CN110220786A - 一种稳固型可控载荷法向加载装置 - Google Patents

Abstract

一种稳固型可控载荷法向加载装置，该装置包括基本框架结构，动力加载装置，齿轮传动装置，调整装置和辅助装置；基本框架结构的基座上开有可供试样穿过的通孔，在基座上横向设置的第一燕尾滑轨、第二燕尾滑轨位于通孔的两侧；双头螺柱顺序横穿加载端板、第一加载主基板、第二加载主基板、缓冲块隔板、缓冲块端板，并固定连接加载端板与缓冲块端板；动力加载装置的加载螺杆左端固定在轴承座内，右端与加载端板螺接；电机座上安装减速电机，减速电机的输出轴上安装第二圆柱直齿轮，第一圆柱直齿轮与第二圆柱直齿轮相啮合；可调微动垫基座固定在加载主基板上，微动垫夹孔位于微动垫基座上，微动垫通过垫片与紧定螺钉固定在微动垫夹孔内。

Description

一种稳固型可控载荷法向加载装置

技术领域

本发明涉及疲劳试验设备技术领域，涉及一种稳固型可控载荷法向加载装置。

背景技术

微动疲劳现象在各个领域都存在，且难以发觉，极大的降低了结构件的疲劳寿命，导致失效发生时间远低于预期寿命。微动是一个复杂的损失过程，它受到磨损、腐蚀和疲劳三者的交互作用。

引起微动疲劳裂纹的主要因素是微动摩擦，常产生于微动作用区域和受微动摩擦影响的微动作用区域周边；与普通机械疲劳不同的是，构件微动疲劳产生裂纹并没有出现在应力集中部位或者是零件危险截面位置，如果疏忽微动摩擦的影响，这会显著降低构件的实际使用寿命。

微动疲劳试验一定程度上反映了构件在实际工程应用中微动疲劳损伤现象，通过进行试验不仅有助于研究者深入探究在微动疲劳整个过程的运行机理，还为工程应用中的机械结构设计减少微动疲劳损伤提高构件使用寿命和强度起到了指导作用。

目前的试验方法的标准化程度较低，没有标准的微动疲劳试验机，加载装置一般由研究者自行设计，这给设计增加了难度。由于微动疲劳大多都是发生在紧密配合的构件中，所以可以利用微动垫与试样的接触模型来进行试验，探究微动疲劳。目前接触装置的接触方式一般为面面接触和线面接触，并且都是固定使用一种接触方式，这样会使试验的灵活性和全面性大大降低。不能很好的适应实际运用中的复杂情况。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种稳固型可控载荷法向加载装置。

使用本发明的试验装置可以稳定而又简单的实现对试样法向力的加载，可以灵活的改变微动垫与试样之间的接触方式，可以对法向加载载荷进行有效的控制，提高装置的整体的使用效率，试验结果更加全面、精确。

本发明实现其目的所采用的技术方案是：一种稳固型可控载荷法向加载装置，包括，基本框架结构，动力加载装置，齿轮传动装置，调整装置和辅助装置；

基本框架结构包括设置在实验台上的基座1，基座1上开有可供试样穿过的通孔，在基座1上横向设置的第一燕尾滑轨2、第二燕尾滑轨32位于通孔的两侧；第一燕尾滑轨2的右端对准第二燕尾滑轨32的左端，第一燕尾滑轨2的右端与第二燕尾滑轨32的左端之间设有试样，第一燕尾滑轨2与第二燕尾滑轨32在同一直线上，该直线位于试样的法向；第一燕尾滑轨2右端与燕尾槽滑轨上板3可滑动地连接，左端与第一滑块35可滑动地连接；第一加载主基板11与第一滑块35通过第一支撑肋板34固定连接；第二燕尾滑轨32与第二滑块17可滑动的连接；第二加载主基板31与第二滑块17通过第二支撑肋板16固定连接；双头螺柱6顺序横穿加载端板4、第一加载主基板11、第二加载主基板33、缓冲块隔板12、缓冲块端板13，并固定连接加载端板4与缓冲块端板13；第一加载主基板11、第二加载主基板33、缓冲块隔板12均可滑动的设置在双头螺柱6上；缓冲块14两端连接分别缓冲端板13与缓冲块隔板12；平面膜盒式传感器15两端分别连接缓冲块隔板12与加载主基板11；

加载螺杆5、双头螺柱6、第一燕尾槽滑轨2、第二燕尾滑轨32的轴心线互相平行，与该轴心线平行的方向为横向；

动力加载装置包括横向设置的加载螺杆5和设置在第一加载主基板11左端的轴承座18，加载螺杆5左端通过圆锥滚子轴承22固定在轴承座18内，右端与加载端板4螺接；

齿轮传动装置包括第一圆柱直齿轮8、驱动第二圆柱直齿轮9的减速电机7，减速电机7固定于电机座20左端；第二圆柱直齿轮9与减速电机的输出轴连接；第一圆柱直齿轮8通过加载螺杆5固定，位于电机座20和轴承座18之间，并与第二圆柱直齿轮9啮合；

调整装置包括第一可调微动垫基座10、设置在第一可调微动垫基座10一端的微动垫夹孔36、设置在微动垫夹孔36内的垫片30、内六角凹端紧定螺钉29，微动垫通过微动垫夹孔36内的垫片30以及紧定螺钉29固定在可调微动垫基座10上；第一可调微动垫基座10的另一端设置有燕尾凸台，燕尾凸台的走向与加载螺杆5的轴心线垂直，第一加载主基板11右端设有对应的燕尾槽，燕尾凸台与燕尾槽连接；可调微动垫基座10上开有调位槽，并通过第二螺钉28与加载主基板11固定；

第二可调微动垫基座31一端设置第二微动垫夹孔，第二垫片设置在第二微动垫夹孔内，第二微动垫通过第二微动垫夹孔内的第二垫片以及第二内六角凹端紧定螺钉固定在第二可调微动垫基座31上；第二可调微动垫基座31的另一端设置有第二燕尾凸台，第二燕尾凸台的走向与加载螺杆5的轴心线垂直，第二加载主基板33左端设有对应的第二燕尾槽，第二燕尾凸台与第二燕尾槽连接；第二可调微动垫基座31上开有第二调位槽，并通过螺钉与加载主基板11固定连接；

辅助装置包括固定在第一滑块35左端的电机座支座19，两个电机座支座19夹紧电机座20设置减速电机7的一侧，并通过开槽球面螺栓27固定连接；第一螺栓23锁定快速压板21，快速压板21压紧电机座另一侧；松开第一螺栓23，快速压板21可自由运动。

进一步，平面膜盒式压力传感器15、减速电机7均与计算机控制微动加载装置连接。

本发明装置的优点是:

(1)目前国内外的试验装置大多分为两种：一种是大载荷且载荷可控的液压加载但是其液压系统复杂且维护成本高；另一种是较小加载载荷且加载载荷大小在试验过程中不可调节的手动螺旋加载装置。本发明从集二者优点的角度出发，设计了一种加载装置结构简单维护方便，拆装也方便且能在试验过程中调节载荷大小的装置。

(2)由于加载后，力的维持是靠加载装置弹性变形，但在试验过程中，由于振动等因素会导致加载装置施加的法向载荷不稳定。本装置添加了一种非金属弹性元件来承受并维持载荷，达到试验过程中法向加载载荷稳定的目的。

(3)装置加载螺杆转动所需扭矩较大，设计了一个辅助装置，解决由于电机减速比较大导致的装置加载过程缓慢的问题。

(4)本装置实现了接触载荷实时可控、微动垫位移可控、接触载荷稳定等重要特性，并且加入了数据采集系统，可以实时显示和控制载荷，自动化程度高。

附图说明

图1a是本发明的整体结构示意图。

图1b是本发明另一个角度的整体结构示意图。

图2是本发明的正视图。

图3是本发明动力装置、齿轮传动装置和辅助装置装配体去除加载端板后的正视图。

图4是图3的左视图。

图5是本发明调整装置的结构示意图。

图6是本发明电机座的结构示意图。

图7是本发明快速压板的结构示意图。

图8是本发明垫片的结构示意图。

附图标记说明：1、基座；2、第一燕尾槽滑轨；3、燕尾槽滑轨上板；4、加载端板；5、加载螺杆；6、双头螺柱；7、减速电机；8、第一圆柱直齿轮；9、第二圆柱直齿轮；10、第一可调微动垫基座；11、第一加载主基板；12、缓冲块隔板；13、缓冲块端板；14、缓冲块；15、平面膜盒式压力传感器；16、第二支撑肋板；17、第二滑块；18、轴承座；19、电机座支座；20、电机座；21、快速压板；22、圆锥滚子轴承；23、第一螺栓；24、第二螺栓；25、第一螺钉；26、第三螺栓；27、开槽球面螺栓；28、第二螺钉；29、内六角凹端紧定螺钉；30、垫片；31、第二可调节微动垫基座；32、第二燕尾槽滑轨；33、第二加载主基板；34、第一支撑肋板；35、第一滑块；36、微动垫夹孔。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2可知，本发明的一种稳固型可控载荷法向加载装置，如图1-8所示，整个装置分为基本框架结构，动力加载装置，齿轮传动装置，调整装置和辅助装置；在基本框架结构中传感器结构与外部的数据采集系统相连，用于实时观察和控制施加载荷；

基本框架结构主要包括：设置在实验台上的基座1、加载端板4、缓冲块端板13、缓冲块隔板12、第一加载主基板11、第二加载主基板31、缓冲块14、第一燕尾槽滑轨2、第二燕尾滑轨32、第一滑块35、第二滑块17、第一支撑肋板34、第二支撑肋板16、第三螺栓26、平面膜盒式压力传感器15、燕尾槽滑轨上板3和四根双头螺柱6；基座1上开有可供试样穿过的通孔，在基座1上横向设置的第一燕尾滑轨2、第二燕尾滑轨32位于通孔的两侧；第一燕尾滑轨2的右端对准第二燕尾滑轨32的左端，第一燕尾滑轨2的右端与第二燕尾滑轨32的左端之间设有试样，第一燕尾滑轨2与第二燕尾滑轨32在同一直线上，该直线位于试样的法向；燕尾槽滑轨2通过螺栓连接固定于基座1上方；第一燕尾槽滑轨2左端和第一滑块35通过嵌套可滑动地连接；燕尾槽滑轨上板3通过嵌套与第一燕尾槽滑轨2可滑动地连接；第一加载主基板11与第一滑块35通过第一支撑肋板34固定连接；第二燕尾滑轨32第二滑块17可滑动的连接；第二加载主基板31与第二滑块17通过第二支撑肋板16固定连接四根双头螺柱6顺序横穿加载端板4、第一加载主基板11、第二加载主基板33、缓冲块隔板12、缓冲块端板13；双头螺柱6的右端通过螺母与加载端板4固定，左端通过螺母与缓冲块端板13固定；第一加载主基板11、第二加载主基板33、缓冲块隔板12均可滑动的设置在双头螺柱6上；缓冲块14两端连接分别缓冲端板13与缓冲块隔板12；平面膜盒式传感器15两端分别连接缓冲块隔板12与加载主基板11；

加载螺杆5、双头螺柱6、第一燕尾槽滑轨2、第二燕尾滑轨32的轴心线互相平行，与该轴心线平行的方向为横向；

动力加载装置主要包括：横向设置的加载螺杆5、圆锥滚子轴承22、第二螺栓24和轴承座18。轴承座18通过第二螺栓24与第一加载主基板11固定；圆锥滚子轴承22内嵌于轴承座18内；加载螺杆5左端通过圆锥滚子轴承22固定在轴承座18内，右端与加载端板4螺接；

齿轮传动装置主要包括：第一圆柱直齿轮8、第二圆柱直齿轮9、驱动第二圆柱直齿轮9的减速电机7。减速电机7通过螺钉固定于电机座20左端；第二圆柱直齿轮9与减速电机的输出轴连接；第一圆柱直齿轮8通过花键与加载螺杆5固定连接，位于电机座20和轴承座18之间，并与第二圆柱直齿轮9啮合；

调整装置主要包括：第一可调微动垫基座10、设置在第一可调微动垫基座10一端的微动垫夹孔36、设置在微动垫夹孔36内的垫片30、内六角凹端紧定螺钉29、第二螺钉28和垫片30。微动垫通过微动垫夹孔36内的垫片30以及紧定螺钉29固定在可调微动垫基座10上；第一可调微动垫基座10的另一端设置有燕尾凸台，燕尾凸台的走向与加载螺杆5的轴心线垂直，第一加载主基板11右端设有对应的燕尾槽，燕尾凸台与燕尾槽连接；可调微动垫基座10上开有调位槽，并通过第二螺钉28与加载主基板11固定；

第二可调微动垫基座31一端设置第二微动垫夹孔，第二垫片设置在第二微动垫夹孔内，第二微动垫通过第二微动垫夹孔内的第二垫片以及第二内六角凹端紧定螺钉固定在第二可调微动垫基座31上；第二可调微动垫基座31的另一端设置有第二燕尾凸台，第二燕尾凸台的走向与加载螺杆5的轴心线垂直，第二加载主基板33左端设有对应的第二燕尾槽，第二燕尾凸台与第二燕尾槽连接；第二可调微动垫基座31上开有第二调位槽，并通过螺钉与加载主基板11固定连接；

辅助装置主要包括：电机座20、电机座支座19、第一螺栓23、开槽球面螺栓27、第一螺钉25和快速压板21。所述的电机座支座19通过第一螺钉25固定在第一滑块35左端；两个电机座支座19夹紧电机座20设置减速电机7的一侧，并通过开槽球面螺栓27固定连接；第一螺栓23锁定快速压板21，快速压板21压紧电机座另一侧；松开第一螺栓23，快速压板21可自由运动。

平面膜盒式压力传感器15、减速电机7均与计算机控制微动加载装置连接。

以下简要说明本实例一种稳固型可控载荷法向加载装置的工作过程及原理：

在工作时，将试件安装在疲劳试验机后，先进行微动垫调整。将微动垫安装进第一可调微动垫基座10，通过增减垫片30调整微动垫的纵向的位置并由内六角凹端紧定螺钉29固定，通过调整可调微动垫基座10在加载主基板11的燕尾槽内位置调整微动垫在竖直方向上的位置并由螺栓锁紧固定完成微动垫调整。同样的，将另一微动垫安装进第二可调微动垫基座31上，并调整微动垫的位置，使得两个微动垫位于同一直线，该直线位于试件的法向。随后调整第一微动垫基座10、第二微动垫基座31的位置，使两者高度一致，并由螺栓锁紧固定完成微动垫调整。加载螺杆5、双头螺柱6、第一燕尾槽滑轨2、第二燕尾滑轨32的轴心线互相平行，与该轴心线平行的方向为横向；沿基座1平面与该轴心线垂直的方向为纵向。完成调整后，转动加载螺杆5，加载端板4远离第一加载主基板11，第一加载主基板11与第二加载主基板33沿着第一燕尾槽滑轨2与第二燕尾槽滑轨32相互靠近，直到两个微动垫靠近试样。转动传动装置的电机座20，直到第一圆柱直齿轮8和第二圆柱直齿轮9啮合，将电机座支座19固定电机座20设置减速电机7一侧的开槽球面螺栓27锁定，并用快速压板21固定电机座20另一侧，防止电机座20在加载过程中转动导致两齿轮的传动断开。两齿轮完成啮合后，完成机构检查和控制与数据采集系统检查后进行预加载，在控制器作用下，减速电机7转动，加载端板4远离第一加载主基板11，第一加载主基板11与第二加载主基板33沿着第一燕尾槽滑轨2与第二燕尾槽滑轨32相向运动挤压试件，提供实验所需法向加载，在力的作用下，缓冲块14压缩。与此同时，在第二加载主基板33和缓冲隔板12之间的平面膜盒式压力传感器15受力形变测量加载时的法向载荷大小。当法向载荷大小满足实验条件时，减速电机7停转锁止，完成接触载荷加载装置的法向载荷预加载。然后进行加载试验，在试验过程中，通过控制与数据采集系统得到的法向载荷大小反馈控制电机进行动态调整，保证法向载荷在试验过程中偏差在一个较小范围内。

Claims (2)

1.一种稳固型可控载荷法向加载装置，其特征在于：包括，基本框架结构、动力加载装置、齿轮传动装置、调整装置和辅助装置；

基本框架结构包括设置在实验台上的基座(1)，基座(1)上开有可供试样穿过的通孔，在基座(1)上横向设置的第一燕尾滑轨(2)、第二燕尾滑轨(32)位于通孔的两侧；第一燕尾滑轨(2)的右端对准第二燕尾滑轨(32)的左端，第一燕尾滑轨(2)的右端与第二燕尾滑轨(32)的左端之间设有试样，第一燕尾滑轨(2)与第二燕尾滑轨(32)在同一直线上，该直线位于试样的法向；第一燕尾滑轨(2)右端与燕尾槽滑轨上板(3)可滑动地连接，左端与第一滑块(35)可滑动地连接；第一加载主基板(11)与第一滑块(35)通过第一支撑肋板(34)固定连接；第二燕尾滑轨(32)与第二滑块(17)可滑动的连接；第二加载主基板(31)与第二滑块(17)通过第二支撑肋板(16)固定连接；双头螺柱(6)顺序横穿加载端板(4)、第一加载主基板(11)、第二加载主基板(33)、缓冲块隔板(12)、缓冲块端板(13)，并固定连接加载端板(4)与缓冲块端板(13)；第一加载主基板(11)、第二加载主基板(33)、缓冲块隔板(12)均可滑动的设置在双头螺柱(6)上；缓冲块(14)两端连接分别缓冲端板(13)与缓冲块隔板(12)；平面膜盒式传感器(15)两端分别连接缓冲块隔板(12)与加载主基板(11)；

加载螺杆(5)、双头螺柱(6)、第一燕尾槽滑轨(2)、第二燕尾滑轨(32)的轴心线互相平行，与该轴心线平行的方向为横向；

动力加载装置包括横向设置的加载螺杆(5)和设置在第一加载主基板(11)左端的轴承座(18)，加载螺杆(5)左端通过圆锥滚子轴承(22)固定在轴承座(18)内，右端与加载端板(4)螺接；

齿轮传动装置包括第一圆柱直齿轮(8)、驱动第二圆柱直齿轮(9)的减速电机(7)，减速电机(7)固定于电机座(20)左端；第二圆柱直齿轮(9)与减速电机的输出轴连接；第一圆柱直齿轮(8)通过加载螺杆(5)固定，位于电机座(20)和轴承座(18)之间，并与第二圆柱直齿轮(9)啮合；

调整装置包括第一可调微动垫基座(10)、设置在第一可调微动垫基座(10)一端的微动垫夹孔(36)、设置在微动垫夹孔(36)内的垫片(30)、内六角凹端紧定螺钉(29)，微动垫通过微动垫夹孔(36)内的垫片(30)以及紧定螺钉(29)固定在可调微动垫基座(10)上；第一可调微动垫基座(10)的另一端设置有燕尾凸台，燕尾凸台的走向与加载螺杆(5)的轴心线垂直，第一加载主基板(11)右端设有对应的燕尾槽，燕尾凸台与燕尾槽连接；可调微动垫基座(10)上开有调位槽，并通过第二螺钉(28)与加载主基板(11)固定；

第二可调微动垫基座(31)一端设置第二微动垫夹孔，第二垫片设置在第二微动垫夹孔内，第二微动垫通过第二微动垫夹孔内的第二垫片以及第二内六角凹端紧定螺钉固定在第二可调微动垫基座(31)上；第二可调微动垫基座(31)的另一端设置有第二燕尾凸台，第二燕尾凸台的走向与加载螺杆(5)的轴心线垂直，第二加载主基板(33)左端设有对应的第二燕尾槽，第二燕尾凸台与第二燕尾槽连接；第二可调微动垫基座(31)上开有第二调位槽，并通过螺钉与加载主基板(11)固定连接；

辅助装置包括固定在第一滑块(35)左端的电机座支座(19)，两个电机座支座(19)夹紧电机座(20)设置减速电机(7)的一侧，并通过开槽球面螺栓(27)固定连接；第一螺栓(23)锁定快速压板(21)，快速压板(21)压紧电机座另一侧；松开第一螺栓(23)，快速压板(21)可自由运动。

2.如权利要求1所述的一种稳固型可控载荷法向加载装置，其特征在于，所述平面膜盒式压力传感器(15)、减速电机(7)均与计算机控制微动加载装置连接。