CN109060510A - 一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构 - Google Patents

一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，包括散热盘、立柱、螺母、垫片，散热盘为上下对称的2个，散热盘中轴线处有斜削凸台，斜削凸台中心有内螺纹通孔，斜削凸台外侧周向均布若干通孔，散热盘侧面有散热槽；所述立柱两端有外螺纹，在靠近两端所述外螺纹处各有轴肩；所述上下对称的2个散热盘(11)通过若干所述立柱、所述螺母、所述垫片在所述通孔处连接。本发明替换疲劳试验机立柱的部分段，取消现有热防护系统中的水冷却系统，同时具备传载功能和热防护功能，从而避免现有热防护系统中水冷却系统带来的风险，提高整体可靠性，降低试验成本。本发明应用范围包括但不局限于疲劳试验机，还包括其它需要结构同时具备传载功能和热防护功能的情况。

Description

一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构。
背景技术
复合材料由于具有比强度高、比刚度大、寿命长、耐腐蚀等诸多优点，在现代航空工业中的应用已从过去的次要零部件转变为受力环境复杂的主要零部件，不少部件工作环境在逐步向高温、低温、腐蚀性、湿热方向变化，因此对复合材料结构在温度环境下的力学性能研究具有很明确的工程意义。高效低成本的温度环境试验方法是降低研究成本、缩短工程周期的关键。
复合材料温度环境力学试验要求对试验件施加与真实环境相同的温度场，但施加在试验件上的温度环境会通过试验机立柱结构对试验机元件造成破坏并影响试验结果，因此必须用热防护系统保护试验机。在各种复合材料各种温度环境力学性能试验中，温度环境疲劳性能试验耗时较长，对热防护系统的可靠性、有效性、成本以及寿命等有更明确的要求。综上所述，设计一种高效可靠低成本长寿命的疲劳试验机热防护结构对复合材料温度环境性能研究有重要意义。
目前疲劳试验机上广泛采用外置水冷却系统对试验机立柱结构进行冷却的方式保护试验机，试验机立柱结构与水冷却系统分别实现传载功能和热防护功能。水冷却系统具有以下缺点：系统复杂，使用维护成本相对较高；可靠性差，存在冷却液泄漏风险，造成试验机不可逆损伤；需要定期处理水垢，影响试验进度。如果采用空气冷却系统，就能避免水冷却系统的缺陷。进一步，如果将空气冷却系统与试验机立柱相结合，实现单独结构同时具备传载功能和热防护功能，则整个结构将极大简化，成本大大降低，可靠性显著提高。上述同时具备传载功能和热防护功能的结构在其他工程领域也存在广泛需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构。该结构替换疲劳试验机立柱的部分段，取消现有热防护系统中的水冷却系统。既保证与现有技术中试验机立柱结构相同的静强度、静刚度，具备相同的传载能力；也能通过与空气大面积接触进行对流换热，避免施加在试验件上的温度环境影响试验机，具备足够的热防护能力。从而避免现有热防护系统中水冷却系统带来的风险，提高系统可靠性，降低试验成本。本发明应用范围包括但不局限于疲劳试验机，还包括其它需要结构同时具备传载功能和热防护功能的情况。
本发明提供一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，包括：
散热盘，中轴线处有斜削凸台，所述斜削凸台中心有内螺纹通孔；所述斜削凸台外侧周向均布多个通孔，所述散热盘侧面有散热槽；所述散热盘在热防护结构中有上下对称的2个；所述散热盘形状不局限于回转体，可以根据实际需要改变形状；
立柱，两端有外螺纹，在靠近两端所述外螺纹处各有轴肩；所述立柱安装在两个所述散热盘之间，采用螺母、垫片和轴肩与所述散热盘在所述通孔处连接；所述立柱有多根，实施例中有8根，此处不限制所述立柱数量。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的空气冷却热防护结构，具有足够的传载能力。所述散热盘通过所述内螺纹通孔与试验机立柱之间采取螺纹连接，来自试验机立柱的载荷通过螺纹连接从传递到所述散热盘，所述斜削凸台能有效降低所述散热盘的应力集中，并提高所述散热盘刚度，减小所述散热盘受载时的变形。所述散热盘与所述立柱之间采用螺纹连接，来自所述散热盘的载荷通过螺纹连接传递到所述立柱，并传递到结构中另一个所述散热盘，最终传递到试验机上。所述散热盘厚度越大、所述立柱的直径越大，结构承载能力越强，实现了针对不同规格试验机的灵活设计。
(2)本发明的空气冷却热防护结构，具有足够的热防护能力。所述散热盘与所述立柱与空气的接触面积较大，与空气有充分接触，仅通过自然对流的方式即有较高的散热效率，保证试验机能在耗时较长的温度环境疲劳试验中处于正温度范围。所述散热盘直径越大、所述立柱高度越大，结构热防护能力越强，实现了针对不同温度环境的灵活设计。
综上，本发明的空气冷却热防护结构能够同时保证结构的承载能力和热防护能力，克服了现有技术使用水冷却系统的弊端，结构简单，加工、使用以及维护成本低，可靠性好，不存在损伤试验机的风险。
附图说明
图1是本发明实施例的热防护结构在疲劳试验机上的安装示意图；
图2是本发明实施例的热防护结构的结构示意图；
图3是本发明实施例的热防护结构零件散热盘；
图4是本发明实施例的热防护结构零件立柱。
图中：1-热防护结构；2-环境箱；3-试验机台面；4-试验机横梁；5-工作段；
11-散热盘；12-立柱；13-螺母；14-垫片；
111-斜削凸台；112-内螺纹通孔；113-通孔；114-散热槽；
121-外螺纹；122-轴肩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
本实施例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实例。
一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，其在试验机上的安装位置如图1所示，包含热防护结构1、环境箱2、试验机台面3、试验机横梁4的相对位置和安装示意图。所述热防护结构1的功能要求：1)足够的承载能力，将试验机的载荷通过热防护结构1传递至工作段5；2)足够的热防护能力，将环境箱2和工作段5通过热防护结构1传递给试验机的热量控制在可接受的范围内。
一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，其结构如图2所示，包括2个镜像排列的散热盘11，8个立柱12，16个螺母13和16个垫片14。所述散热盘11，如图3所示，中轴线处有斜削凸台111，所述斜削凸台111中心有内螺纹通孔112；所述斜削凸台111外侧周向均布8个通孔113，所述散热盘11侧面有散热槽114；所述散热盘11在热防护结构中有上下对称的2个；所述散热盘11外形建议采用但不局限于轴对称外形，可以根据实际需要改变形状。所述立柱12，如图4所示，两端有外螺纹121，在靠近两端所述外螺纹121处各有轴肩122；所述立柱12安装在两个所述散热盘11之间，采用螺母13、垫片14和轴肩122与所述散热盘在所述通孔113处连接。本实施例所述散热盘11高度60mm，直径310mm；所述立柱12高度150mm，所述轴肩122处直径48mm。
所述热防护结构1，具有足够的传载能力。所述散热盘11通过所述内螺纹通孔112与试验机立柱之间采取螺纹连接，来自试验机立柱的载荷通过螺纹连接从传递到所述散热盘11，所述斜削凸台111能有效降低所述散热盘11的应力集中，并提高所述散热盘11刚度，减小所述散热盘11受载时的变形。所述散热盘11与所述立柱12之间采用螺纹连接，来自所述散热盘11的载荷通过螺纹连接传递到所述立柱12，并传递到结构中另一个所述散热盘11，最终传递到试验机上。所述散热盘11厚度越大、所述立柱12的直径越大，结构承载能力越强，可针对不同规格试验机的灵活设计。所述热防护结构1，具有足够的热防护能力。所述散热盘11与所述立柱12与空气的接触面积较大，与空气有充分接触，仅通过自然对流的方式即有较高的散热效率。所述散热盘11直径越大、所述立柱12高度越大，结构热防护能力越强，可针对不同温度环境的灵活设计。本实施例可以保证在-120-350℃的温度环境下，最大载荷小于200kN的疲劳试验过程中，试验机与热防护结构1连接处温度稳定地处于20-50℃，且热防护结构1达到无限寿命设计要求。综上，所述热防护结构1能够同时保证结构的承载能力和热防护能力，克服了现有技术使用水冷却系统的弊端，结构简单，加工、使用以及维护成本低，可靠性好，不存在损伤试验机的风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，包括：散热盘(11)、立柱(12)、螺母(13)、垫片(14)，其特征在于：所述散热盘(11)为上下对称的2个，所述散热盘(11)中轴线处有斜削凸台(111)，所述斜削凸台(111)中心有内螺纹通孔(112)，所述斜削凸台(111)外侧周向均布若干通孔(113)，所述散热盘(11)侧面有散热槽(114)；所述立柱(12)，两端有外螺纹(121)，在靠近两端所述外螺纹(121)处各有轴肩(122)；所述上下对称的2个散热盘(11)通过若干所述立柱(12)、所述螺母(13)、所述垫片(14)在所述通孔(113)处连接。
2.根据权利要求1所述的一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，其特征在于：所述热防护结构外形建议采用但不局限于轴对称外形。
3.根据权利要求1所述的一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，其特征在于：所述立柱的直径和数量可根据载荷大小灵活设计。
4.根据权利要求1所述的一种可用于疲劳试验机的空气冷却热防护结构，其特征在于：所述散热盘尺寸可根据使用温度环境灵活设计。
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