[发明专利]一种扭转微动疲劳试验设备及试验方法

说明书

本发明公开了一种扭转微动疲劳试验设备，包括圆形应力环、对称设置在圆形应力环两侧的加载装置，加载装置的同一侧设置有分析装置，加载装置上设置有夹持机构，夹持机构包括压力传感器，压力传感器电连接有数据采集系统，本发明还公开了一种扭转微动疲劳试验方法，该方法为：首先固定好试样，调节加载装置达到设定的加载值，然后对试样施加设定的扭转载荷，在试验时，试样与微动垫发生相对运动的过程中，三维传感器实时测出法向力以及摩擦力，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。该加载装置在试验过程中操作简单、方便，且试验效果良好、结果可靠、重复性好。

技术领域

本发明属于轮轴过盈配合的扭转微动疲劳试验技术领域，具体涉及一种扭转微动疲劳试验设备及试验方法。

背景技术

微动疲劳是指两个接触工件的接触面间由于机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下发生的极小振幅(微米量级)的相对位移，由此带来的高应力集中以及磨损的疲劳行为。构件发生微动疲劳可以极大的降低构件的疲劳寿命。

微动疲劳广泛存在于机械行业、铁路、核电、航空航天、桥梁、船舶等各个工业领域的紧固配合构件中，其危害是非常严重和极其可怕的，并且已经成为很多关键零部件失效的主要原因，例如：铆钉连接、螺纹连接、销轴连接等连接件，花键配合、榫槽配合、轮轴过盈配合，钢缆、高空导线等，这些疲劳现象都是由于连接件的某个位置受到微动疲劳而发生失效，为了很好的研究这种现象，我们可以通过接触模型进行简化试验研究。微动疲劳按试样的加载方式，可以分为拉压扭转和弯曲三种基本模式，对于点接触的微动疲劳形式，其试验接触模型可以是水平圆柱或垂直圆柱；对于线接触的微动疲劳形式，其试验接触模型可以是水平圆柱或平面。

目前，微动疲劳的研究主要集中在拉压模式，国际上关于轮轴材料的微动疲劳研究也都仅局限于拉压模式，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)的方式有三种：1)通过气缸推动微动垫使之与试样接触，并达到设定的法向载荷；2)通过选择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。3)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。对于第三种方式，现有的设备操作复杂，试验结果较差，试样在加载的过程中容易发生参数弯曲现象，而且试验过程中应变位移变化测量较难。

发明内容

本发明的目的是提供一种扭转微动疲劳试验设备及试验方法，该设备能方便模拟微动点接触(水平圆柱/垂直圆柱)、线接触(水平圆柱/平面)形式的接触模型的微动疲劳进行法向加载，能很好的达到设定的法相载荷，试用范围广、操作简单，试验结果准确、可靠。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种扭转微动疲劳试验设备，包括圆形应力环、对称设置在所述圆形应力环两侧的加载装置，所述加载装置的同一侧设置有分析装置，所述加载装置上设置有夹持机构，所述夹持机构包括压力传感器，所述压力传感器电连接有数据采集系统。

进一步，所述圆形应力环对称两侧开有螺纹孔，所述加载装置包括穿过所述螺纹孔安装于所述圆形应力环上的左加载螺杆和右加载螺杆，所述左加载螺杆和所述右加载螺杆上分别安装有左锁紧螺母和右锁紧螺母，所述加持机构包括左支撑板与右支撑板，所述左支撑板和所述右支撑板中间均开有螺纹孔，所述左加载螺杆穿过左支撑板中间的螺纹孔，右加载螺杆穿过右支撑板中间的螺纹孔，将所述夹持机构固定在所述加载装置上。

进一步，所述夹持机构还包括通过导杆连接的左支撑板与右支撑板，所述导杆上设置有左夹头和右夹头，所述左夹头左端安装有左三维传感器、右端通过圆形开口槽安装有左微动垫，所述左微动垫通过左拧紧螺钉固定，所述右夹头右端安装有右三维传感器、左端通过圆形开口槽安装有右微动垫，所述右微动垫通过右拧紧螺钉固定。

进一步，所述分析装置包括分别置于加载装置的同一侧的左高速摄像机和右高速摄像机，所述左高速摄像机和右高速摄像机形成锐角角度。