CN106769537A - 一种柔性体扭转刚度测试台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性体扭转刚度测试台，用于模拟柔性体在受到扭转力矩的情况，解决了现有试验台结构繁琐、测试精度低的问题。本柔性体扭转刚度测试台包括底座部分、加载装置、限位装置等。底座部分由底座、柔性体及加载盖板组成，待测柔性体倒置安装于底座上，上方安装有加载盖板；加载装置由两组铰链转轴组成，可以将竖直载荷利用柔性体的受压变形特性转化为扭转载荷，并通过限位装置中的限位块及限位柱对测试角度进行限制。本柔性体扭转刚度测试台精度高、结构紧凑、操作简单、加载范围大。

Description

一种柔性体扭转刚度测试台

技术领域

本发明涉及一种外载荷加载测试台，尤其涉及一种柔性体扭转刚度测试台。

背景技术

柔性体与弹性轴承结构类似，其内衬与外壳均是金属材料，内部为金属片与橡胶夹层的结构，钢板与橡胶之间添加粘合剂，最后通过高温硫化的方式制成。

张力腿平台中的顶部与底部筋腱连接器中均有柔性体为筋腱提供柔性，从而在张力腿平台受到海上风浪影响时为其提供支撑，是其核心受力部件。然而，橡胶是一种高分子材料，其材料特性是典型的超弹性，与普通的金属材料不同，橡胶材料受力以后，只采用电脑仿真无法精准的计算出其力学特性，故需设计特定的刚度测试台，从而保证柔性体的性能。

类似的测试台，如中国专利公开号CN 204495559 U，授权公告日2015年7月22日，发明创造的名称为一种弹性轴承扭转刚度测试装置，该申请公开了一种螺旋桨用弹性轴承测试装置，其不足之处在于结构复杂，且需将试件成对放置才能使用。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种柔性体扭转刚度测试台，可以将竖直载荷利用柔性体的受压变形特性转化为扭转载荷，满足对于较大测试力的要求，且噪声低、振动小。

本发明的目的是这样实现的：包括底座、倒置在底座上的柔性体、设置在柔性体上端的加载盖板，还包括顶板、竖直设置在顶板下端的限位柱，顶板的下端面由上至下还依次设置固定块、上转轴、力传感器、下转轴和加载块，固定块的两侧分别通过螺栓连接有一上侧板，加载块的两侧分别通过螺栓连接有一下侧板，每个上侧板和下侧板上均设置有圆形通孔，所述固定块的上端面与顶板的下端面固连，固定块的下端面设置有与上转轴配合的半圆形凹槽，上转轴与力传感器的上端固连且上转轴设置在两个上侧板之间，所述下转轴与力传感器的下端固连且下转轴设置在两个下侧板之间，所述加载块的上端面设置有与下转轴配合的半圆形凹槽，所述加载盖板的一端设置有与限位柱配合的限位块，限位块的上表面是楔形面，所述加载盖板的另一端设置有与加载块下端面配合加载块卡槽，所述加载盖板上还设置有角度传感器。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述柔性体由外至内依次是柔性体外壳、柔性体钢板、柔性体橡胶、柔性体内衬，加载盖板中心设置有线缆口，所述柔性体橡胶的表面设置有应变片，所述柔性体内衬的上端与加载盖板下表面设置的圈楔形凹槽契合。

2.所述上转轴和下转轴均是两端直径小于中间部分直径的阶梯轴，且中间部分的长度与力传感器的长度、固定块的长度以及加载块的长度相等，且阶梯轴的两端部分别与对应的侧板上的圆形通孔配合，加载块和固定块上的半圆形凹槽的直径大于阶梯轴中间部分的直径。

3.所述底座的下端安装在压力试验机的下平台上、所述顶板的上端安装在压力试验机的上平台上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明可以通过更换柔性体底座和盖板来对不同型号的柔性体进行检测，实现了在一台测试台上对不同型号柔性体刚度特性的检测，通用型好；2.本发明采用厚度一定的加载盖板可以使得柔性体扭转轴线与柔性体半球形钢板球心重叠，消除了轴线球心之差带来的额外转矩，提高了试验精准度；3.本发明采用与压力试验机配合加载的形式，压力仅通过三次接触传递到柔性体上并转化为扭矩，配合力、角度传感器，具有较高的传递效率及测量精度，并且省略加力装置，节约了空间及成本。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的右45°结构示意图；

图3为本发明的剖视图；

图4为本发明加载装置主要部件的分解图；

图5为本发明的上(下)转轴的轴测图。

图6为本发明的工作原理图。

图中：11.底座、12.柔性体、120.柔性体外壳、121.柔性体钢板、122.柔性体橡胶、123.柔性体内衬、13.加载块卡槽、14.加载盖板、15.角度传感器、16.线缆口、17.螺钉、21.加载块、22.下转轴、23.力传感器、24.上转轴、25.固定块、26.侧板、27.顶板、28.法兰螺栓孔、31.限位柱、32.限位块。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的一种用于对柔性体进行扭转刚度测试的测试台，包括底座部分、加载装置及限位装置，其中，底座部分包括底座11、柔性体12、加载盖板14以及位于加载盖板上的加载块卡槽13、角度传感器15、线缆出口16；加载装置包括水平安装的顶板27、加载块21、固定块25、侧板26、力传感器23、上转轴24及下转轴25；限位装置由一组限位柱31和限位块32组成。所述测试台的顶板及底座均有法兰螺纹孔，分别通过螺钉固定在压力试验机的上、下平台。所述限位装置由固定在加载盖板的限位块及顶板上限位柱组成，限位块上表面为楔形面，限位柱下表面为平面，楔形面的角度即为测试台的最大转角。所述加载装置固定块与顶板焊接，上转轴上侧面与固定块圆弧槽配合并留有微小间隙，两侧面的侧板安装在固定块上对上转轴进行径向、轴向约束，上转轴下侧面与力传感器固定连接，形成以转轴轴心为中心的转动副；下转轴及加载块的布置方式与上转轴及固定块相对称，上转轴与下转轴轴心投影重合，加载块以下转轴轴心为转动副中心转动。所述上转轴与下转轴均为阶梯轴，其两端直径与侧板圆孔直径相同，略小于中间部分直径，并采用间隙配合，便于拆装与定位；加载块及固定块圆弧槽的直径略大于转轴中间部分直径，其有益效果是在转轴在工作受压时，与圆弧槽呈线接触，减小摩擦。所述加载盖板在加载块一侧有“L”形槽，为加载块卡槽，槽侧面与加载块侧面平行。加载盖板底部有一圈楔形凹槽，与柔性体外壳相契合，并通过螺钉紧固

下面结合附图对本发明进行详细描述：

底座部分由底座11、柔性体12及加载盖板14组成。底座11为圆形板结构，内开有同心圆凹槽。待测柔性体12倒置放置于底座11凹槽内，通过过盈配合卡紧，内部橡胶一侧贴有应变片，便于观测橡胶力学数据。加载盖板14为圆形板结构，板中间设有线缆口16，为圆形通孔，便于应变片走线；顶部一侧有倒“L”形槽，为加载块卡槽13，槽侧面与加载块21侧面平行，另一侧焊接一个上表面为楔形面的限位块32，并安装角度传感器15；加载盖板14底部有一圈楔形凹槽，与柔性体内衬123相契合，柔性体内衬123端部设有螺纹孔，两者通过螺钉17紧固。

结合图1、图4、图5，加载装置由两组铰链转轴组成，其上方的顶板27有法兰螺纹孔28，通过螺钉紧固在压力试验机上。顶板27下方依次为固定块25、上转轴24、力传感器23、下转轴22及加载块21，转轴两侧有侧板26。固定块25与加载块21同为一面有圆形凹槽的矩形块，凹槽直径略大于转轴直径。上转轴24及下转轴22为阶梯轴，轴两端直径略小于中间部分直径，且转轴中间部分的长度与力传感器23上下两端、固定块25及加载块21的长度相等。

固定块25上端与顶板27焊接固定，固定块25两侧面均有侧板26通过螺栓固定，上转轴24两端卡在两侧板26的圆孔中，对上转轴24进行径向、轴向约束，上转轴24下端与力传感器23底部焊接固定，由此形成一个转动副。同样地，力传感器23下方对称的安装下转轴22、侧板26及加载块21，形成另一个转动副。

限位装置由固定在加载盖板14的限位块32及顶板27上限位柱31组成，限位柱31为圆柱体，固定在顶板27上，四周有加强筋，其圆柱下表面为平面。限位块32楔形面的角度即为测试台的最大转角。

加载过程中，柔性体12将会发生一定角度的扭转，两组转轴可以使加载块21随着柔性体12扭转，将竖直载荷利用柔性体12的受压变形特性转化为扭转载荷，并通过限位装置中的限位块32及限位柱31对测试角度进行限制。

下面结合附图1、图3和图6对本发明工作原理进行详细地描述：

因柔性体12在张力腿平台中外壳固定在筋腱连接器里，筋腱与柔性体内衬123固定，受力时筋腱发生摆动，即筋腱带动柔性体内衬123摆动，从而柔性体12发生形变。因此将柔性体内衬123朝上倒置放置在底座11上，有利于模拟真实工况。

将柔性体12倒置放置在底座11上后，在柔性体橡胶122表面安装应变片，以监控测试时橡胶的应变情况。接着，安装加载盖板14，应变片的线缆从线缆出口导出，并用螺钉18将加载盖板14与柔性体12紧固。

测试时，该装置的顶板27、底座11分别固定于压力试验机的上、下平台，且同心放置。需要注意的是，要保证加载块卡槽13阶梯面与加载块21侧面平行。利用压力试验机对其竖直施加压载荷，载荷方向始终保持竖直向下，如图4箭头所示。使得顶板27及安装在顶板27上的部件缓慢下降。加载块21与加载块卡槽13首先接触，此时继续施压，柔性体12由于自身结构会发生形变，受压侧降低，对侧升高，带动加载盖板14转动，加载块21上方双铰链转轴会根据加载盖板14的转动而转动，使得载荷始终垂直于加载盖板14，直至限位装置接触，完成测试。

柔性体12转动刚度通过下式可以得出：

柔性体12提供的反力F由力传感器23得到，根据角度传感器15得到摆角θ，测量加载盖板14圆心至下转轴22轴心的水平距离L，可得转动刚度K。

Claims (5)

1.一种柔性体扭转刚度测试台，其特征在于：包括底座、倒置在底座上的柔性体、设置在柔性体上端的加载盖板，还包括顶板、竖直设置在顶板下端的限位柱，顶板的下端面由上至下还依次设置固定块、上转轴、力传感器、下转轴和加载块，固定块的两侧分别通过螺栓连接有一上侧板，加载块的两侧分别通过螺栓连接有一下侧板，每个上侧板和下侧板上均设置有圆形通孔，所述固定块的上端面与顶板的下端面固连，固定块的下端面设置有与上转轴配合的半圆形凹槽，上转轴与力传感器的上端固连且上转轴设置在两个上侧板之间，所述下转轴与力传感器的下端固连且下转轴设置在两个下侧板之间，所述加载块的上端面设置有与下转轴配合的半圆形凹槽，所述加载盖板的一端设置有与限位柱配合的限位块，限位块的上表面是楔形面，所述加载盖板的另一端设置有与加载块下端面配合加载块卡槽，所述加载盖板上还设置有角度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种柔性体扭转刚度测试台，其特征在于：所述柔性体由外至内依次是柔性体外壳、柔性体钢板、柔性体橡胶、柔性体内衬，加载盖板中心设置有线缆口，所述柔性体橡胶的表面设置有应变片，所述柔性体内衬的上端与加载盖板下表面设置的圈楔形凹槽契合。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性体扭转刚度测试台，其特征在于：所述上转轴和下转轴均是两端直径小于中间部分直径的阶梯轴，且中间部分的长度与力传感器的长度、固定块的长度以及加载块的长度相等，且阶梯轴的两端部分别与对应的侧板上的圆形通孔配合，加载块和固定块上的半圆形凹槽的直径大于阶梯轴中间部分的直径。

4.根据权利要求1或2所述的一种柔性体扭转刚度测试台，其特征在于：所述底座的下端安装在压力试验机的下平台上、所述顶板的上端安装在压力试验机的上平台上。

5.根据权利要求3所述的一种柔性体扭转刚度测试台，其特征在于：所述底座的下端安装在压力试验机的下平台上、所述顶板的上端安装在压力试验机的上平台上。