接用于微动疲劳试验。目前，微动疲劳试验要么通过多轴疲劳试验机开展，要么通过在单轴疲劳试验机上增加装置来给试件施加法向载荷开展试验。目前微动疲劳试验中施加法向力的装置多是通过液压加载和加载环加载，液压加载能够施加的法向载荷比较大，但是由于是左右两侧同时加载，即使是控制程序也很难保证左右两侧的法向载荷能够大小一致，因此，试件就有可能受到额外的弯矩，影响试验精度；而加载环加载虽然能够克服这一问题，但是由于加载环本身结构过于简单，不能施加很大的法向载荷，而且加载环一般不进行轴向固定，所以轴向刚度较小。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服背景技术中的不足，提供一种微动疲劳试验法向载荷加载装置及方法，实现了在普通疲劳试验机上开展微动疲劳试验的目的。本发明综合了已有两类装置的优点，能够对试件施加较大法向载荷的同时，又通过机械结构实现单侧加载，避免了因为加载不对称给试件带来额外的弯矩。
本发明技术解决方案：一种微动疲劳试验法向载荷加载装置，包括：试件(1)、微动垫(2)、第一夹持板(3)、第二夹持板(4)、测力传感器(5)、载荷调节螺钉(6)、固定板(7)、限位螺杆(8)、限位螺母(9)、外侧固定块(10)、内侧固定块(11)、防松螺母(12)、轴套(13)、固定螺杆(14)和定位螺母(15)。外侧固定块(10)和内侧固定块(11)在螺栓作用下将整个法向载荷加载装置固定在疲劳试验机两侧的立柱上，内侧固定块(11)联接固定螺杆(14)，在固定板(7)的对应位置开有螺纹孔用于联接固定螺杆(14)。两侧的固定板(7)之间用限位螺杆(8)联接，定位螺母(15)安装在限位螺杆(8)上，在固定板(7)的对应位置开有通孔，定位螺母(15)的作用是给右侧的固定板(7)定位，而限位螺母(9)和定位螺母(15)一起夹紧右侧的固定板(7)，从而达到固定的效果。第二夹持板(4)的右侧开有螺纹孔，通过螺钉将测力传感器(5)安装在第二夹持板(4)上。载荷调节螺钉(6)穿过第一夹持板(3)右侧板上的螺纹孔后，安装放松螺母(12)，之后顶在测力传感器(5)上。在第一夹持板(3)和第二夹持板(4)的对应位置开有通孔，使得限位螺杆(8)穿过，从而，整个装置就能够固定在疲劳试验机两侧的立柱上了。在第一夹持板(3)的左侧板和第二夹持板(4)上预先开有矩形槽用于安装微动垫(2)；在试验中，微动疲劳法向载荷通过载荷调节螺钉(6)施加。在第一夹持板(3)、第二夹持板(4)和限位螺杆(8)之间增加轴套(13)，起到减少磨损的作用。
所述的微动疲劳法向载荷加载装置可以根据具体需求的不同，通过更改微动垫的几何，尺寸来实现不同的微动副形式。
所述的微动疲劳法向载荷加载装置，可以通过替换不同长度的固定螺杆，安装到不同型号的疲劳试验机上。
本发明一种微动疲劳试验法向载荷加载方法，包括以下步骤：
第一步，在试验过程中，微动疲劳法向力通过载荷调节螺钉(6)施加，测力传感器(5)固定在第二夹持板(4)上，通过拧紧载荷调节螺钉(6)，载荷调节螺钉(6)会先顶在测力传感器(5)上，在限位螺杆(8)的作用下，测力传感器(5)与第二夹持板(4)一起向左运动，直到第二夹持板(4)上的微动垫(2)与试件(1)接触，起到定位作用。之后第二夹持板(4)不在运动。
第二步，之后继续拧紧载荷调节螺钉(6)会使得第一夹持板(3)整体向右运动，试件(1)左侧的微动垫(2)也能压紧在试件上。
第三步，继续拧紧载荷调节螺钉(6)，两侧的微动垫(2)就能够以一定的载荷压紧在试件(1)的两侧，达到施加法向载荷的目的。在达到预期的法向载荷后，拧紧防松螺母(12)，能够实现在试验过程中防止螺纹松动导致的法向载荷的减小。测力传感器(5)能够外联一个示数显示器，就能在实验过程中持续监测法向力的大小变化。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)由于试件先在疲劳试验机的上下夹头上固定并不能保证位于两个微动垫的对称中心，使试件受到不对称的载荷而发生弯曲。在本发明中能避免这种情况，在利用载荷调节螺钉施加法向载荷的过程中微动垫能够自动对称定位到试件的两侧。
(2)本发明结构简单能够施加较大的法向载荷。能够固定在疲劳试验机上，轴向刚度大。具有广泛的适用性，能用于不同型号的疲劳试验机。
附图说明
图1为本发明加载装置整体结构主视图；
图2为本发明加载装置整体结构正等测图；
图3为本发明加载装置中第一夹持板的正等测图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对发明进行详细说明。
首先，整个装置需要通过疲劳试验机两侧的立柱与疲劳试验机固定。
如图1-3所示，本发明整个微动疲劳法向载荷加载装置分为两个部分：固定部分和载荷加载部分；
载荷加载部分包括微动垫2、第一夹持板3、第二夹持板4、测力传感器5、载荷调节螺钉6、防松螺母12和轴套13。微动垫2可以根据不同需要试验需要更换。第一夹持板3图3由左右两块平板通过四根杆连接，左边的平板的右侧开有凹槽用于放置微动垫2，右边的平板开有螺纹通孔用于安装载荷调节螺钉6，载荷调节螺钉6穿过螺纹通孔后顶在测力传感器5上，测力传感器5用螺钉固定在第二夹持板4的右侧，第二夹持板4的左侧也开有凹槽用于安装微动垫2。在第一夹持板3和第二夹持板4的相应位置上开有通孔，限位螺杆8穿过这些通孔固定在两侧的固定板7上，从而限制载荷加载部分的位移，只允许载荷加载部分在法向方向上即图1中的x方向运动。
固定部分由固定板7、限位螺杆8、限位螺母9、外侧固定块10、内侧固定块11、固定螺杆14和定位螺母15组成。两侧各有一块固定板7，固定板7的作用是支撑起限位螺杆8。依靠限位螺杆8支撑起载荷加载部分。所以限位螺杆主要受到载荷加载部分的重力和试验中法向载荷在接触区域引起的摩擦力的作用，这两个力都是竖直方向的即图1中的y方向。所以需要校核限位螺杆8受弯时的强度。定位螺母15的作用是给右侧的固定板7定位，限位螺母9和定位螺母15夹紧右侧的固定板7，从而起到固定右侧的固定板7的作用。在左右两侧的固定板7的对应位置开有螺纹通孔，内固定块11的相应位置设有台阶孔用于安装固定螺杆14，固定螺杆14穿过台阶孔装配到固定板7上的螺纹通孔中。最后，两侧的外侧固定块10和内侧固定块11在螺栓作用下将整个法向载荷加载装置固定在疲劳试验机两侧的立柱上。
在试验过程中，首先将试件1装夹到疲劳试验机的上下夹头上。载荷施加通过拧紧载荷调节螺钉6，载荷调节螺钉6会先顶在测力传感器5上，带动第二夹持板4向左运动，直到右侧的微动垫2与试件1接触后，第二夹持板4不再运动，起到定位的效果。然后继续拧紧载荷调节螺钉6，在螺纹的作用下，第一夹持板3会向右运动，直到左侧的微动垫2也压紧在试件1上，继续拧紧载荷调节螺母6，两侧的微动垫2就能以某一数值的法向载荷压紧在试件两侧。在法向载荷达到试验所需的大小之后，拧紧防松螺母12。测力传感器5外联一个显示器，就能监测法向载荷的大小。防松螺母12能够确保在试验过程中不会因为螺纹松动导致法向载荷的减小。
为减小第一夹持板3、第二夹持板4与限位螺杆8之间的磨损，在第一夹持板3和第二夹持板4的通孔和限位螺杆8之间增加轴套13。
在试验结束后，先松开防松螺母12，再拧松载荷调节螺钉6，测力传感器5外联的显示器示数减小到0之后，继续松开载荷调节螺钉6，第一夹持板3会向左运动，在第一夹持板3向左运动一段距离之后，就有足够的空间将试件取出了。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种微动疲劳试验法向载荷加载装置，其特征在于，包括：试件(1)、微动垫(2)、第一夹持板(3)、第二夹持板(4)、测力传感器(5)、载荷调节螺钉(6)、固定板(7)、限位螺杆(8)、限位螺母(9)、外侧固定块(10)、内侧固定块(11)、防松螺母(12)、轴套(13)、固定螺杆(14)和定位螺母(15)；外侧固定块(10)和内侧固定块(11)在螺栓作用下将整个法向载荷加载装置固定在疲劳试验机两侧的立柱上，内侧固定块(11)联接固定螺杆(14)，在固定板(7)的对应位置开有螺纹孔用于联接固定螺杆(14)；两侧的固定板(7)之间用限位螺杆(8)联接，定位螺母(15)安装在限位螺杆(8)上，在固定板(7)的对应位置开有通孔，定位螺母(15)的作用是给右侧的固定板(7)定位，而限位螺母(9)和定位螺母(15)一起夹紧右侧的固定板(7)，从而达到固定的效果；第二夹持板(4)的右侧开有螺纹孔，通过螺钉将测力传感器(5)安装在第二夹持板(4)上；载荷调节螺钉(6)穿过第一夹持板(3)右侧板上的螺纹孔后，安装防松螺母(12)，之后顶在测力传感器(5)上；在第一夹持板(3)和第二夹持板(4)的对应位置开有通孔，使得限位螺杆(8)穿过，从而，整个装置就能够固定在疲劳试验机两侧的立柱上了；在第一夹持板(3)的左侧板和第二夹持板(4)上预先开有矩形槽用于安装微动垫(2)；在试验中，微动疲劳法向载荷通过载荷调节螺钉(6)施加，在第一夹持板(3)、第二夹持板(4)和限位螺杆(8)之间增加轴套(13)，起到减少磨损的作用。
2.根据权利要求1所述的一种微动疲劳试验法向载荷加载装置，其特征在于：根据具体需求的不同，通过更改微动垫的几何，尺寸来实现不同的微动副形式。
3.根据权利要求1所述的一种微动疲劳试验法向载荷加载装置，其特征在于：通过替换不同长度的固定螺杆，安装到不同型号的疲劳试验机上。
4.一种微动疲劳试验法向载荷加载方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在试验过程中，微动疲劳法向力通过载荷调节螺钉(6)施加，测力传感器(5)固定在第二夹持板(4)上，通过拧紧载荷调节螺钉(6)，载荷调节螺钉(6)会先顶在测力传感器(5)上，在限位螺杆(8)的作用下，测力传感器(5)与第二夹持板(4)一起向左运动，直到第二夹持板(4)上的微动垫(2)与试件(1)接触，起到定位作用，之后第二夹持板(4)不再运动；
第二步，继续拧紧载荷调节螺钉(6)使得第一夹持板(3)整体向右运动，试件(1)左侧的微动垫(2)也能压紧在试件上；
第三步，继续拧紧载荷调节螺钉(6)，两侧的微动垫(2)就能够以一定的载荷压紧在试件(1)的两侧，达到施加法向载荷的目的；在达到预期的法向载荷后，拧紧防松螺母(12)，能够实现在试验过程中防止螺纹松动导致的法向载荷的减小，测力传感器(5)能够外联一个示数显示器，就能在实验过程中持续监测法向力的大小变化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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