CN105736584A - 一种可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置 - Google Patents

一种可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置，解决了复合载荷的施加难点主要在于拉压力与扭矩同时施加时会产生相互影响的问题。包括轴承箱、大小端盖、压盖、底盘、深沟球轴承、推力轴承、旋转轴，所述旋转轴在轴中部设置止推轴肩，深沟球轴承、压盖、推力轴承均为两组，沿旋转轴的止推轴肩对称布置在轴承箱内。装置中沿止推轴肩对称布置的止推轴承承载了拉压载荷，使得扭矩施加时仅需要克服止推轴承的启动摩阻即可将扭矩施加在试件上，这样推力轴承承载了所有拉压载荷，并参与传递了扭矩，故拉压力与扭矩的施加过程不会彼此影响，从而做到真正意义上的拉/压矩、弯矩、扭矩同时加载但互不干扰。

Description

一种可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置
技术领域
本发明涉及一种应用于力学试验台复合载荷施加时隔离拉压力与扭矩相互影响的实验装置。
背景技术
在机械设计工作中，常常需要对某些承载较为严峻的结构或零部件进行强度校核，强度校核大致可分两部分，分别为理论校核与试验校核。在试验校核中，常需要对试样的拉伸、压缩、弯曲、扭转等载荷作用下的力学特性进行研究。而现有的力学试验机却无法精确地完成拉（压）力及扭矩同步施加，这主要是由于扭矩施加的过程中本身就会产生一部分拉压作用，致使拉压力传感器接收端接收到错误数据，导致拉压力与扭矩同步施加时的不精确。这种困难使得我们只能独立研究试样在拉压力或扭矩单独作用下的力学行为，一般情况下，这种试验结果已经足以满足现场使用要求，但在某些特定情况下，结构承载特性极为复杂，而复杂的受力特点使得该结构的承载极限大大低于我们用上述试验结果得到的预期值，这就要求我们针对结构在复合载荷综合作用下的力学特性开展实验室台架试验或是实物运转试验，然而现有的试验机却无法满足我们的使用要求。复合载荷的施加难点主要在于拉压力与扭矩同时施加时会产生相互影响，故需要开发出一种能够隔离拉压力与扭矩施加时互相影响的装置。
发明内容
为了解决背景技术中提到的问题，本发明供一种可实现隔离拉压力与扭矩相互影响的装置。此装置结构简单，安装在试验机的加载端，在施加拉（压）扭复合载荷时隔离两种载荷的相互影响，填补了国内试验装置在拉扭复合载荷精确施加能力方面的空白。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置，包括旋转底盘、锁紧螺母、下端盖、深沟球轴承、轴承箱、压盖、推力轴承、上端盖及旋转轴；
所述旋转底盘采用中心开有螺纹孔的法兰盘结构，中心螺纹孔旁还开有承扭键槽，旋转底盘与试验机夹具法兰相连；
所述旋转轴是一端采用螺杆结构、另一端采用光杆结构、中部具有止推轴肩的回转体，旋转轴两端分别设置下承扭键槽及上承扭键槽；
上述旋转底盘中心螺纹孔与旋转轴的螺杆结构固定连接，并在旋转底盘上的承扭键槽与旋转轴下端的下承扭键槽围成的空腔内置有平键，旋转底盘上方利用两个锁紧螺母对顶锁紧定位旋转轴；
所述轴承箱为两端具有法兰盘结构的圆筒，其上下两端分别法兰连接上端盖及下端盖，上端盖上方还与试验机横梁法兰连接；轴承箱内旋转轴定位轴肩两侧对称布置深沟球轴承、压盖及推力轴承，上端盖下端面及下端盖上端面分别与各自相邻的深沟球轴承的外圈相互压紧定位；所述压盖的主体为圆环结构，压盖的两个水平端面分别为推力限位面及球轴承限位面，压盖的曲面为径向定位柱面，其径向定位柱面与轴承箱内孔配合完成压盖的径向定位，压盖的球轴承限位面与深沟球轴承的外圈压紧以及压盖的推力限位面与推力轴承的止推面压紧共同轴向定位压盖；
所述旋转轴，其止推轴肩两侧止推面分别与两侧的推力轴承止推面轴向定位两推力轴承；旋转轴利用上承扭键槽与电机轴键连接。
优选锁紧螺母为圆螺母，锁紧螺母的外壁沿周向均布若干个锁紧槽，该锁紧槽中配合卡入止动垫圈。
本发明具有如下有益效果：本装置通过关于旋转轴的止推轴肩对称布置的推力轴承与深沟球轴承的组合，承载拉压力的同时避免扭矩加载对拉压力加载端的影响，实现拉压力与扭矩在加载时的相互隔离。由于所用推力轴承在受载时的驱动扭矩极低，故此设计可大致消除扭矩与拉压力载荷的相互影响，做到真正意义上的拉/压矩、弯矩、扭矩同时加载但互不干扰。另外，装置结构较为简单，设计巧妙，拆装容易，易于实现对大部分试验台的扩展改造，能简单快捷地确保拉压力与扭矩加载时彼此的独立性，具有极大的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明装置装配图，图中标号代表：1-旋转底盘，2-锁紧螺母，3-下端盖，4-深沟球轴承，5-压盖，6-轴承箱，7-推力轴承，8-上端盖，9-旋转轴。
图2为旋转底盘零件图，图中标号代表：10-夹具限位面，11-定位螺栓孔，12-上限位面，13-连轴孔，14-承扭键槽。
图3为锁紧螺母零件图，图中标号代表：15-螺母下定位基准面，16-锁紧槽，17-螺母上定位基准面，18-螺母定位螺孔。
图4为下端盖零件图，图中标号代表：19-下端盖定位螺孔，20-下端盖定位基准面，21-下端盖上端面，22-下端盖定位轴面。
图5为压盖零件图，图中标号代表：23-推力限位面，24-径向定位柱面，25-球轴承限位面，26-压盖轴孔。
图6为上端盖零件图，图中标号代表：27-横梁连接面，28-横梁连接孔，29-轴承箱连接孔，30-球轴承上限位面，31-上端盖下端面，32-上端盖径向定位柱面。
图7为轴承箱零件图，图中标号代表：33-轴承箱上端面，34-轴承箱内孔，35-轴承箱法兰孔，36-轴承箱下端面。
图8为旋转轴零件图，图中标号代表：37-下承扭键槽，38-定位螺杆，39-止推轴肩，40-上承扭键槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置做进一步的说明：
由图1所示：本发明的可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置，包括旋转底盘1，锁紧螺母2，下端盖3，深沟球轴承4，压盖5，轴承箱6，推力轴承7，上端盖8，旋转轴9。
如图2所示，所述旋转底盘1采用中心开有连轴孔13的法兰盘结构，法兰盘上沿周向均布若干个定位螺纹孔11，连轴孔13旁还开有承扭键槽14，旋转底盘1的圆环面为夹具限位面10，旋转底盘1的上端面为上限位面12。
如图3所示：所述锁紧螺母2为圆螺母，具有螺母下定位基准面15、螺母上定位基准面17及螺母定位螺孔18，锁紧螺母2的外壁沿周向均布若干个锁紧槽16。
如图4所示：所述下端盖3采用上下两级同心圆环结构，下端盖3的上圆环上沿周向均布若干定位螺孔19，两级圆环的两个水平端面分别为下端盖定位基准面20及下端盖下端面21，上圆环的曲面为下端盖定位轴面22。
如图5所示：所述压盖5的主体为圆环结构，压盖的两个水平端面分别为推力限位面23及球轴承限位面25，压盖的曲面为径向定位柱面24，压盖轴孔26与旋转轴9的外径相配合。
如图6所示：所述上端盖8的基体为法兰盘结构，法兰盘的两个水平端面分别为横梁连接面27及上端盖下端面31，法兰盘上沿径向设置两圈沉孔，其中内圈沉孔为轴承箱连接孔29，外圈沉孔为横梁连接孔28，上端盖中心还突出有同心圆环结构，该圆环结构的圆环面为上端盖径向定位柱面32，圆环结构的水平端面为球轴承上限位面30。
如图7所示：所述轴承箱6为两端具有法兰盘结构的圆筒，圆筒中心形成轴承箱内孔34，轴承箱上端面33及轴承箱下端面36上分别沿周向均布轴承箱法兰孔35。
如图8所示：所述旋转轴是一端采用定位螺杆38结构、另一端采用光杆结构、中部具有止推轴肩39的回转体，并在旋转轴9的定位螺杆结构部分上设置下承扭键槽37，光杆结构部分上设置上承扭键槽40。
由图2结合图1、图3及图8所示：旋转底盘1底端通过法兰连接形式与试验机夹具相连，并通过夹具限位面10完成径向限位与定位；连轴孔13与旋转轴9的定位螺杆结构38连接，并通过平键连接形式使用承扭键槽14与下承扭键槽37配合传递扭矩。旋转底盘1上端通过两个锁紧螺母2对顶锁紧，具体的是螺母定位螺孔18与旋转轴的定位螺杆38相连，并结合旋转底盘上限位面12与螺母下定位基准面15完成轴向限位，对顶拧紧时，下螺母的螺母上定位基准面17将与上螺母的螺母下定位基准面15贴近，此用法一方面可以更好地确保连接防松，另一方面可以完善旋转底盘1与旋转轴9的轴向定位，必要时可通过止动垫圈卡入锁紧槽16中配合防松。
由图4结合图1、图7所示：轴承箱6内、旋转轴定位轴肩两侧对称布置深沟球轴承4、压盖5及推力轴承7，轴承箱6两端口分别连接上端盖8及下端盖3。安装时，下端盖定位轴面22与轴承箱内孔34相连完成下端盖3的径向定位，下端盖定位基准面20与轴承箱上端面33限制下端盖3的轴向位置，使用螺栓连接下端盖定位螺孔19与轴承箱法兰孔35完成下端盖在轴承箱6上的安装。安装完毕后，下端盖上端面21将与深沟球轴承4外圈互相压紧。
如图5结合图1、图7所示，压盖轴孔26中穿有旋转轴9，压盖5的径向定位柱面24与轴承箱内孔34配合完成压盖5的径向定位，压盖的球轴承限位面25与深沟球轴承4的外圈压紧以及压盖的推力限位面23与推力轴承7的止推面压紧共同完成压盖5的轴向定位。
如图6结合图1、图7所示，上端盖8与试验机横梁通过横梁连接面27相接触，并通过横梁连接孔28使用定位螺栓连接，上端盖径向定位柱面32与轴承箱内孔34的接触完成上端盖8的径向定位。上端盖下端面31与轴承箱上端面33相连，并通过轴承箱连接孔29以及轴承箱法兰孔35使用螺栓连接固定二者相对位置。当上端盖位置固定后其球轴承上限位面30将压紧靠近上端盖一侧的深沟球轴承4外圈，完成对深沟球轴承4轴向位置的限制。
本装置在使用时通过法兰连接形式将轴承箱主体与试验机加载横梁相连，旋转轴一端利用上承扭键槽与电机轴进行键连接，用于扭矩载荷的输入，另一端通过法兰连接方式与试件夹持端相连接。当需要对试件单独施加拉压力时，拉压载荷通过试验机横梁传递至上端盖，经深沟球轴承外圈、压盖、推力轴承传递至旋转轴的止推轴肩，并经旋转轴传递至旋转底盘，最终传递到试件夹持端，完成对试件的加载；需要加载扭矩时，扭矩通过电机施加，经平键带动旋转轴发生旋转，并通过旋转轴底盘驱动试件加载端发生旋转，将扭矩施加给试件。当对试件进行拉扭或压扭复合加载时，结构中沿止推轴肩对称布置的止推轴承承载了拉压载荷，使得扭矩施加时仅需要克服止推轴承的启动摩阻即可将扭矩施加在试件上。由于装置中推力轴承承载了所有拉压载荷，并参与传递了扭矩，故拉压力与扭矩的施加过程不会彼此干扰。

Claims (2)

1.一种可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置，包括旋转底盘、锁紧螺母、下端盖、深沟球轴承、轴承箱、压盖、推力轴承、上端盖及旋转轴；其特征在于：
所述旋转底盘采用中心开有螺纹孔的法兰盘结构，中心螺纹孔旁还开有承扭键槽，旋转底盘通过法兰连接形式与试验机夹具固定连接；
所述旋转轴是一端采用螺杆结构、另一端采用光杆结构、中部具有止推轴肩的回转体，旋转轴两端分别设置下承扭键槽及上承扭键槽；
上述旋转底盘中心螺纹孔与旋转轴的螺杆结构固定连接，并在旋转底盘上的承扭键槽与旋转轴下端的下承扭键槽围成的空腔内置有平键，旋转底盘上方通过两个锁紧螺母对顶锁紧；
所述轴承箱为两端具有法兰盘结构的圆筒，其上下两端分别法兰连接上端盖及下端盖，上端盖上方还与试验机横梁法兰连接；轴承箱内旋转轴定位轴肩两侧对称布置深沟球轴承、压盖及推力轴承，上端盖下端面及下端盖上端面分别与各自相邻的深沟球轴承的外圈相互压紧定位；所述压盖的主体为圆环结构，压盖的两个水平端面分别为推力限位面及球轴承限位面，压盖的曲面为径向定位柱面，其径向定位柱面与轴承箱内孔配合完成压盖的径向定位，压盖的球轴承限位面与深沟球轴承的外圈压紧以及压盖的推力限位面与推力轴承的止推面压紧共同轴向定位压盖；
所述旋转轴，其止推轴肩两侧止推面分别与两侧的推力轴承止推面轴向定位两推力轴承；旋转轴利用上承扭键槽与电机轴平键固定连接。
2.根据权利要求1所述的可隔离拉压力与扭矩相互影响的装置，其特征在于：所述锁紧螺母为圆螺母，锁紧螺母的外壁沿周向均布若干个锁紧槽，该锁紧槽中卡入止动垫圈。
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