CN110082084A - 一种过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过盈配合面平‑扭复合微动损伤测试结构，主要用于实现轴、轴套类零件在不同装配应力下的过盈配合，定量分析具有不同装配应力的轴套过盈配合面微动摩擦磨损及表面形貌。传统的轴与轴套的过盈配合工序繁琐，为了获得不同的装配应力和分析微动磨损表面必须改变轴或轴套的尺寸，本专利将轴套设计成可拆分式，分外方内圆的上半轴套和下半轴套，通过螺栓连接将轴与轴套装配在一起并在上下半轴套之间留有间隙方便通过调节螺栓的预紧力来调整轴与轴套之间的过盈量并设计了一根转动杆，转动杆的一端与圆柱轴通过螺纹连接，另一侧设计了一个方形轴肩便于螺纹连接而且可以保证弹簧定位，过盈配合的圆柱轴所需载荷则通过转动杆来施加。

Description

一种过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构
技术领域
本发明涉及机械损伤测试领域，尤其涉及到一种过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构。
背景技术
目前，圆柱面接触微动损伤在工业生产中普遍存在。接触面间一般同时存在轴向微动滑移和切向微动滑移，即同时存在轴向平动微动和切向转动微动，其损伤机理比平面-球面接触平动微动损伤机理复杂的多，其损伤的检测也比球面-平面接触平动微动要困难的多。比如火车轮对的车轴与车轮内孔过盈配合面的微动损伤、组合式支承辊的辊套内孔和辊芯表面的微动损伤，应用过程中过盈配合面除了承受装配应力，还同时承受弯矩和扭矩载荷，因此其微动损伤机理非常复杂，而且由于过盈配合面在整体结构内部，将整体结构切割开后才能检测到微动损伤数据，因此检测过程也比较复杂。
发明内容
针对上述技术问题，为了便于研究除了承受装配应力还同时承受弯矩和扭矩载荷的微动损伤机理非常复杂的过盈配合面，设计了一种用于过盈配合面平-扭复合微动损伤测试的结构，将轴套设计成可拆分式，分为外方内圆的上半轴套和下半轴套，通过螺栓连接将轴与轴套装配在一起并在上下半轴套之间留有间隙方便通过调节螺栓的预紧力来调整轴与轴套之间的过盈量。为了给过盈配合的轴施加载荷设计了一根转动杆，转动杆的一端与圆柱轴通过螺纹连接，另一侧设计了一个方形轴肩，便于螺纹连接而且可以保证弹簧定位，过盈配合的圆柱轴所需载荷通过转动杆来施加,最后进行简单拆卸就可以分析过盈配合面的磨损状态和微观形貌。本发明可以定量分析过盈配合面的微动损伤机理，定量分析实验完成后只需进行简单拆卸就可以分析磨损状态和微观形貌，大大提高了实验的效率和准确性。
本发明根据以下技术方案实现上述目的：
一种过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构，包括轴套、螺栓、螺母、弹簧垫圈、转动杆、加载罩、异型弹簧托架、螺旋压缩弹簧、圆柱轴，其特征在于：弹簧垫圈位于螺母的下方，通过螺栓连接将轴套与圆柱轴连接在一起，通过螺栓预紧力和间隙大小对过盈配合面装配应力进行调整；垂向载荷作用于加载罩上，加载罩通过异型弹簧托架将垂向载荷传递到螺旋压缩弹簧上，螺旋压缩弹簧将载荷传递到转动杆上，通过调整螺旋压缩弹簧压缩量改变垂向载荷大小；双向位移加载于转动杆方形轴肩外侧保证转动微动角度，实验完成后进行简单拆卸分析磨损状态和微观形貌，实现圆柱过盈面在装配应力、弯曲应力、扭转应力综合作用下的轴向微动和切向扭转微动测试。
上述技术方案中，所述轴套采用外方内圆结构，分成上轴套和下轴套，采用螺栓连接将圆柱轴箍在轴套中并保证上轴套和下轴套之间有间隙，便于固定且实现过盈配合面接触应力可调和损伤表面检测。
上述技术方案中，所述转动杆一端与圆柱轴采用螺纹连接，且另一端采用方形轴肩设计，便于螺纹连接且保证弹簧定位。
上述技术方案中，所述异型弹簧托架与加载罩接触部位采用曲面接触设计且弹簧托架内孔与转动杆头有间隙，允许加载罩、异型弹簧托架与转动杆之间存在轴向位移和转动位移，实现自定位。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明实现轴、轴套类零件在不同装配应力下的过盈配合，定量分析具有不同装配应力的轴套过盈配合面微动摩擦磨损及表面形貌，如火车轮对的车轴与车轮内孔过盈配合面的微动损伤、组合式支承辊的辊套内孔和辊芯表面的微动损伤测试，只需通过调整螺栓预紧力和间隙大小即可对过盈配合面装配应力进行调整，在定量分析实验完成后只需进行简单拆卸就可以分析磨损状态和微观形貌，大大提高了实验的效率和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1(a)是本发明的过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构装配图；
图1(b)是本发明的过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构爆炸图；
图2是异型弹簧托架三维剖视图；
其中，附图标记：1-下轴套，2-上轴套，3-螺栓，4-螺母，5-垫圈，6-转动杆，7-加载罩，8-异型弹簧托架，9-螺旋压缩弹簧，10-圆柱轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1(a)所示，本发明的过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构，包括下轴套1、上轴套2、螺栓3、螺母4、垫圈5、转动杆6、加载罩7、异型弹簧托架8、螺旋压缩弹簧9、圆柱轴10，其中，异型弹簧托架8置于加载罩7与螺旋压缩弹簧9之间传递垂向载荷于转动杆6上，圆柱轴10加工了螺纹孔。
其中，通过螺栓3预紧力和间隙大小对过盈配合面装配应力进行调整；垂向载荷作用于加载罩7上，加载罩7通过异型弹簧托架8将垂向载荷传递到螺旋压缩弹簧9上，螺旋压缩弹簧9将载荷传递到转动杆6上，通过调整螺旋压缩弹簧9压缩量改变垂向载荷大小；双向位移加载于转动杆6方形轴肩外侧保证转动微动角度，实验完成后进行简单拆卸分析磨损状态和微观形貌，实现圆柱过盈面在装配应力、弯曲应力、扭转应力综合作用下的轴向微动和切向扭转微动测试。
图1(b)是本发明结构的爆炸图，通过螺栓连接将下轴套1和上轴套2与圆柱轴10连接在一起，轴套采用外方内圆结构，采用螺栓3连接将圆柱轴10箍在其中并保证轴套间有间隙，便于固定且实现过盈配合面接触应力调和损伤表面检测。将转动杆6拧入圆柱轴螺纹孔内，底部轴套固定于摩擦磨损试验机上，垂向载荷作用于加载罩7上，加载罩7通过异型弹簧托架8将垂向载荷传递到螺旋压缩弹簧9上，螺旋压缩弹簧9再将载荷传递到转动杆6上，螺旋压缩弹簧9的作用一方面可以通过调整压缩量改变垂向载荷大小，另一方面可以允许加载罩7、异型弹簧托架8与转动杆6之间有转动位移和轴向位移存在，实现自定位，异型弹簧托架的三维剖视图如图2所示。下轴套1、上轴套2固定于摩擦磨损试验机上保持不动，双向位移加载于转动杆方形轴肩外侧保证转动微动角度。实现圆柱过盈面在装配应力、弯曲应力、扭转应力综合作用下的轴向微动和切向扭转微动测试，可用于复杂载荷下高铁轮对过盈面及组合式轧辊过盈配合面复合微动测试。
将转动杆6一端与圆柱轴10采用螺纹连接，且另一侧采用方形轴肩设计，便于螺纹连接且可以保证弹簧定位。异型弹簧托架8与加载罩7接触部位采用曲面接触设计且弹簧托架内孔与转动杆头有间隙，允许加载罩7、异型弹簧托架8与转动杆6之间存在轴向位移和转动位移，实现自定位。
图2是异型弹簧托架的三维剖视图，异型弹簧托架8与加载罩7接触部位均采用曲面接触设计且弹簧托架内孔与转动杆头有一定间隙，允许加载罩7、异型弹簧托架8与转动杆6之间存在一定的轴向位移和转动位移，可实现自定位。加载罩7通过异型弹簧托架8将垂向载荷传递到螺旋压缩弹簧9上，弹簧再将载荷传递到转动杆6上，弹簧的作用一方面可以通过调整压缩量改变垂向载荷大小，另一方面可以允许加载罩、弹簧托架与转动杆之间有一定的转动位移和轴向位移存在，实现自定位。下轴套1和上轴套2固定于摩擦磨损试验机上保持不动，双向位移加载于转动杆方形轴肩外侧保证转动微动角度。实现圆柱过盈面在装配应力、弯曲应力、扭转应力综合作用下的轴向微动和切向扭转微动测试，可用于复杂载荷下高铁轮对过盈面及组合式轧辊过盈配合面复合微动测试。
轴与轴套的配合是过盈配合，传统的装配方法是利用热胀冷缩的原理将轴插入轴套中装配工序较为繁琐，常温装配方法有锤击法和压入法，容易使轴套变形损坏，在装入时需涂润滑油减轻阻力，为了便于安装通常在零件端部倒斜角或使用附具，安装过程繁琐复杂还具有一定的危险性，而且为了获得不同的装配应力必须改变轴或轴套的尺寸来实现，在定量分析具有不同装配应力的轴套过盈配合面微动摩擦磨损及表面形貌时，不但需要加工不同配合尺寸的零件，而且在实验完成后还需要将轴套切割开才能测量过盈配合面磨损状态和微观形貌，切割过程不但费时费力，而且会不可避免对过盈配合面状态产生影响从而影响实验结果的准确性，本发明将轴套设计成了可拆分式，分为外方内圆的上半轴套和下半轴套，通过螺栓连接将轴与轴套装配在一起并在上下半轴套之间留有间隙方便通过调节螺栓的预紧力来调整轴与轴套之间的过盈量。本专利是用于微动损伤测试的结构所以需要给过盈配合的轴施加载荷，因此设计了一根转动杆，转动杆的一端与圆柱轴通过螺纹连接，另一侧设计了一个方形轴肩，便于螺纹连接而且可以保证弹簧定位。过盈配合的圆柱轴所需载荷则通过转动杆来施加。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构，包括轴套、螺栓、螺母、弹簧垫圈、转动杆、加载罩、异型弹簧托架、螺旋压缩弹簧、圆柱轴，其特征在于：弹簧垫圈位于螺母的下方，通过螺栓连接将轴套与圆柱轴连接在一起，通过螺栓预紧力和间隙大小对过盈配合面装配应力进行调整；垂向载荷作用于加载罩上，加载罩通过异型弹簧托架将垂向载荷传递到螺旋压缩弹簧上，螺旋压缩弹簧将载荷传递到转动杆上，通过调整螺旋压缩弹簧压缩量改变垂向载荷大小；双向位移加载于转动杆方形轴肩外侧保证转动微动角度，实验完成后进行简单拆卸分析磨损状态和微观形貌，实现圆柱过盈面在装配应力、弯曲应力、扭转应力综合作用下的轴向微动和切向扭转微动测试。
2.根据权利要求1所述的一种新型过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构，其特征在于：所述轴套采用外方内圆结构，分成上轴套和下轴套，采用螺栓连接将圆柱轴箍在轴套中并保证上轴套和下轴套之间有间隙，便于固定且实现过盈配合面接触应力可调和损伤表面检测。
3.根据权利要求1所述的一种新型过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构，其特征在于：所述转动杆一端与圆柱轴采用螺纹连接，且另一端采用方形轴肩设计，便于螺纹连接且保证弹簧定位。
4.根据权利要求1所述的一种新型过盈配合面平-扭复合微动损伤测试结构，其特征在于：所述异型弹簧托架与加载罩接触部位采用曲面接触设计且弹簧托架内孔与转动杆头有间隙，允许加载罩、异型弹簧托架与转动杆之间存在轴向位移和转动位移，实现自定位。
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