一种用于测量压装结构微动疲劳强度的装置及方法与流程

1.本发明属于疲劳强度测量领域，具体公开了一种用于测量压装结构微动疲劳强度的试验装置及方法。


背景技术：

2.目前暂无统一进行压装结构微动疲劳试验的标准仪器或者结构，研究人员通常需要根据想要达到的试验预期，设计相应的压装结构进行微动疲劳试验。例如，现有的轮轴是典型的压装结构，为了对其进行微动疲劳试验，一般采用现有的立式或者卧式轮轴试验台进行试验。显然，根据试验目的及试验试样的不同，试验台和试验方法也不同，并无统一试验装置。然而，通过调研发现，压装结构试样接触压应力在试样加工时就已经确定(一般试样为一个压装件，接触压应力由过盈量和试样形状共同确定)；当前的微动疲劳试验台都无法实现改变接触压应力这一功能。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种压装结构接触压应力可调的微动疲劳试验装置及方法，这种装置以及方法可以实现试样接触压应力的控制。
4.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
5.第一方面，本发明的实施例提供了一种用于测量压装结构微动疲劳强度的装置，包括支撑机构、套环、接触压应力调节件和夹持机构；
6.沿水平方向，在所述的支撑机构上设有光孔，光孔用于试样穿过及支撑试样；
7.所述的接触压应力调节件，其用于与试样的螺纹段配合，调节试样的接触压应力大小；
8.所述的套环，其用于与试样的锥形段配合，两者锥度相同；
9.所述紧固件，其连接所述套环与所述支撑机构；
10.所述的夹持机构，其用于夹持在试样的夹持段。
11.本发明中由于压装端试样和套环有相同比例的锥度，通过旋紧接触压应力调节件产生的轴向力致使试样向左端产生位移，试样大直径端逐渐与套环小直径端接触，从而接触压应力变大，依据试验目的，调整至适当的接触压应力。
12.作为进一步的技术方案，在所述的试样上粘贴有轴向应变片；在所述的套环上粘贴有周向应变片；随着接触压应力调节件的旋入，试样受力会发生弹性变形，即被拉长，则轴向应变片可以给予反馈，同时，随着接触压应力调节件的旋入，试样会受力在半径方向上发生扩张，周向应变片可以检测其在半径方向上的变形，通过两个应变片检测的数据，可以得到目前施加的接触压应力的大小，然后根据测得的接触压应力的大小，实时控制该压装结构的接触压应力，进而达到接触压应力调节的目的。
13.作为进一步的技术方案，所述的夹持机构包括上夹持件和下夹持件，在上夹持架的底面设有弧形槽，在下夹持件的顶面设有弧形槽，且上夹持件和下夹持件夹持夹持段后，
通过连接件连接在一起。
14.作为进一步的技术方案，所述的弧形槽内放置应力传导棒。
15.作为进一步的技术方案，在所述的上夹持件上设有与试样对中的第一对中槽，第一对中槽的中线与上夹持件的中线重合。
16.作为进一步的技术方案，所述的夹持段的上表面和下表面为平面，且在夹持段的端面设有第二对中槽，第二对中槽的中线经过试样横截面中心、并垂直于试样夹持段上、下表面。
17.作为进一步的技术方案，第一对中槽与第二对中槽内嵌设有用作保持对中性的对中块。
18.作为进一步的技术方案，所述的上夹持件包括一个矩形块和设置中矩形块中心位置的圆柱杆，圆柱杆的轴心线的延长线垂直并相交于试样的轴心线。
19.作为进一步的技术方案，所述的支撑机构包括x向和y向位置调节装置。
20.第二方面，本发明实施例基于上述的装置，还提供了一种检测方法，包括：
21.a：试样安装：首先将试样与左端套环配合，试样的螺纹段穿过支撑机构上的光孔，利用紧固件将套环固定于支撑机构上，将两根应力传导棒分别置入上夹持件与试样、下夹持件与试样预制的圆槽中，通过紧固件旋紧夹持机构和试样，调整零件盘、试验台安装座相对位置以至右端上夹持件能够放入疲劳试验机上夹头，调整疲劳试验机夹头位置；
22.b：调整压装结构接触压应力：由于压装端试样和套环具有相同比例的锥度，通过旋紧接触压应力调节件产生的轴向力致使试样向左端产生位移，试样大直径端逐渐与套环小直径端接触，从而接触压应力变大，依据试验目的，调整至适当的接触压应力；
23.c：施加载荷：通过疲劳试验机对工装施加循环载荷，且疲劳试验机的下液压夹头保持不动，对上液压夹头施加往复的载荷；
24.d：查看试验结果：依据试验目的，提取所需试验数据。
25.上述本发明的实施例的有益效果如下：
26.1.本发明的目的是提供一种测量压装结构微动疲劳强度的装置及方法，该装置能够实现压装结构接触压应力可控；具体的，通过设计与试样锥形段相同锥度的套环，然后通过旋紧接触压应力调节件产生的轴向力致使试样向左端产生位移，试样大直径端逐渐与套环小直径端接触，从而接触压应力变大，依据试验目的，调整适当接触压应力。
27.2.该方法适用于电液伺服疲劳试验机，通过合理设计夹持机构和试样夹持机构(上夹持件和下夹持件)，对一定范围内的不同长度试样都具有适用性；
28.3.本装置添加应力传导棒后，接触变为线接触，在试验机施加载荷时，试样受力变形缓慢，变形空间大，变形会分担一部分力，所以避免了循环载荷过程中夹持端应力突变的问题。
29.4.本发明通过在试样端部和上夹持件上开设对中槽的方式使得在安装夹持端试样时，能够方便快捷的实现试样与夹持机构之间的对中。
附图说明
30.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.图1是本发明提出的压装结构微动疲劳试验装置的结构示意图；
32.图2为图1所示压装结构(不包括基座和安装座)的结构剖面示意图；
33.图3为图2所示压装结构的夹持段(含夹持机构以及试样)的右视图；
34.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
35.图中：1
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基座，2
‑
安装座，3
‑
零件盘，4
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套环，5
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紧固件，6
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夹持机构，7
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应力传导棒，8
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对中槽，9
‑
上夹持件，10
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试样，11
‑
轴向应变片，12
‑
周向应变片，13
‑
接触压应力调节螺母，14
‑
紧固件，15
‑
下夹持件。
具体实施方式
36.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
38.正如背景技术所介绍的，由于现有压装结构微动疲劳试验装置无法实现接触压应力的调整，因此本发明针对现有的试样提出了一种测量压装结构的微动疲劳强度的装置及方法。本实施例中用到的试样结构如图2、图3所示，以图2所示的方位为参考标准，本实施例中提出的装置对应的试样10从左向右分别为螺纹段、锥形段、圆柱段以及夹持段，且不同段之间通过圆弧过渡。试样的锥形段左边为小直径端，右边为大直径端，该大直径端的直径与圆柱段的直径相同，在本实施例中，锥形段的锥度为1:30，试样的夹持段形状为：沿圆柱段的圆柱杆横截面上、下对称地切除一部分后构成，即如图3所示，夹持段的上表面为平面，下表面也为平面。
39.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，图1示意性地描述了用于测量压装结构微动疲劳强度装置的一个实施方式，该装置是基于普通电液伺服疲劳试验机建立的，具有广泛的适用性；根据图1实施方式的装置包括基座1、安装座2、零件盘3、套环4、紧固件5、夹持机构6、应力传导棒7、上夹持件9、轴向应变片11、周向应变片12、接触压应力调节螺母13、紧固件14和下夹持件15；基座1上设置安装座2，在安装座2上固定零件盘3，零件盘3上设有一个光孔，光孔轴线水平设置，试样10的一端穿过该光孔，且与接触压应力调节螺母13配合；通过接触压应力调节螺母13固定其在零件盘3的位置，同时接触压应力调节螺母13还可以调整接触压应力大小；试样10的另一端通过上夹持件9和下夹持件15夹持；且上夹持件和下夹持件与试样接触的面设有应力传导棒7；且试样靠近零件盘3配合位置的一段具有一定的锥度，该段与套环4配合，套环4与零件盘3通过紧固件5连接在一起，所述的周向应变片12粘贴在套环4上，所述的轴向应变片11粘贴在试样10上；其中本实施方式中的接触压应力调节螺母13为接触压应力调节件，当需要对压装结构的微动疲劳强度进行检测时，该装置与现有的疲劳试验机配合，实现压装结构微动疲劳强度的测试；即该装置实现试样夹持以及接触压应力调节的功能。
40.下面对本装置用到的各个部件的结构以及相互连接关系进行详细说明；
41.本实施例中公开的基座1如图1所示，其整体上为一个矩形块结构，在矩形块结构的上表面设有多个滑槽，假设该滑槽的设置方向为x方向，本实施例中，在x方向上设置了三个滑槽，三个滑槽相互平行，安装座2底部与滑块相连，滑块可以在该滑槽内移动，在基座上设置滑槽的目的主要是为了实现试样在x方向的位置调整，当试样调整至设定的位置时，通过紧固件14固定安装座2与基座1上的位置。需要说明的是，在本实施例中，滑槽采用的是倒t型槽，在其他实施例中，滑槽还可以采用别的形状，且滑槽的数量也不限于本实施例中公开的三条。
42.本实施例中公开的安装座2如图1所示，其也为一个矩形块结构，在矩形块结构的上表面设有多个滑槽，该滑槽的设置方向为y方向，本实施例中，在y方向上设置了三个滑槽，三个滑槽相互平行，零件盘3底部与滑块相连，滑块可以在该滑槽内移动，在安装座2上设置滑槽的目的主要是为了实现试样在y方向的位置调整，当试样调整至设定的位置时，通过紧固件14固定零件盘3与安装座2上的位置。本实施例中通过在基座1和安装座2设置滑槽的方式，实现了试样在水平面内的位置调整。需要说明的是，在本实施例中，滑槽采用的是倒t型槽，在其他实施例中，滑槽还可以采用别的形状，且滑槽的数量也不限于本实施例中公开的三条。
43.本实施例中公开的零件盘3包括互相垂直且一体成型的的水平底板和竖向板，水平底板底部固定在滑块上，滑块沿着安装座2上表面的滑槽回来滑动；竖直部分开设有一个光孔，该光孔的轴线方向为x方向，在光孔的外围还设有一圈螺纹孔；且零件盘3的水平底板和竖向板之间固定有一个三角形加强筋板，用于加固水平底板和竖向板。
44.如图2所示，本实施例中公开的套环4为一个环状结构，套环4的中心孔为锥形孔，该中心孔的锥度与试样10的锥形段的锥度相同；本实施例中试样10锥形段的锥度为1:30，因此套环4的锥度也为1:30；套环4的作用主要是配合套装在试样的锥形段上，且套环4经多颗螺栓固定在零件盘3的竖向板上(即螺栓与零件盘3上的螺纹孔配合)；且进一步的，本实施例中以图2所示的方位为参考，所述套环4右部有一个直径缩小的且与其一体成型的外凸部，上述的周向应变片12设置该外凸部上，用于检测套环4的变形。
45.如图2、图3所示，本实施例中公开的试样10的夹持机构6由上夹持件9和下夹持件15组成；其中上夹持件9由用作供疲劳试验机上夹头夹持的圆柱杆以及和圆柱杆固定在一起的矩形板组合；下夹持件15为矩形板；上、下夹持件二者的矩形板经至少两颗螺栓固定在试样夹持段的上下两个平面上；同时上夹持件9的底面设有弧形槽，下夹持件15的顶面也设有弧形槽，且两个应力传导棒7分别设置在上夹持件矩形板底面上的弧形槽之中以及下夹持件顶面上的弧形槽之中。
46.进一步优选的，由于本实施例中试样10夹持段右端面(以图2所示的方位为参考)上开有对中槽8，且该对中槽8的中线经过试样横截面中心、并垂直于试样10夹持的上、下平面；因此本实施例中为了实现夹持机构与试样之间的对中，在上夹持件9的矩形板右端面(以图2所示的方位为参考)上也开有另一对中槽，该另一对中槽的中线与该矩形板中线重合；试样10夹固在上、下夹持件之间后，试样10上的对中槽与上夹持件9上的另一对中槽内嵌设有用作保持对中性的对中块，且上夹持件9的圆柱杆的轴心线的延长线垂直并相交于试样的轴心线。本装置在添加应力传导棒7后，接触变为线接触，在试验机施加载荷时，试样受力变形缓慢，变形空间大，变形会分担一部分力，所以避免了循环载荷过程中夹持端应力
突变的问题。
47.进一步的，如图2所示，在试样10的圆柱段上设置有轴向应变片11，用于检测试样10在其轴向方向上的应变；在套环4上设置有周向应变片12，周向应变片12用于检测试样10在其径向方向上的应变；需要说明的是，本实施例中的轴向应变片11和周向应变片12可以设置多个，用时检测多个数据。检测的具体原理是：随着接触压应力调节螺母13的旋入，试样受力会发生弹性变形，即被拉长，则轴向应变片11可以给予反馈，同时，随着接触压应力调节螺母13的旋入，试样10会受力发生扩张，即在半径方向上被撑大，则周向应变片12可以检测其在半径方向上的变形，通过两个应变片检测的数据，可以得到目前施加的接触压应力的大小，然后根据测得的接触压应力的大小，实时控制该压装结构的接触压应力，进而达到接触压应力调节的目的。
48.进一步的，基于上述提出的用于测量压装结构微动疲劳强度的装置，本实施例还提出了一种测量压装结构微动疲劳强度的方法，该方法部分需要配合现有的疲劳试验机对压装结构微动疲劳强度进行检测，具体如下：
49.a：试样安装：首先将试样与左端套环配合，利用紧固件将其固定于零件盘上，将两根应力传导棒分别置入上夹持件与试样、下夹持件与试样预制的圆槽中，通过紧固件旋紧夹持机构和试样，调整零件盘、试验台安装座相对位置以至右端上夹持件能够放入疲劳试验机上液压夹头，调整疲劳试验机夹头位置；
50.b：调整压装结构接触压应力：由于压装端试样和套环具有相同比例的锥度，通过旋紧接触压应力调节螺母13产生的轴向力致使试样向左端产生位移，试样大直径端逐渐与套环小直径端接触，从而接触压应力变大，依据试验目的，调整适当接触压应力；
51.c：施加载荷：通过疲劳试验机对工装施加循环载荷，且疲劳试验机的下液压夹头保持不动，对上液压夹头施加往复的载荷；
52.d：查看试验结果：依据试验目的，提取所需试验数据。
53.根据本实施例提出的装置及方法，可以实时改变接触压应力，不同于以往的配合试样，一对试样压装后，便无法改变其接触压应力，如果压装后的接触压应力不是试验所需求的，则需要重新计算并加工试样，重新压装，这样不仅会浪费时间，也浪费了人力物力。
54.最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。