一种轮胎橡胶复合材料疲劳试验机的制作方法

1.本实用新型涉及轮胎橡胶复合材料疲劳破坏性能研究领域，具体涉及一种轮胎橡胶复合材料疲劳试验机。


背景技术：

2.随着人类生活水平的提高，汽车成为最常用的代步工具，而作为汽车与路面接触的唯一部件，轮胎质量的好坏直接关乎乘车人员的安全与否。但轮胎内部结构复杂、材料多样、制造繁琐，在设计、应用过程中难免产生各种缺陷与破坏，主要破坏形式便是骨架材料的端点及层间破坏。
3.轮胎材料主要包含橡胶及骨架材料，而骨架材料的端点及层间便是由橡胶与骨架材料相互渗透而成的橡胶复合材料。因骨架材料的各向异性、骨架材料与橡胶刚性匹配不佳等原因，使得在轮胎周而复始的转动下，橡胶复合材料受周期性拉伸、剪切载荷作用而产生疲劳裂纹，并在高温、氧化、老化的作用下加速裂纹扩展，引起橡胶复合材料脱层，进而引发骨架材料的端点及层间破坏，最终危及乘车人员的安全。
4.为预测轮胎橡胶复合材料疲劳裂纹扩展引发的骨架材料端点及层间破坏，研究人员或利用成品胎进行耐久试验，或利用纯橡胶试件进行断裂试验。但是，成品胎试验测试周期长、价格高，不利于大范围应用；纯橡胶试验准确度低，无法表征橡胶与骨架材料的相互作用。国内尚缺乏能够快速、准确地分析轮胎橡胶复合材料受周期性拉伸、剪切作用引发疲劳破坏的试验仪器。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种能够低成本、高准确地评价橡胶复合材料抗疲劳性能，模拟轮胎转动时骨架材料端点及层间的橡胶受力变形，有效预测轮胎破坏，保障乘车人员安全的轮胎橡胶复合材料疲劳试验机。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
7.本实用新型提供了一种轮胎橡胶复合材料疲劳试验机，包括带有“匚”字型凹槽的壳体、设置在所述凹槽内的试验测试模块。所述试验测试模块包括夹具、设置在所述凹槽底部且顶部带有滑槽的底座、固定在所述凹槽顶部的竖直驱动单元、固定在所述凹槽侧壁上的水平驱动单元。所述夹具包括固定在所述竖直驱动单元上的上夹具、固定在所述水平驱动单元上的下夹具，所述上夹具可在所述竖直驱动单元的作用下上下移动，所述下夹具可在所述水平驱动单元的作用下沿所述滑槽左右移动。
8.进一步，所述壳体包括支座、设置在所述支座上的支撑箱、设置在所述支撑箱上的控制台，所述支座的顶部、支撑箱的右侧壁、控制台的底部围成“匚”字型的半封闭空间。
9.进一步，所述控制台的外侧设置有控制屏。
10.进一步，所述试验测试模块还包括温度调节装置，所述温度调节装置包括与所述底座相连的电阻丝、温度传感器。
11.进一步，所述竖直驱动单元包括竖直伺服液压缸、力传感器。
12.进一步，所述水平驱动单元包括水平伺服液压缸、位移传感器。
13.进一步，所述上夹具与下夹具均包括“l”型的固定夹板、移动夹板，所述移动夹板设置有锁定机构、若干滑块，所述固定夹板上设置有与所述滑块相配的滑道。
14.进一步，所述锁定机构包括设置在所述移动夹板内的立方体空腔、固定螺栓及设置在所述空腔内的平面形状为直角梯形的楔块、可滑动的设置在所述楔块斜边上的顶块、固定在所述顶块上的固定杆。所述空腔的侧壁上设置有右旋螺孔，所述楔块上设置有左旋螺孔，所述固定螺栓穿过所述右旋螺孔旋入所述左旋螺孔。所述空腔的顶部设置有贯穿孔，所述固定杆从所述贯穿孔伸出。
15.进一步，所述下夹具的前后两侧均设置有滑轨，所述滑槽的侧壁上设置有与所述滑轨相配的滑道。
16.进一步，所述上夹具的底部与下夹具的顶部在竖直方向存在间距。
17.本实用新型所达到的有益效果为：
18.一、试验机所用试样取材于轮胎半部件生产线，试样所表征的材料性能与成品胎中骨架材料端点及层间所表征的材料性能一致，且试样成本远小于成品胎成本，能够有效节约试验成本。
19.二、通过试验机上夹具、下夹具的周期性运动可模拟轮胎转动时骨架材料端点及层间的受力、变形过程，通过温度调节装置可模拟轮胎转动时骨架材料端点及层间的温度变化，能够有效保证试验准确性。
20.三、试验机结构简单、操作方便、取材贴合实际、数据处理方便。
附图说明
21.图1为轮胎橡胶复合材料疲劳试验机的结构示意图；图中，x轴表示左右方向，y轴表示前后方向，z轴表示上下方向。
22.图2为试验所用轮胎橡胶复合材料试样的示意图。
23.图3为试验机夹具的结构示意图。
24.图4为移动夹板剖面图。
25.图5为图4中a-a截面图。
26.图中：1、试样；11、骨架材料；12、橡胶；2、夹具；21、上夹具；22、下夹具；23、固定夹板；24、移动夹板；241、滑块；242、空腔；243、固定螺栓；244、楔块；245、顶块；246、固定杆；247、右旋螺孔；248、左旋螺孔；249、贯穿孔；25、滑轨；3、支座；4、控制台；5、支撑箱；6、竖直伺服液压缸；7、水平伺服液压缸；8、控制屏；9、底座。
具体实施方式
27.为便于本领域的技术人员理解本实用新型，下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
28.如图1～3所示，本实用新型提供了一种轮胎橡胶复合材料疲劳试验机，包括带有“匚”字型凹槽的壳体、设置在所述凹槽内的试验测试模块。所述壳体包括支座3、设置在所述支座3上的支撑箱5、设置在所述支撑箱5上的控制台4，所述支座3的顶部、支撑箱5的右侧
壁、控制台4的底部围成“匚”字型的半封闭空间。所述控制台4的外侧设置有控制屏8，所述控制屏8可以通过数据线与外接的数据处理系统及图像采集系统实现数据互通。
29.所述试验测试模块包括夹具2、底座9、竖直驱动单元、水平驱动单元、温度调节装置。所述夹具2包括上夹具21、下夹具22，所述上夹具21与下夹具22均包括“l”型的固定夹板23、移动夹板24，所述固定夹板23、移动夹板24围成“凵”字型。所述移动夹板24设置有锁定机构、若干滑块241，所述固定夹板23上设置有与所述滑块241相配的滑道，所述移动夹板24可沿着滑道滑动，以适应不同宽度的试样1。
30.所述锁定机构包括设置在所述移动夹板24内的立方体空腔242、固定螺栓243及设置在所述空腔242内的平面形状为直角梯形的楔块244、可滑动的设置在所述楔块244斜边上的顶块245、固定在所述顶块245上的固定杆246。所述空腔242的侧壁上设置有右旋螺孔247，所述楔块244上设置有左旋螺孔248，所述固定螺栓243穿过所述右旋螺孔247旋入所述左旋螺孔248。所述空腔242的顶部设置有贯穿孔249，所述固定杆246从所述贯穿孔249伸出。
31.使用时，首先调整所述移动夹板24到合适位置，然后旋紧固定螺栓243。因为空腔242侧壁上的螺孔与楔块244上的螺孔螺纹相反，且楔块244被夹在空腔242内不可转动。因此，当旋转固定螺栓243时，楔块244就会被拉向空腔242侧壁，顶块245就会被顶起，固定杆246紧紧顶在固定夹板23上，这样便达到了固定移动夹板24的效果。
32.进一步，为了增加摩擦力，所述固定杆246的顶部设置有若干凸起，所述固定夹板23上也设置有相配的带有若干凸起的凸起区域。这样当固定杆246被顶起时，固定杆246就会与固定夹板23紧密贴合。
33.所述底座9焊接在所述支座3的顶部，所述底座9的顶部设置有凹槽。所述竖直驱动单元包括竖直伺服液压缸6、力传感器，所述竖直伺服液压缸6、力传感器均通过数据线与所述控制屏8相连。所述竖直伺服液压缸6的顶端焊接在控制台4的底部，所述竖直伺服液压缸6的伺服电机焊接在控制台4内部。所述力传感器固定在所述竖直伺服液压缸6的活塞杆端部，所述上夹具21固定在所述力传感器的另一端，所述上夹具21可在所述竖直伺服液压缸6的作用下上下移动，所述力传感器可以检测所述上夹具21施加在试样上的竖直方向的压力。
34.所述水平驱动单元包括水平伺服液压缸7、位移传感器，所述水平伺服液压缸7、位移传感器均通过数据线与所述控制屏8相连。所述水平伺服液压缸7的左端焊接在所述支撑箱5的右侧壁上，所述水平伺服液压缸7的伺服电机焊接在所述支撑箱5内部，所述位移传感器固定在所述水平伺服液压缸7的活塞杆端部，所述下夹具22固定在所述位移传感器的另一端，所述下夹具22可在所述水平伺服液压缸7的作用下沿所述滑槽左右移动，所述位移传感器可以检测所述下夹具22的位移量。
35.进一步，所述下夹具22的前后两侧均设置有滑轨25，所述滑槽的侧壁上设置有与所述滑轨25相配的滑道，所述下夹具22可沿着所述滑道左右移动。
36.此外，为保证试样1在试验过程中仅承受指定的载荷，所述上夹具21水平方向固定，仅能上下方向移动；所述下夹具22竖直方向固定，仅能水平方向移动。所述上夹具21底部与所述下夹具22顶部在竖直方向存在间距，间距值与两层骨架材料11之间的橡胶厚度一致。
37.所述温度调节装置包括与所述底座9相连的电阻丝、温度传感器，所述电阻丝、温度传感器均与所述控制屏8相连，所述电阻丝通过热传递原理间接调节试样1的温度，所述温度传感器用来检测试样1温度。
38.试验时，首先准备试样，为保证试验所得结果与轮胎实际运行所得结果一致，试验所用的试样1取自轮胎生产线。所述试样1的制取方法为：首先由骨架材料11和橡胶12压延成一层橡胶复合物，随后将两层橡胶复合物上下贴合并进行硫化处理；试样1中的两层骨架材料11按一定角度排列，且排列角度与成品胎中骨架材料11角度相同。
39.然后，调整固定螺栓243将试样1固定在上夹具21与下夹具22之间；之后，在控制屏8上设置力传感器的拉力值和位移传感器的位移值以及两个伺服液压缸的频率，进而控制两个伺服液压缸的运动距离和运动频率，同时调节温度控制器的温度，最后打开控制屏8内的开始按钮即可进行试验。
40.以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。