CN105510118A - 对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置 - Google Patents

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Abstract

一种对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，包括固定底座，所述固定底座上安装立柱，所述加载装置还包括静定梁、螺旋加载机构、载荷传感器和加载工位板，两根静定梁平行设置且均位于立柱上，所述加载工位板的两端分别可滑动地与一根静定梁连接，所述两个加载工位板之间为试验工位，在所述加载工位板远离试验工位侧的同轴线上安装所述载荷传感器，所述载荷传感器与所述螺旋加载机构的动作端配合。本发明提供了一种稳定性很好、刚度较好、可靠性强的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置。

Description

对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置
技术领域
本发明属于材料疲劳性能试验及材料摩擦磨损领域，具体的说属于一种对各种形状的微动疲劳试验试样施加横向微动载荷及产生微动摩擦磨损时提供恒定且稳定可靠的线性载荷的加载装置。
技术背景
微动疲劳，这是指构件在循环载荷作用下，由于表面某一部位与其它接触表面间产生小振幅相对滑动(即微动)而导致构件微动疲劳损伤。零件在接触损伤区内萌生裂纹，裂纹在交变应力作用下扩展而导致的疲劳强度下降或早期断裂。微动疲劳现象在各种机械构件中广泛存在，而且对疲劳寿命影响很大。通常使材料疲劳极限降低20～50％，有时甚至降低得更显著。在航空、航天、交通、核能等诸多工业部门中，均存在微动疲劳损伤问题，尤其是在航空核电工业中更为突出和普遍。
1927年Tomlinson提出了一种微动，在其研究报告中首次出现“Fretting”一词。1949年Mindlin首次将接触力学引入微动领域，为微动力学分析奠定了基础；接着1953年和1954年分别由Feng和Uhigh，提出了化学机械理论和磨损速率变化理论，为微动疲劳研究的发展推进了一大步。1969年Nisllioka等人提出了一种微动疲劳模型，预测了试件的微动疲劳寿命；1972年Waterhouse发表了首部有关微动的专著《FrettingCorrosion》。1990年，Godet提出了微动磨损的三体理论。而在1992年，Zhou和Vincent提出的二类微动图理论，从而揭示了微动运行机制和材料损伤规律，对微动疲劳的发展做出了重要贡献。进入21世纪以来，研究重点转入到对于具体材料及结构的微动疲劳分析、研究。
目前，微动疲劳实验微动模型有很多种形式，根据接触方式的不同可分为点、线和面的接触；根据受载荷不同可分为拉压微动疲劳、弯曲微动疲劳和扭转微动疲劳。国内外研究微动疲劳的实验装置按照微动垫的结构不同主要可分为桥式微动垫和圆柱式微动垫等。最早用于微动疲劳试验的接触几何主要是桥式微动而产生平面-平面接触，其最大优点是可以使用标准的疲劳试件，不管试件是处于弯曲还是循环轴向力作用下。然而该装置有一些不利因素，如桥足的接触状况很难确定，每个桥足的滑移状况也是不同等。20世纪六七十年代，Nishioka和Hirakawa采用了另一种完全不同的接触几何，圆柱形微动块与平板试样接触，此结构的优点是接触应力能通过典型的接触分析来分析描述。但是该装置在使用过程中也存在一些问题，如微动系统刚性不好，微动垫相对滑动太大，导致其轴向位移大，横向载荷在疲劳过程中会发生变化即载荷不稳定。在微动疲劳过程中，往往由于微动装置的稳定性及可靠性较差，导致试验结果很不理想，试验结果不能真实反映实际微动疲劳的性能。所以，在材料微动疲劳试验时，必须设计一种对试样施加横向载荷稳定可靠的试验装置，从而使得试样受到轴向载荷而发生相对滑动时，横向载荷将不发生改变。并且在整个试验过程中微动结构、固定支座等结构也能稳定可靠的工作。因此，设计出一套刚性好，系统稳定的同时具有载荷对称分布保持先接触功能的微动疲劳横向微动加载装置具有重要的意义。
发明内容
为了克服已有微动疲劳试验横向加载装置的不能一致的调节滑动，稳定性较差、可靠性的不足，本发明提供了一种稳定性很好、刚度较好、可靠性强的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，包括固定底座，所述固定底座上安装立柱，所述加载装置还包括静定梁、螺旋加载机构、载荷传感器和加载工位板，两根静定梁平行设置且均位于立柱上，所述加载工位板的两端分别可滑动地与一根静定梁连接，所述两个加载工位板之间为试验工位，在所述加载工位板远离试验工位侧的同轴线上安装所述载荷传感器，所述载荷传感器与所述螺旋加载机构的动作端配合。
进一步，所述螺旋加载机构包括螺旋加载器和连接板，所述连接板的两端分别可滑动地与一根静定梁连接，所述螺旋加载器固定在所述连接板上，所述螺旋加载器的伸缩杆为所述螺旋加载机构的动作端。
再进一步，所述加载工位板与所述静定梁之间的连接处设有定位件。
更进一步，所述加载工位板与所述静定梁之间的连接处、所述连接板与所述静定梁之间的连接处均设有定位件。
所述加载工位板靠近试验工位侧安装微动垫。
所述静定梁的两端安装滑块，所述滑块可滑动地安装在横向导轨上，所述横向导轨可上下滑动地安装在立柱上，所述立柱可纵向滑动地安装在底座上。
本发明的技术构思为：具有提供自协调式微动载荷的横向加载装置，是固定底座、三轴运动机构、带滑块的静定梁结构、微动垫固定装置、微动加载机构共同作用来对微动试样提供横向载荷的。首先将其中一个带有一对横向加载装置的固定底座通过螺栓固定在试验机上，然后再将另一对横向加载装置安装在静定梁上，最后将另一半底座通过螺栓固定在试验机上与先前固定好的底座做成完整的实验装置。
布置三轴运动机构：通过滑块可调节两个静定梁在X轴上的位置，也是通过滑块调整两个微动垫的距离，该距离为所设计的微动疲劳试样的外尺寸，通过锁紧螺钉将螺旋加载器的连接板固定在静定梁上，可调节底座上的梁来调整Z轴的位置，将微动垫通过螺栓安装与悬臂梁的正中间，试样通过试验机上下夹头夹持并且通过所述一对微动垫，将微动加载系统固定在静定梁上，从而可以施加稳定、可靠的横向载荷，施加的载荷数值可以通过载荷传感器所配套的显示表来显示。此时，整个微动装置将与试验机保持相对静止。在微动疲劳试验的过程中，静止的微动装置与轴向微动的试样存在滑动，从而达到微动疲劳的效果。
本发明专利的效果主要表现在：装置具有XYZ三个方向可调的性能，能根据不同试样不同尺寸来调整位置。两端加载装置的载荷都可以通过传感器显示屏读出保证两端载荷相等，自由端的微动加载装置由螺旋测微器改进而得，使得加载载荷也具很高的精度0.1N。由于整个装置采用的形材、静定梁结构尺寸较大整个装置刚性很好。本发明装置结构简单、操作方便，结构合理、连接可靠对微动试样进行微动试验时稳定可靠。
附图说明
图1是微动疲劳试验横向微动加载装置的示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的左视图。
图4是微动垫固定装置的示意图。
图5是螺旋加载机构的示意图。
图6是传感器固定装置示意图。
图7是螺旋加载器固定装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图7，一种对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，包括固定底座1，所述固定底座1上安装立柱，所述加载装置还包括静定梁4、螺旋加载机构、载荷传感器6和加载工位板2，两根静定梁4平行设置且均位于立柱上，所述加载工位板2的两端分别可滑动地与一根静定梁4连接，所述两个加载工位板2之间为试验工位，在所述加载工位板2远离试验工位侧的同轴线上安装所述载荷传感器6，所述载荷传感器6与所述螺旋加载机构的动作端配合。
进一步，所述螺旋加载机构包括螺旋加载器7和连接板3，所述连接板3的两端分别可滑动地与一根静定梁4连接，所述螺旋加载器7固定在所述连接板3上，所述螺旋加载器7的伸缩杆为所述螺旋加载机构的动作端。
再进一步，所述加载工位板2与所述静定梁4之间的连接处设有定位件。
更进一步，所述加载工位板2与所述静定梁4之间的连接处、所述连接板3与所述静定梁4之间的连接处均设有定位件。
所述加载工位板2靠近试验工位侧安装微动垫5。
所述静定梁4的两端安装滑块，所述滑块可滑动地安装在横向导轨8上，所述横向导轨8可上下滑动地安装在立柱上，所述立柱可纵向滑动地安装在底座上。形成XYZ三个方向的运动机构。
所述定位件为锁紧螺钉，加载时将锁紧螺钉锁紧，使连接板3与静定梁固定，从而使所述螺旋加载器动作杆压紧载荷传感器。加载工位板2可在静定梁自由移动，微动垫5与载荷传感器分布与同一块加载工位板2异侧同轴线上，从而使螺旋加载器动作杆上的力传递到微动垫。
三轴运动机构，由角钢连接而成，其分别带有XYZ三个方向的导槽，所述固定底座1与试验机通过螺栓固定，其正面的两根横梁完全平行，用于连接带轴的滑块结构，两根横梁可以沿底座上下Z方向移动，X方向通过与静定梁连接的滑块调节在导轨8上进行调节，Y方向通过连接板在静定梁上的滑块调节。

Claims (6)

1.一种对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，包括固定底座，所述固定底座上安装立柱，其特征在于：所述加载装置还包括静定梁、螺旋加载机构、载荷传感器和加载工位板，两根静定梁平行设置且均位于立柱上，所述加载工位板的两端分别可滑动地与一根静定梁连接，所述两个加载工位板之间为试验工位，在所述加载工位板远离试验工位侧的同轴线上安装所述载荷传感器，所述载荷传感器与所述螺旋加载机构的动作端配合。
2.如权利要求1所述的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，其特征在于：所述螺旋加载机构包括螺旋加载器和连接板，所述连接板的两端分别可滑动地与一根静定梁连接，所述螺旋加载器固定在所述连接板上，所述螺旋加载器的伸缩杆为所述螺旋加载机构的动作端。
3.如权利要求1所述的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，其特征在于：所述加载工位板与所述静定梁之间的连接处设有定位件。
4.如权利要求2所述的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，其特征在于：所述加载工位板与所述静定梁之间的连接处、所述连接板与所述静定梁之间的连接处均设有定位件。
5.如权利要求1～4之一所述的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，其特征在于：所述加载工位板靠近试验工位侧安装微动垫。
6.如权利要求1～4之一所述的对称式线接触微动疲劳试验微动载荷加载装置，其特征在于：所述静定梁的两端安装滑块，所述滑块可滑动地安装在横向导轨上，所述横向导轨可上下滑动地安装在立柱上，所述立柱可纵向滑动地安装在底座上。
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