CN102359909B - 一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，能够对试验件施加单个集中载荷和组合载荷的非均匀压力，该装置包括下板，立柱，上板和位移加载机构，其中位移加载机构包括十字槽螺栓、轻质弹簧和圆头圆柱：轻质弹簧放置在螺纹孔与光孔交界处的台阶上；上粗下细的阶梯状光圆头圆柱置于阶梯孔中，下部细圆柱穿过轻质弹簧并插入阶梯孔的光孔中，上部粗圆柱卡在轻质弹簧之上，十字槽螺栓不断地旋入阶梯孔的螺纹孔中，对圆头圆柱施加压力，由此对下板上的试验件施加载荷，本发明公开的非均匀压力加载装置具有结构和操作简单、使用寿命长并且容易真实模拟装配时对试验件施加单个或者组合加载情况的优点。

Description

一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置

技术领域

本发明涉及一种压力加载装置，具体涉及一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，属于试验设备领域。

背景技术

精密机械装配过程中，为了研究装配接触面由于形位误差引起的非均匀接触应力的分布规律，需要对装配的试验件施加载荷，模拟实际过程中的加载方式。

从现有压力加载装置来看，主要有以下两种加载机构：

(1)电机驱动推力器：其工作原理一般是通过伺服系统控制电机，电机经过减速箱和皮带轮等一系列传动机构带动丝杠转动，从而驱动推力器，通过位移加载间接实现对试验件施加力载荷；

(2)液压系统驱动推力器：其工作原理是通过控制系统控制节流阀的关闭，使液压系统的活塞杆正向或者反向运动，从而驱动推力器对试验件进行位移加载，最后实现对试验件间接施加力载荷。

上述两种方法主要应用于金属材料或者建筑材料的抗压和抗拉特性等实验研究，虽然具有行程大，载荷大，容易控制的优点，但是这两种方法的缺点是系统结构复杂，推力器施加在试验件上的力是一个非均匀的面载荷，无法准确对试验件施加单个或者组合的集中载荷；然而在精密机械领域研究过程中，为了准确模拟实际载荷，需要对试验件施加单个或者各种组合的集中载荷。

有鉴于此，本发明提供了一种结构和操作相对简单的适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，能够对试验件施加单个集中载荷和组合载荷的非均匀压力加载装置。

该非均匀压力加载装置包括下板，立柱，上板和位移加载机构：

下板四角对称地固定有4根立柱，立柱为全螺纹结构，上板在与下板相对应的位置开有四个通孔，4根立柱先分别旋入一个螺母，然后穿过上板中的4个通孔后，再在上板上方的每根立柱上再旋入一个螺母，通过旋转每根立柱上的两个螺母调节上板高度后将上板调至水平并锁紧在立柱上；

上板开有多个尺寸和形状都相同的阶梯孔，阶梯孔为上粗下细的阶梯状结构，粗孔部分为螺纹孔，细孔部分为光孔，螺纹孔与光孔分界处形成一个台阶，位移加载机构安装在阶梯孔中；

位移加载机构包括十字槽螺栓、轻质弹簧和圆头圆柱：轻质弹簧放置在螺纹孔与光孔交界处的台阶上；上粗下细的阶梯状圆头圆柱置于阶梯孔中，下部细圆柱穿过轻质弹簧并插入阶梯孔的光孔中，上部粗圆柱卡在轻质弹簧之上，在未有载荷时，圆头圆柱下端面刚好与上板下表面相平；旋转十字槽螺栓在阶梯孔的螺纹孔中进给，推动圆头圆柱直线进给运动，完成对试验件的加载过程；

所述阶梯孔在上板中阵列分布；

本发明的非均匀力加载装置还进一步包括一个固定在下板的几何中心处的固定装置，用于固定试验件；

本发明的非均匀力加载装置还进一步包括接触力测量系统，放置在试验件的两个零件的配合表面之间，用于测量非均匀力加载装置所施加载荷在试验件接触面上的分布规律和大小。

本发明公开的适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置具有结构简单，操作方便，使用寿命长并且容易真实模拟装配时对试验件施加单个或者组合加载情况。

附图说明

图1为本发明的适用于精密机械接触模型试验的非均匀力加载装置的剖面图；

图2为本发明的适用于精密机械接触模型试验的非均匀力加载装置中的上板剖面图；

图3为本发明的适用于精密机械接触模型试验的非均匀力加载装置中阶梯孔剖面图；

图4为本发明的适用于精密机械接触模型试验的非均匀力加载装置中的位移加载机构剖面图；

其中1.立柱、2.螺母、3.上板、4.下板、5.通孔、6.阶梯孔、7.十字槽螺栓、8.圆头圆柱、9.轻质弹簧、10.三爪卡盘。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述：

如图1所示，包括下板4、4根立柱1、三爪卡盘10、上板3和位移加载机构：下板4的几何中心处固定有一个三爪卡盘10，用于固定试验件；下板4上四角对称地固定4个立柱1，每根立柱1为全螺纹结构并分别旋入一个螺母2，上板3在与下板4相对应的位置开有四个通孔5，4根立柱1上部分别穿过上板3中的4个通孔5后，再在上板3上方的每个立柱1上旋入另一个螺母2，通过旋转每根立柱1上的两个螺母2调节上板3高度后将上板3调至水平并与每根立柱1锁紧；

上板3上开有7×7个形状和尺寸都相同的阶梯孔6，阶梯孔6为上粗下细的阶梯状结构，粗孔部分为螺纹孔，细孔部分为光孔，螺纹孔与光孔分界处形成一个台阶，位移加载机构安装在阶梯孔6中；

位移加载机构包括十字槽螺栓7、圆头圆柱8和轻质弹簧9，轻质弹簧9放置在螺纹孔与光孔交界处的台阶上；上粗下细的阶梯状圆头圆柱8置于阶梯孔6中，下部细圆柱穿过轻质弹簧9并插入阶梯孔6的光孔中，上部粗圆柱卡在轻质弹簧9之上，轻质弹簧9用于平衡圆头圆柱8的重量，使圆头圆柱8在未承受载荷时，其下端面刚好与上板3下表面相平；螺帽表面为十字槽形结构的十字槽螺栓7为标准件，旋入阶梯孔的螺纹孔中。

分布式接触力测量系统的薄膜传感器放置于试验件中的两个零件的配合表面之间，薄膜传感器通过信号线与计算机上安装的软件通讯，从软件界面上可以读取配合表面的应力分布规律。

将试验件放置在下板4上的三爪卡盘10内，旋转三爪卡盘10外圈，三爪卡盘10的爪臂将试验件卡紧。

根据试验件的高度，旋转每根立柱1上的两个螺母2，调节上板3的高度，直到上板3的下表面与试验件的上表面刚好接触。

根据用户需要的载荷大小与组合方式，应用扭力计对试验件施加载荷：

当对试验件施加单个集中载荷时，通过扭力计旋转上板3中被选定的十字槽螺栓7，当十字槽螺栓7与螺纹孔中的圆头圆柱8接触后，便开始推动圆头圆柱8对试验件施加载荷，使螺旋进给转化为直线进给，当扭力计数值达到载荷设定值时，停止旋转，完成对试验件的单个集中载荷的位移加载。试验件中两个零件的配合表面间的接触压力通过薄膜传感器经由信号线反馈给计算机，从安装在计算机上的软件界面上读取记录配合表面上力的分布规律与大小。

当对试验件施加分布组合载荷时，通过扭力计对称地旋转上板3中被选定的十字槽螺栓7，使每个十字槽螺栓7对试验件施加垂直压力；根据要求载荷大小施加组合集中载荷；试验件中两个零件的配合表面间的接触压力通过薄膜传感器将接触应力信号通过信号线反馈给计算机，从安装在计算机上的软件界面上读取记录配合表面上力的分布规律与大小；

利用本发明的非均匀力加载装置，对试验件施加不同分布和大小的载荷，根据薄膜传感器测量得到的两个零件配合表面间力的分布规律与大小，来研究由于配合表面形位误差在不同载荷下产生的应力和应变的分布规律。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (4)

1.一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，其特征在于，包括：下板（4）、4根立柱（1）、上板（3）和位移加载机构，其中，下板（4）上表面作为试验件的放置平台，下板（4）四角对称地固定4根立柱（1），每根立柱（1）为全螺纹结构并分别旋入一个螺母，上板（3）在与下板（4）相对应的位置开有四个通孔（5），4个立柱（1）上端分别穿过上板（3）中的4个通孔（5）后，再在上板（3）上方的每根立柱（1）上旋入另一个螺母，通过旋转每根立柱（1）上的两个螺母调节上板（3）高度后将上板（3）调至水平并与每根立柱（1）锁紧；

上板（3）开有多个尺寸和形状都相同的阶梯孔（6），阶梯孔（6）为上粗下细的阶梯状结构，粗孔部分为螺纹孔，细孔部分为光孔，螺纹孔与光孔分界处形成一个台阶，位移加载机构安装在阶梯孔（6）中；

位移加载机构包括十字槽螺栓(7)、轻质弹簧（9）和圆头圆柱（8），轻质弹簧（9）放置在阶梯孔（6）中的螺纹孔与光孔交界处的台阶上；上粗下细的阶梯状圆头圆柱（8）置于阶梯孔（6）中，圆头圆柱（8）的下部细圆柱穿过轻质弹簧（9）并插入阶梯孔（6）的光孔中，其上部粗圆柱卡在轻质弹簧（9）之上，在未施加外部加载力的情况下，圆头圆柱（8）下端面刚好与上板（3）下表面相平；十字槽螺栓(7)旋入阶梯孔（6）的螺纹孔中，与圆头圆柱（8）的头部接触连接，通过调整十字槽螺栓(7)旋入阶梯孔（6）的进给，调整圆头圆柱（8）对试验件施加的载荷大小。

2.如权利要求1所述的一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，其特征在于，所述阶梯孔（6）在上板（3）中阵列分布。

3.如权利要求1所述的一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，其特征在于，还包括一个固定在下板（4）的几何中心处的固定装置，用于固定试验件。

4.如权利要求1所述的一种适用于精密机械接触模型试验的非均匀压力加载装置，其特征在于，还包括接触力传感器，放置在试验件中的两个零件的配合表面之间，用于测量非均匀力加载装置所施加载荷在试验件接触面上的分布规律和大小。

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