[发明专利]一种微动疲劳试验系统的法向加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械工程领域的微动疲劳的试验装置。

背景技术

微动(fretting)是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，名义上静止的零部件接触表面间(如紧配合面)发生的振幅极小的相对运动(位移幅度一般为微米量级)，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。

微动疲劳是指接触表面因微动引起的变形而产生的疲劳。微动疲劳现象主要发生在过盈配合的多种配合件中：如机车车辆轮轴的压配合，各种紧固机构和夹持机构。这些疲劳现象可以采用水平圆柱(微动垫)/垂直圆柱(试样)/水平圆柱(微动垫)接触模型进行简化试验研究(用两侧的微动垫与试样的两接触点模拟过盈配合中试样上相对的两挤压线)。对于水平圆柱/垂直圆柱/水平圆柱接触模型，其微动疲劳试验具有三种基本模式，即：拉压微动(试样发生垂向微动)疲劳、扭动微动(试样发生转动微动)疲劳和弯曲微动疲劳(试样发生水平微动)。

目前在微动疲劳试验中对两侧微动垫施加水平(法向)载荷，以使两侧微动垫与试样保持压配合(紧配合)的方式有两种：1)通过旋转加载螺钉，推动微动垫使之与试样接触，并达到设定的法向载荷；2)通过旋转导杆上的螺母压缩弹簧产生张力，推动微动垫使之与试样接触，并达到设定的法向载荷。其存在的问题是，在试验过程中，试样会发生交变变形，引起微动垫发生振动，螺纹发生松动，导致法向载荷逐渐变小，很难保持恒定的法向载荷，导致试验结果误差大、可靠性低。

发明内容

本发明的目的是提供一种微动疲劳试验系统的法向加载装置，用该试验装置能方便地对水平圆柱/垂直圆柱/水平圆柱接触模型的微动疲劳进行法向加载，其加载的法向载荷能更好的保持恒定，试验结果更准确、可靠；且其自动化程度高。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种微动疲劳试验系统的法向加载装置，其结构特点是：

基座螺纹固定于拉扭多轴疲劳试验机的台面上，基座上表面固定有两根横向的导轨，基座的右端安装有丝杠的螺母，丝杠的螺杆通过滚珠轴承与夹持机构的右挡板相连；

所述的夹持机构的具体组成是：底板底面的滑块与基座上的导轨配合；底板的左、右端分别固定有左挡板、右挡板；左挡板和右挡板之间通过四根导杆相连；右夹头通过直线轴承套合于四根导杆上，右夹头右侧的凹槽内安装有压力传感器；压力传感器与右挡板上的压头相对；右微动垫置于右夹头左端部的弧形槽内；气缸固定于左挡板的左侧，气缸的活塞杆穿过左挡板与缓冲块相连，缓冲块的右侧面与运动板的左侧面相对；运动板通过直线轴承套合于四根导杆上，运动板的右侧通过三维传感器与左夹头相连；左微动垫置于左夹头右端部的弧形槽内；

所述的压力传感器、气缸、三维传感器均与数据采集及控制系统电连接。

本试验装置的操作过程是：

a、将试样下端固定在试验机的夹头上，通过丝杠调整夹持机构的水平位移，使右微动垫与试样刚好接触，对气缸输入压缩空气，活塞杆向右运动并通过左微动垫对试样施加法向载荷，调节气缸内部气室的压力，得到设定的载荷值；

b、对试样上端施加设定载荷(拉压载荷、小角度扭转载荷、法向弯曲载荷)；在试验过程中，与右夹头连接的压力传感器实时测出法向载荷，反馈至数据采集及控制系统，数据采集及控制系统据以控制气缸使气缸内压力保持恒定；

c、在试样与微动垫发生相对运动的过程中，通过与左夹头连接的三维传感器实时监测法向力以及摩擦力，并送至数据采集及控制系统，数据采集控制系统分析得到构件在不同工况下摩擦系数的变化和微动疲劳寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在试验过程中，试样的变形引起气缸内部气室的体积变化很小，气缸内部气室的压力变化很小，从而法向载荷变化很小；同时数据采集及控制系统实时通过压力传感器测出气缸压力变化对气缸压力进行反馈控制，进一步保证气缸压力恒定。从而使试件所受的法向载荷保持恒定，以此实现微动疲劳试验系统恒定的法向加载。使得试验结果误差小、可靠性高。由数据采集及控制系统自动控制气缸活塞杆的伸缩，自动化程度高，试验重复性好。

二、由于右夹头以及运动板通过直线轴承与四根导杆连接，以此保证每次试验左、右微动垫始终处于同一水平线上，即不会出现两轴不重合时试样发生弯曲的现象，从而使微动疲劳试验具有较好的重现性。