CN104006959A - 一种复合疲劳试验的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合疲劳试验的测量方法，包括以下步骤：将试件固定于工作台面上，并在工作台面长度方向的一侧面、宽度方向的一侧面、底端面上各安装至少一个力传感器；在工作台面的中心建立直角坐标系，三坐标分别为沿工作台面长度方向的X轴、沿宽度方向的Y轴和垂直于工作台面的Z轴；在试件的顶端施加模拟其工作状态下的复合力；建立数学模型，X轴方向的力为，Y轴方向的力为，Z轴方向的力为，X轴方向的弯矩为Mx=×Ly，Y轴方向的弯矩为My=×Lx，Z轴方向的扭矩为Mz=×Ly+×Lx。本发明通过将力传感器感应到的力值通过数学模型进行计算，从而实现了被测试件所受复合力的测量，该测量方法不仅易于实施，且切实有效。

Description

一种复合疲劳试验的测量方法
技术领域
本发明涉及疲劳试验技术范围，尤其涉及一种复合疲劳试验的测量方法。
背景技术
随着航空、航天科技的飞速发展，对关键零件的质量和性能要求越来越高。例如飞机发动机主轴是飞机的关键零件之一，在高速、高温、受力复杂的条件下运转，其质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。为了保证发动机主轴的质量和性能，其在工作时必须具备足够的疲劳强度。而，为了保证发动机主轴具有足够的疲劳强度，在其试制和批量生产的过程中，必须对其疲劳强度的进行模拟测量，用以评估其疲劳强度是否符合实际要求。
但是由于飞机发动机主轴的受力情况较为复杂，目前还没有相关的测量力的方法用于借鉴。因此一种易于实施、有效的疲劳试验的测量方法亟待出现。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种易于实施、有效的疲劳试验的测量方法。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下:
一种复合疲劳试验的测量方法，包括以下步骤：
（1）将试件的一端固定设置于工作台面上，并在所述工作台面长度方向的一侧面上安装至少一个第一力传感器，在所述工作台面宽度方向的一侧面上安装至少一个第二力传感器，在所述工作台面的底端面上安装至少一个第三力传感器；
（2）在所述工作台面的中心建立直角坐标系，三坐标分别为沿所述工作台面长度方向的X轴、沿所述工作台面宽度方向的Y轴和垂直于所述工作台面的Z轴；
（3）在所述试件的顶端施加模拟其工作状态下的复合力；
（4）建立数学模型，在直角坐标系中，设所述第一力传感器感应的X轴方向的力为                                                ，所述第二力传感器感应的Y轴方向的力为，所述第三力传感器感应的Z轴方向的轴向力为，则X轴方向的弯矩为：Mx=×Ly，Y轴方向的弯矩为：My=×Lx，Z轴方向的扭矩为：Mz=×Ly+×Lx，其中，Lx和Ly为力臂。
作为本发明的优选方案之一，在所述工作台面长度方向的一侧面对称地安装一对所述第一力传感器，在所述工作台面宽度方向的一侧面的中心安装一个所述第二力传感器，在所述工作台面的底端面对称地安装四个所述第三力传感器。
作为本发明的优选方案之一，设该些第三力传感器感应的Z轴方向的力分别为、、、，该些第一力传感器感应的X轴方向的力分别为、，所述第二力传感器感应的Y轴方向的力为，则=+++，=+，=；
X轴方向的弯矩为：Mx=L1Y+L2Y+L3Y+L4Y，Y轴方向的弯矩为：MY=L1X+L2X+L3X+L4X，Z轴方向的扭矩为：MZ=L5Y+L6Y，其中，L1Y、L2Y、L3Y、L4Y、L1X、L2X、L3X、L4X、L5Y、L6Y为力臂。
作为本发明的优选方案之一，所述第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器分别与计算单元相连接，其输出的信号传递给计算单元，所述计算单元对所述信号进行处理和计算，并将计算结果传递给显示器，以显示各方向的力以及力矩值。
本发明通过建立数学模型，将力传感器感应到的力值通过数学模型进行计算，从而实现了飞机发动机主轴复杂受力的测量，该测量方法不仅易于实施，且切实有效。此外，该测量方法不仅适用于飞机发动机主轴的力学测量，还适用于其它轴类零件的力学测量，且该测量方法不仅限于疲劳试验，也可作为普通力的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明结构特征和技术要点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1为本发明实施例所公开的一种复合疲劳试验的测量方法的主视图；
图2为本发明实施例所公开的一种复合疲劳试验的测量方法的俯视图。
附图标记说明：1-工作台面、2-第一传感器、3-第二传感器、4-第三传感器、5-试件。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行具体、清楚、完整地描述。
一种复合疲劳试验的测量方法可借助如图1-2所示的系统实施，其包括：用于固定安装试件5（发动机主轴）进行测试的工作台面1、安装于工作台面1长度方向的一侧面上第一力传感器2、安装于工作台面1宽度方向的一侧面上第二力传感器3以及安装于工作台面1的底端面的第三力传感器4。
该复合疲劳试验的测量方法的实施过程包括以下步骤：
参见图1-2所示，将试件5的一端垂直地刚性固定设置于工作台面1上的中心位置，优选的，在工作台面1长度方向的一侧面的两端对称地安装两个第一力传感器2，在工作台面1宽度方向的一侧面的中心安装一个第二力传感器3，在工作台面1的底端面上对称地安装四个第三力传感器4；
在工作台面1的中心建立直角坐标系，三坐标分别为沿工作台面1长度方向的X轴、沿工作台面1宽度方向的Y轴和垂直于工作台面1的Z轴；
在发动机主轴的顶端施加模拟其工作状态下的复合力，可以运用液压油缸施加复合力；
建立数学模型，在直角坐标系中，设装设于工作台面1底端面的四个第三力传感器4感应的力分别为、、、，装设于工作台面1长度方向一侧面的两个第一力传感器2感应的力分别为、，装设于工作台面1宽度方向一侧面的一个第二力传感器3感应的力为；
则X轴方向所受的轴向力：=+；
Y轴方向所受的力：=；
Z轴方向所受的力：=+++；
X轴方向所受的弯矩：Mx=L1Y+L2Y+L3Y+L4Y；
Y轴方向所受的弯矩：MY=L1X+L2X+L3X+L4X ；
Z轴方向所受的扭矩：MZ=L5Y+L6Y+×0，所以MZ=L5Y+L6Y；
其中，L1Y、L2Y、L3Y、L4Y、L1X、L2X、L3X、L4X、L5Y、L6Y为计算力矩时各力的力臂。
各力传感器可以与计算单元相连接，其输出的信号传递给计算单元，计算单元对信号进行处理和计算，并将计算结果传递给显示器，以显示各方向的力以及力矩值。
本发明提供的复合疲劳试验的测量方法，通过布置合理数量的力学传感器进行力学感应以及通过建立数学模型结构，将力传感器感应的力通过数学模型进行计算，从而实现了对试件5所承受的复合力的测量。该测量方法不仅易于实施，且切实有效。此外，该测量方法不仅适用于飞机发动机主轴的力学测量，还适应于其它的轴类零件的力学测量。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上所述内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合疲劳试验的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将试件的一端固定设置于工作台面上，并在所述工作台面长度方向的一侧面上安装至少一个第一力传感器，在所述工作台面宽度方向的一侧面上安装至少一个第二力传感器，在所述工作台面的底端面上安装至少一个第三力传感器；
（2）在所述工作台面的中心建立直角坐标系，三坐标分别为沿所述工作台面长度方向的X轴、沿所述工作台面宽度方向的Y轴和垂直于所述工作台面的Z轴；
（3）在所述试件的顶端施加模拟其工作状态下的复合力；
（4）建立数学模型，在直角坐标系中，设所述第一力传感器感应的X轴方向的力为                                               ，所述第二力传感器感应的Y轴方向的力为，所述第三力传感器感应的Z轴方向的轴向力为，则X轴方向的弯矩为：Mx=×Ly，Y轴方向的弯矩为：My=×Lx，Z轴方向的扭矩为：Mz=×Ly+×Lx，其中，Lx和Ly为力臂。
2.根据权利要求1所述的一种复合疲劳试验的测量方法，其特征在于，在所述工作台面长度方向的一侧面对称地安装一对所述第一力传感器，在所述工作台面宽度方向的一侧面的中心安装一个所述第二力传感器，在所述工作台面的底端面对称地安装四个所述第三力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种复合疲劳试验的测量方法，其特征在于，设该些第三力传感器感应的Z轴方向的力分别为、、、，该些第一力传感器感应的X轴方向的力分别为、，所述第二力传感器感应的Y轴方向的力为，则=+++，=+，=；
X轴方向的弯矩为：Mx=L1Y+L2Y+L3Y+L4Y，Y轴方向的弯矩为：MY=L1X+L2X+L3X+L4X，Z轴方向的扭矩为：MZ=L5Y+L6Y，其中，L1Y、L2Y、L3Y、L4Y、L1X、L2X、L3X、L4X、L5Y、L6Y为力臂。
4.根据权利要求1所述的一种复合疲劳试验的测量方法，，其特征在于，所述第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器分别与计算单元相连接，其输出的信号传递给计算单元，所述计算单元对所述信号进行处理和计算，并将计算结果传递给显示器，以显示各方向的力以及力矩值。
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