CN110243687B - 一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种环境温度可控的弹性轴承压‑扭组合实验系统，本发明用于弹性轴承的压缩试验、扭转试验以及压扭组合试验。其结构包括试验机系统（50），上夹持工装系统（10），扭转工装（20），下夹持工装系统（40），扭力系统（80），温度箱（70），控制系统（60）；试验机系统（50）上包括上夹头（54）、下夹头（55）、机体（53），上夹持工装系统（10）固定在上夹头（54）下方，上夹持工装系统（10）的下端与扭转工装（20）连接，下夹持工装系统（40）固定在下夹头（55）上方，扭力系统（80）安装于试验机系统（50）的机体（53）上，控制系统（60）包括数据采集系统（61）和操作系统（62）。

Description

一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统
技术领域
本发明涉及一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，属于弹性轴承机械性能综合测试技术领域。
背景技术
弹性轴承是一种金属片与橡胶夹层的结构件，由金属大接头、金属小接头和金属碗片与橡胶复合而成的弹性体叠层组成；金属碗片与橡胶通过粘结形成弹性体，金属大接头、金属小接头与弹性体叠层通过粘结形成一个整体。
弹性轴承是旋翼系统的重要组成部件，其在工作过程中需承受来自桨叶的离心力、挥舞和摆振等各种作用力，受力情况复杂，故在装机或大批量投产之前，需设计特定的刚度试验装置，测试弹性轴承的各项性能指标，以检验弹性轴承的生产加工工艺，从而保证产品的质量。
现有弹性轴承测量装置存在以下问题：1、压缩刚度和扭转刚度测量装置是单独的，每次测量均需更换测试工装，费事费力；2、现有的扭转刚度测量装置只能将两个弹性轴承成对安装测试，无法准确测得单个弹性轴承的扭转刚度；3、现在主流的弹性轴承测量装置体积庞大不方便操作。
发明内容
本发明提出的是一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其目的旨在解决弹性轴承的压缩刚度和扭转刚度不能使用同一测量装置进行测量的问题。
本发明的技术解决方案：一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其结构包括试验机系统50，上夹持工装系统10，扭转工装20，下夹持工装系统40，扭力系统80，温度箱70，控制系统60；其中，试验机系统50上包括上夹头54、下夹头55、机体53，上夹持工装系统10固定夹持在上夹头54的下方，上夹持工装系统10的下端与扭转工装20连接，下夹持工装系统40固定夹持在下夹头55的上方，所述扭力系统80安装于试验机系统50的机体53上，上夹头54和下夹头55之间放置温度箱70，扭转工装20与下夹持工装系统40之间用于放置弹性轴承30，下上夹持工装系统10、扭转工装20、弹性轴承30、下夹持工装系统40放置在温度箱70内，上夹持工装系统10的上端穿过温度箱70的顶部与上夹头54连接，下夹持工装系统40的下端穿过温度箱70的底部与下夹头55连接；所述控制系统60包括数据采集系统61和操作系统62。
本发明的有益效果：
1）本发明能够进行弹性轴承压缩试验、扭转试验以及压扭组合试验的压缩刚度测试和扭转刚度测试；
2）本发明能够将温度控制、压缩载荷、扭转载荷、压缩位移测试系统和扭转角度测试系统集成一体，体积小拆卸灵活，大大提高了测试效率和测试精度。
附图说明
附图1为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统使用状态时的立体图。
附图2为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中上夹持工装系统部分的剖视图。
附图3为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中扭转工装部分的立体图。
附图4为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中下夹持工装系统部分的立体图。
附图5为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中试验机系统部分的立体图。
附图6为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中控制系统部分的立体图。
附图7为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中温度箱部分的立体图。
附图8为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中扭力系统部分的立体图。
附图9为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中主要工作机构部分的正视图。
附图10为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中主要工作机构部分的侧视图。
附图11为本发明环境温度可控的压-扭组合实验系统中主要工作机构部分的立体图。
附图中：10是上夹持工装系统，11是上夹持工装，12是推力滚子轴承，13是圆筒，14是压块，15是上端盖，16是大螺母，17是下端盖，20是扭转工装，21是内六角螺钉，30是弹性轴承，40是下夹持工装系统，41是垂直联动杆，42是位移传感器，43是水平联动杆，44是固定支座，45是M18螺栓，46是角度传感器，47是下夹持工装，50是试验机系统，51是横梁，52是立柱，53是机体，54是上夹头，55是下夹头，60是控制系统，61是数据采集系统，62是操作系统，70是温度箱，71是箱体，72是箱盖，80是扭力系统，81是钢丝绳，82是左立柱，83是力传感器，84是直流调速电机，85是上横板，86是滑轮，87是右立柱，88是链条，89是下横板。
具体实施方式
一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其结构包括试验机系统50，上夹持工装系统10，扭转工装20，下夹持工装系统40，扭力系统80，温度箱70，控制系统60；其中，试验机系统50上包括有上夹头54、下夹头55、机体53，上夹持工装系统10固定夹持在上夹头54的下方，上夹持工装系统10的下端与扭转工装20连接，下夹持工装系统40固定夹持在下夹头55的上方，所述扭力系统80安装于试验机系统50的机体53上，上夹头54和下夹头55之间放置温度箱70，扭转工装20与下夹持工装系统40之间用于放置弹性轴承30，下上夹持工装系统10、扭转工装20、弹性轴承30、下夹持工装系统40放置在温度箱70内，上夹持工装系统10的上端穿过温度箱70的顶部与上夹头54连接，下夹持工装系统40的下端穿过温度箱70的底部与下夹头55连接；所述控制系统60包括数据采集系统61和操作系统62。
所述扭力系统80优选通过螺栓安装于试验机系统50的机体53上。
所述上夹持工装系统10、扭转工装20、下夹持工装系统40固定在试验机系统50的上夹头54和下夹头55之间；所述上夹持工装系统10、扭转工装20、下夹持工装系统40从上到下依次分布在上夹头54和下夹头55之间的垂直中心轴线上。
所述上夹持工装系统10包括上夹持工装11，推力滚子轴承12，圆筒13，压块14，上端盖15，大螺母16，下端盖17；其中，推力滚子轴承12安装在上夹持工装11上，圆筒13套在的推力滚子轴承12外围，压块14插在压推力滚子轴承12的内圈与上夹持工装11之间，压块14通过大螺母16固定在上夹持工装11的下端，圆筒13的上端面有上端盖15，圆筒13的下端面有下端盖17，下端盖17的下表面有方槽；使用时，圆筒13用于固定推力滚子轴承12的外圈，压块14用于压紧推力滚子轴承12的内圈，大螺母16用于将压块14固定。
所述推力滚子轴承12套在上夹持工装11上靠近下端的位置；压推力滚子轴承12的使用使得圆筒13和下端盖17能够围绕上夹持工装11扭转转动。
所述上夹持工装11的上端固定夹持在所述试验机系统50的上夹头54中，所述推力滚子轴承12和下端盖17具有旋转轴线，推力滚子轴承12和下端盖17的旋转轴线与上夹头54和下夹头55之间的垂直中心轴线重合。
所述上夹持工装系统10与扭转工装20连接，上夹持工装系统10的主要功能为对所述扭转工装20夹持的同时不限制所述扭转工装20扭转，同时可以传递所述试验机系统50对所述弹性轴承30的压缩载荷。
所述扭转工装20包括长方形块体，扭转环；扭转环整体呈水平放置，在竖直方向上扭转环固定在长方形块体的中间部位；长方形块体高出扭转环以上的部分形成上部突出长方形块体，长方形块体低于扭转环以下的部分形成下部突出长方形块体；所述扭转工装20的上部突出长方形块体插入下端盖17的下部方槽内并通过一个内六角螺钉21将扭转工装20和下端盖17连接，从而实现上夹持工装系统10与扭转工装20的连接。
所述扭转工装20具有旋转轴线，扭转工装20可绕扭转工装20的旋转轴线在水平面内转动；所述扭转工装20的旋转轴线与上夹头54和下夹头55之间的垂直中心轴线重合。
所述下夹持工装系统40包括下夹持工装47，位移传感器42，固定支座44，角度传感器46，水平联动杆43，垂直联动杆41；其中，位移传感器42安装于下夹持工装47上，固定支座44固定在下夹持工装47上，角度传感器46固定于固定支座44上，水平联动杆43与角度传感器46连接，垂直联动杆41为两根，水平联动杆43的两端分别与一根垂直联动杆41的下端相连接，两根垂直联动杆41的上端呈一左一右分别与扭转工装20连接，当扭转工装20扭转时带动垂直联动杆41同步转动。
所述固定支座44优选通过螺栓固定于下夹持工装47上。
所述位移传感器42优选安装于下夹持工装47上方的四周边沿处；所述固定支座44优选固定在下夹持工装47上方中央位置；所述角度传感器46优选固定在固定支座44的上方；所述水平联动杆43优选呈水平放置，水平联动杆43优选固定在角度传感器46的上方，水平联动杆43的两端分别与一根竖直放置的垂直联动杆41的下端相连接。
所述下夹持工装47的上端有空腔，固定支座44固定在空腔的腔体底部，固定支座44的中间有中心孔；所述角度传感器46外圈固定在固定支座44中心孔中；所述角度传感器46的芯柱具有旋转轴线，角度传感器46可绕角度传感器46上芯柱的旋转轴线在水平面内转动，角度传感器46上芯柱的旋转轴线与上夹头54和下夹头55之间的垂直中心轴线重合。
所述水平联动杆43水平设置在所述下夹持工装47的空腔内、且固定在所述角度传感器46的芯柱上；所述水平联动杆43具有旋转轴线，水平联动杆43可绕水平联动杆43的旋转轴线在水平面内转动，水平联动杆43的旋转轴线与上夹头54和下夹头55之间的垂直中心轴线重合。
所述两根垂直联动杆41垂直分布在扭转工装20的左右两侧，所述两根垂直联动杆41距离扭转工装20中心的距离相等。
使用时，所述扭转工装20与所述下夹持工装系统40之间放置弹性轴承30，弹性轴承30的小端与扭转工装20连接，弹性轴承30的大端与下夹持工装系统40连接。
所述弹性轴承30小端的上表面有方槽，所述扭转工装20下部突出长方形块体插入所述弹性轴承30小端的方槽内，并优选通过一个内六角螺钉21将扭转工装20下部突出长方形块体与弹性轴承30小端连接。
所述下夹持工装47最上部也有一个方槽，下夹持工装47上的方槽优选位于下夹持工装47上端空腔顶部的上表面；所述弹性轴承30的大端放置到所述下夹持工装47最上部的方槽内，并进一步通过所述M18螺栓45连接。
所述下夹持工装47的下端固定夹持在试验机系统50的下夹头55中。
所述试验机系统50包括机体53，两根立柱52，横梁51，上夹头54，下夹头55；其中，机体53位于最下方，两根立柱52固定在机体上53上，两根立柱52相互平行呈一左一右放置，横梁51连接在两根立柱52的上端，横梁51下表面的中间位置固定上夹头54，机体53上表面的中间位置固定下夹头55，所述上夹头54和下夹头55的中心线重合，上夹头54和下夹头55的中心线与垂直中心轴线重合，机体53上有升降台，下夹头55的下端固定在升降台上，通过升降台的升降带动下夹头55的升降最终实现对弹性轴承30的压缩。
所述温度箱70将上夹持工装系统10、扭转工装20、弹性轴承30、下夹持工装系统40包含在自己的箱体内，通过对所述温度箱70内部的温度控制和调节，可以控制实验的环境温度的控制和调节。
所述温度箱70包括箱体71，箱盖72；箱盖72位于箱体71的侧面并与箱体71连接，上夹持工装11的上端穿过温度箱70的顶部与上夹头54连接，下夹持工装47的下端穿过温度箱70的底部与下夹头55连接。
所述温度箱70有自己的控制面板可实现温度控制和调节，温度箱70内的温度可调节范围为-50℃～150℃；本发明通过控制温度箱70内的温度即可实现对实验环境温度进行加热和保持，实现在不同温度下对弹性轴承进行机械性能测试，能够准确测得单个弹性轴承的压缩刚度随温度变化值、扭转刚度随温度变化值，以及能够在恒定温度下进行压缩刚度和扭转刚度的测量。
所述扭力系统80包括左立柱82，右立柱87，上横板85，下横板89，直流调速电机84，链条88，两个滑轮86，两个力传感器83，钢丝绳81；其中，左立柱82和右立柱87呈相互平行的一左一右竖直放置，上横板85、下横板89固定在左立柱82和右立柱87之间，上横板85位于下横板89的上方，上横板85、下横板89均呈水平放置，直流调速电机84固定在下横板89的上表面，两个滑轮86固定在上横板85的下表面，链条88与直流调速电机84的链轮相接，链条88的两端绕过直流调速电机84的链轮后分别与一个力传感器83的一端固定连接，每个力传感器83的另一端分别与一根钢丝绳81的一端连接，钢丝绳81绕过固定在上横板85下方的相应的滑轮86后与扭转工装20上的扭转环连接。
所述上横板85、下横板89优选通过螺栓固定在左立柱82和右立柱87之间，链条88绕过直流调速电机84的链轮；当直流调速电机84工作时，直流调速电机84的链轮开始转动，直流调速电机84链轮的转动带动链条88绕直流调速电机84的链轮运动，链条88通过力传感器83拉动钢丝绳81运动，钢丝绳81带动扭转环转动进而带动扭转工装20转动，扭转工装20的转动带动弹性轴承30产生扭转。
所述直流调速电机84输出轴具有水平中心轴线，直流调速电机84输出轴的水平中心轴线的延长线与上夹头54和下夹头55之间的垂直中心轴线垂直且相交。
所述两个滑轮86距离所述直流调速电机84中心距离相等；所述直流调速电机84的功能是通过链轮转动驱动左侧或右侧的链条88和钢丝绳81，所述钢丝绳81经过滑轮86转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动所述扭转工装20和所述弹性轴承30发生扭转变形。
所述控制系统60包括数据采集系统61和与数据采集系统61连接的操作系统62；所述数据采集系统61与角度传感器46、位移传感器42、力传感器83、试验机系统50自身的力传感器通过通讯接口连接，可实现实时采集试验数据目的；所述操作系统62可对所述数据采集系统61采集的各种数据进行记录和处理。
所述操作系统62的信号输出端还可以与直流调速电机84、机体53上的升降台连接，通过操作系统62自动控制直流调速电机84的转动和机体53上升降台的升降，提升整个试验装置的自动化水平。
所述试验机系统50有自身的力传感器，试验机系统50上的主要用来记录当升降台上升时通过下夹头55、下夹持工装系统40施加给弹性轴承30产生压缩的力，并传递给控制系统60。
本发明工作时，上夹头54和下夹头55之间为试验机的实验空间，上夹头54和下夹头55之间的实验空间放置温度箱70，扭转工装20、弹性轴承30位于温度箱70内，通过温度箱70控制扭转工装20和弹性轴承30的周围环境温度。
所述一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其安装按以下步骤进行：
步骤1：对照附图1，所述上夹持工装系统10、所述扭转工装20、弹性轴承30、下夹持系统40组成的整体放置在试验机的试验空间内，上夹持工装11、下夹持工装47、扭转工装20、弹性轴承30位于温度箱70内，上夹持工装11上端部穿过温度箱70的顶部夹持在试验机系统50的上夹头54内，下夹持工装47下端部穿过温度箱70的底部部夹持在所述试验机系统50的下夹头55内；
步骤2：调节温度箱70内的温度至试验所需温度并保温，后续可根据试验所需温度进行设置；
步骤3：将所述扭力系统80通过螺栓与所述试验机系统50的机体53连接固定；将两根所述钢丝绳81与所述扭转工装20分别进行连接固定。
利用本发明进行压缩刚度测试的方法，具体包括以下步骤：
(一)、将所述温度箱70内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、通过控制试验机系统50的下夹头55向上运动，使所述弹性轴承30受到压缩，在这个过程中所述位移传感器42记录弹性轴承30的压缩变形并将数据传送给数据采集系统61，所述弹性轴承30承受的压缩力由所述试验机系统50自身的力传感器自动记录并传送给数据采集系统61；
(三)、通过公式（1）计算弹性轴承30的压缩刚度：
Figure 75086DEST_PATH_IMAGE001
（1）
公式（1）中：
Figure 547656DEST_PATH_IMAGE002
为压缩刚度，
Figure 316898DEST_PATH_IMAGE003
为施加的压缩力，
Figure 179812DEST_PATH_IMAGE004
为压缩变形，压缩刚度是表征结构抗压缩变形的能力。
利用本发明进行单独的扭转刚度测试的方法，具体包括以下步骤：
(一)、将所述温度箱70内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、启动直流调速电机84，调节直流调速电机84的转速和转向，使其顺时针缓慢转动，驱动右侧链条88和钢丝绳81，钢丝绳81经过滑轮86转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动扭转工装20和弹性轴承30发生扭转变形；
(三)、扭转工装20通过垂直联动杆41带动水平联动杆43同步扭转，水平联动杆43带动所述角度传感器46同步扭转，数据采集系统61实时记录力传感器83产生的拉力值和角度传感器46扭转角度值；
(四)、在扭转角度值达到30°后，停止直流调速电机84，使扭转工装20和弹性轴承30缓慢复位。
(五)、调节直流调速电机84转向，使其逆时针缓慢转动，驱动左侧链条88和钢丝绳81，重复上述步骤（二）、步骤（三）、步骤（四）；
(六)、通过公式（2）计算弹性轴承30的扭转刚度：
Figure 404119DEST_PATH_IMAGE005
（2）
其中：
Figure 186655DEST_PATH_IMAGE006
为施加的扭矩，
Figure 471006DEST_PATH_IMAGE007
为扭转角度，
Figure 883533DEST_PATH_IMAGE008
为扭转刚度，扭转刚度是表征结构抗扭转变形的能力。
所述步骤（六）中扭转刚度测量方法还可以进一步通过对弹性轴承施加不同的扭转载荷，测量对应载荷下的扭转角度，然后采用公式（3）计算并结合曲线拟合的方式得到扭转刚度：
Figure 318056DEST_PATH_IMAGE009
（3）
式中，
Figure 499639DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 954891DEST_PATH_IMAGE011
为两个不同力矩（Nm），
Figure 41665DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 607775DEST_PATH_IMAGE013
为两个不同拉力值（N），
Figure 643864DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 207701DEST_PATH_IMAGE015
对应不同载荷时的扭转角度（°）。
本发明在压缩刚度测试设备的基础上增加了扭力系统80和扭转工装20，使得本发明对弹性轴承30不仅仅能单独进行压缩刚度测试和单独进行扭转刚度测试，还能够进行压扭组合试验下的扭转刚度测试。
所述压扭组合试验即弹性轴承在施加一定预压力的工况下测量弹性轴承扭转刚度的试验，压扭组合试验扭转刚度是表征结构在一定预压力下的抗扭转变形的能力。
利用本发明进行压扭组合试验扭转刚度测试的方法，包括以下步骤：
(一)、将所述温度箱70内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、通过启动试验机系统50上的升降台带动下夹头55向上运动，使弹性轴承30受到压缩，达到一定的预压力，保持该状态；
(三)、调节所述直流调速电机84转速和转向，使其顺时针缓慢转动，驱动右侧链条88和钢丝绳81，钢丝绳81经过滑轮86转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动扭转工装20和弹性轴承30发生扭转变形；
(四)、 扭转工装20通过垂直联动杆41带动水平联动杆43同步扭转，水平联动杆43带动角度传感器46同步扭转，数据采集系统61实时记录力传感器83产生的拉力值和角度传感器46扭转角度值；
(五)、在扭转角度值达到30°后，停止直流调速电机84，使扭转工装20和弹性轴承30缓慢复位；
(六)、调节所述直流调速电机84转向，使其逆时针缓慢转动，驱动左侧所述链条88和钢丝绳81，重复上步骤（三）、步骤（四）、步骤（五）；
(七)、通过公式（4）计算压扭组合试验扭转刚度：
Figure 594820DEST_PATH_IMAGE016
（4）
其中：
Figure 699042DEST_PATH_IMAGE017
为施加的扭矩，
Figure 42168DEST_PATH_IMAGE018
为扭转角度，
Figure 839222DEST_PATH_IMAGE019
为压扭组合试验扭转刚度。
所述步骤（七）中扭转刚度测量方法还可以进一步通过对提前施加一定预压力的弹性轴承施加不同的扭转载荷，测量对应载荷下的扭转角度，然后采用公式（5）计算并结合曲线拟合的方式得到扭转刚度：
Figure 448058DEST_PATH_IMAGE020
（5）
式中，
Figure 824813DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 835494DEST_PATH_IMAGE022
为两个不同力矩（Nm），
Figure 803450DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 820954DEST_PATH_IMAGE024
为两个不同拉力值（N），
Figure 266979DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 397746DEST_PATH_IMAGE026
对应不同载荷时的扭转角度（°）。
实施例1
利用本发明进行压缩刚度测试的方法，具体按以下步骤进行：
(一)、将所述温度箱70内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、通过控制试验机系统50的下夹头55向上运动，使所述弹性轴承30受到压缩，在这个过程中所述位移传感器42记录弹性轴承30的压缩变形并将数据传送给数据采集系统61，所述弹性轴承30承受的压缩力由所述试验机系统50自身的力传感器自动记录并传送给数据采集系统61；
(三)、通过公式（1）计算弹性轴承30的压缩刚度：
Figure 474286DEST_PATH_IMAGE027
（1）
公式（1）中：
Figure 57714DEST_PATH_IMAGE028
为压缩刚度，
Figure 307430DEST_PATH_IMAGE029
为施加的压缩力，
Figure 500162DEST_PATH_IMAGE030
为压缩变形，压缩刚度是表征结构抗压缩变形的能力。
实施例2
利用本发明进行单独的扭转刚度测试的方法，具体按以下步骤进行：
(一)、将所述温度箱70内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、启动直流调速电机84，调节直流调速电机84的转速和转向，使其顺时针缓慢转动，驱动右侧链条88和钢丝绳81，钢丝绳81经过滑轮86转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动扭转工装20和弹性轴承30发生扭转变形；
(三)、扭转工装20通过垂直联动杆41带动水平联动杆43同步扭转，水平联动杆43带动所述角度传感器46同步扭转，数据采集系统61实时记录力传感器83产生的拉力值和角度传感器46扭转角度值；
(四)、在扭转角度值达到30°后，停止直流调速电机84，使扭转工装20和弹性轴承30缓慢复位。
(五)、调节直流调速电机84转向，使其逆时针缓慢转动，驱动左侧链条88和钢丝绳81，重复上述步骤（二）、步骤（三）、步骤（四）；
(六)、通过对弹性轴承施加不同的扭转载荷，测量对应载荷下的扭转角度，然后采用公式（3）计算并结合曲线拟合的方式得到扭转刚度：
Figure 809920DEST_PATH_IMAGE031
（3）
式中，
Figure 880645DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 871734DEST_PATH_IMAGE033
为两个不同力矩（Nm），
Figure 711514DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 192174DEST_PATH_IMAGE035
为两个不同拉力值（N），
Figure 671566DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 528664DEST_PATH_IMAGE026
对应不同载荷时的扭转角度（°）。
实施例3
利用本发明进行压扭组合试验扭转刚度测试的方法，具体按以下步骤进行：
(一)、将所述温度箱70内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、通过启动试验机系统50上的升降台带动下夹头55向上运动，使弹性轴承30受到压缩，达到一定的预压力，保持该状态；
(三)、调节所述直流调速电机84转速和转向，使其顺时针缓慢转动，驱动右侧链条88和钢丝绳81，钢丝绳81经过滑轮86转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动扭转工装20和弹性轴承30发生扭转变形；
(四)、 扭转工装20通过垂直联动杆41带动水平联动杆43同步扭转，水平联动杆43带动角度传感器46同步扭转，数据采集系统61实时记录力传感器83产生的拉力值和角度传感器46扭转角度值；
(五)、在扭转角度值达到30°后，停止直流调速电机84，使扭转工装20和弹性轴承30缓慢复位；
(六)、调节所述直流调速电机84转向，使其逆时针缓慢转动，驱动左侧所述链条88和钢丝绳81，重复上步骤（三）、步骤（四）、步骤（五）；
(七)、通过对提前施加一定预压力的弹性轴承施加不同的扭转载荷，测量对应载荷下的扭转角度，然后采用公式（5）计算并结合曲线拟合的方式得到扭转刚度：
Figure 222950DEST_PATH_IMAGE037
（5）
式中，
Figure 812194DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 857511DEST_PATH_IMAGE039
为两个不同力矩（Nm），
Figure 252720DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 988464DEST_PATH_IMAGE041
为两个不同拉力值（N），
Figure 76506DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 343539DEST_PATH_IMAGE043
对应不同载荷时的扭转角度（°）。

Claims (9)

1.一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其特征是包括试验机系统（50），上夹持工装系统（10），扭转工装（20），下夹持工装系统（40），扭力系统（80），温度箱（70），控制系统（60）；其中，试验机系统（50）上包括上夹头（54）、下夹头（55）、机体（53），上夹持工装系统（10）固定夹持在上夹头（54）的下方，上夹持工装系统（10）的下端与扭转工装（20）连接，下夹持工装系统（40）固定夹持在下夹头（55）的上方，所述扭力系统（80）安装于试验机系统（50）的机体（53）上，上夹头（54）和下夹头（55）之间放置温度箱（70），扭转工装（20）与下夹持工装系统（40）之间用于放置弹性轴承（30），下上夹持工装系统（10）、扭转工装（20）、弹性轴承（30）、下夹持工装系统（40）放置在温度箱（70）内，上夹持工装系统（10）的上端穿过温度箱（70）的顶部与上夹头（54）连接，下夹持工装系统（40）的下端穿过温度箱（70）的底部与下夹头（55）连接；所述控制系统（60）包括数据采集系统（61）和操作系统（62）；
所述上夹持工装系统（10）包括上夹持工装（11），推力滚子轴承（12），圆筒（13），压块（14），上端盖（15），大螺母（16），下端盖（17）；其中，推力滚子轴承（12）安装在上夹持工装（11）上，圆筒（13）套在的推力滚子轴承（12）外围，压块（14）插在压推力滚子轴承（12）的内圈与上夹持工装（11）之间，压块（14）通过大螺母（16）固定在上夹持工装（11）的下端，圆筒（13）的上端面有上端盖（15），圆筒（13）的下端面有下端盖（17），下端盖（17）的下表面有方槽；
所述上夹持工装（11）的上端固定夹持在所述试验机系统50的上夹头（54）中，所述推力滚子轴承（12）和下端盖（17）具有旋转轴线，推力滚子轴承（12）和下端盖（17）的旋转轴线与上夹头（54）和下夹头（55）之间的垂直中心轴线重合。
2.根据权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其特征是所述上夹持工装系统（10）、扭转工装（20）、下夹持工装系统（40）固定在试验机系统（50）的上夹头（54）和下夹头（55）之间；所述上夹持工装系统（10）、扭转工装（20）、下夹持工装系统（40）从上到下依次分布在上夹头（54）和下夹头（55）之间的垂直中心轴线上。
3.根据权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其特征是所述扭转工装（20）包括长方形块体，扭转环；扭转环整体呈水平放置，在竖直方向上扭转环固定在长方形块体的中间部位；长方形块体高出扭转环以上的部分形成上部突出长方形块体，长方形块体低于扭转环以下的部分形成下部突出长方形块体；所述扭转工装（20）的上部突出长方形块体插入下端盖（17）的下部方槽内并通过一个内六角螺钉（21）将扭转工装（20）和下端盖（17）连接，从而实现上夹持工装系统（10）与扭转工装（20）的连接。
4.根据权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其特征是所述下夹持工装系统（40）包括下夹持工装（47），位移传感器（42），固定支座（44），角度传感器（46），水平联动杆（43），垂直联动杆（41）；其中，位移传感器（42）安装于下夹持工装（47）上，固定支座（44）固定在下夹持工装（47）上，角度传感器（46）固定于固定支座（44）上，水平联动杆（43）与角度传感器（46）连接，垂直联动杆（41）为两根，水平联动杆（43）的两端分别与一根垂直联动杆（41）的下端相连接，两根垂直联动杆（41）的上端呈一左一右分别与扭转工装（20）连接，当扭转工装（20）扭转时带动垂直联动杆（41）同步转动；
所述下夹持工装（47）的上端有空腔，固定支座（44）固定在空腔的腔体底部，固定支座（44）的中间有中心孔；所述角度传感器（46）外圈固定在固定支座（44）中心孔中；所述角度传感器（46）的芯柱具有旋转轴线，角度传感器（46）可绕角度传感器（46）上芯柱的旋转轴线在水平面内转动，角度传感器（46）上芯柱的旋转轴线与上夹头（54）和下夹头（55）之间的垂直中心轴线重合；
所述水平联动杆（43）水平设置在所述下夹持工装（47）的空腔内、且固定在所述角度传感器（46）的芯柱上；所述水平联动杆（43）具有旋转轴线，水平联动杆（43）可绕水平联动杆（43）的旋转轴线在水平面内转动，水平联动杆（43）的旋转轴线与上夹头（54）和下夹头（55）之间的垂直中心轴线重合；
所述两根垂直联动杆（41）垂直分布在扭转工装（20）的左右两侧，所述两根垂直联动杆（41）距离扭转工装（20）中心的距离相等；
所述下夹持工装（47）的下端固定夹持在试验机系统（50）的下夹头（55）中。
5.根据权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统，其特征是所述试验机系统（50）包括机体（53），两根立柱（52），横梁（51），上夹头（54），下夹头（55）；其中，机体（53）位于最下方，两根立柱（52）固定在机体上（53）上，两根立柱（52）相互平行呈一左一右放置，横梁（51）连接在两根立柱（52）的上端，横梁（51）下表面的中间位置固定上夹头（54），机体（53）上有升降台，下夹头（55）的下端固定在升降台上，通过升降台的升降带动下夹头（55）的升降最终实现对弹性轴承（30）的压缩；
所述扭力系统（80）包括左立柱（82），右立柱（87），上横板（85），下横板（89），直流调速电机（84），链条（88），两个滑轮（86），两个力传感器（83），钢丝绳（81）；其中，左立柱（82）和右立柱（87）呈相互平行的一左一右竖直放置，上横板（85）、下横板（89）固定在左立柱（82）和右立柱（87）之间，上横板（85）位于下横板（89）的上方，上横板（85）、下横板（89）均呈水平放置，直流调速电机（84）固定在下横板（89）的上表面，两个滑轮（86）固定在上横板（85）的下表面，链条（88）与直流调速电机（84）的链轮相接，链条（88）的两端绕过直流调速电机（84）的链轮后分别与一个力传感器（83）的一端固定连接，每个力传感器（83）的另一端分别与一根钢丝绳（81）的一端连接，钢丝绳（81）绕过固定在上横板（85）下方的相应的滑轮（86）后与扭转工装（20）上的扭转环连接。
6.利用如权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统进行压缩刚度测试的方法，其特征是包括以下步骤：
(一)、将所述温度箱（70）内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、通过控制试验机系统（50）的下夹头（55）向上运动，使所述弹性轴承（30）受到压缩；
(三)、通过公式（1）计算弹性轴承30的压缩刚度：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
公式（1）中：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为压缩刚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为施加的压缩力，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为压缩变形，压缩刚度是表征结构抗压缩变形的能力。
7.利用如权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统进行单独的扭转刚度测试的方法，其特征是包括以下步骤：
(一)、将所述温度箱（70）内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、启动直流调速电机（84），调节直流调速电机（84）的转速和转向，使其顺时针缓慢转动，驱动右侧链条（88）和钢丝绳（81），钢丝绳（81）经过滑轮（86）转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动扭转工装（20）和弹性轴承（30）发生扭转变形；
(三)、扭转工装（20）通过垂直联动杆（41）带动水平联动杆（43）同步扭转，水平联动杆（43）带动角度传感器（46）同步扭转；
(四)、在扭转角度值达到30°后，停止直流调速电机（84），使扭转工装（20）和弹性轴承（30）缓慢复位；
(五)、调节直流调速电机（84）转向，使其逆时针缓慢转动，驱动左侧链条（88）和钢丝绳（81），重复上述步骤（二）、步骤（三）、步骤（四）；
(六)、通过对弹性轴承施加不同的扭转载荷，测量对应载荷下的扭转角度，然后采用公式（3）计算并结合曲线拟合的方式得到扭转刚度：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（3）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为两个不同力矩，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为两个不同拉力值，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure DEST_PATH_IMAGE022
对应不同载荷时的扭转角度。
8.利用如权利要求1所述的一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统进行压扭组合试验扭转刚度测试的方法，其特征是包括以下步骤：
(一)、将所述温度箱（70）内的温度调至某一试验所需要的温度值后保温10min；
(二)、通过启动试验机系统（50）上的升降台带动下夹头（55）向上运动，使弹性轴承（30）受到压缩，达到一定的预压力，保持该状态；
(三)、调节直流调速电机（84）转速和转向，使其顺时针缓慢转动，驱动右侧链条（88）和钢丝绳（81），钢丝绳（81）经过滑轮（86）转向后由竖直方向拉力转化为水平方向拉力，带动扭转工装（20）和弹性轴承（30）发生扭转变形；
(四)、 扭转工装（20）通过垂直联动杆（41）带动水平联动杆（43）同步扭转，水平联动杆（43）带动角度传感器（46）同步扭转；
(五)、在扭转角度值达到30°后，停止直流调速电机（84），使扭转工装（20）和弹性轴承（30）缓慢复位；
(六)、调节直流调速电机（84）转向，使其逆时针缓慢转动，驱动左侧链条（88）和钢丝绳（81），重复上步骤（三）、步骤（四）、步骤（五）；
(七)、通过公式（4）计算压扭组合试验扭转刚度：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
（4）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为施加的扭矩，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为扭转角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为压扭组合试验扭转刚度。
9.如权利要求8所述的利用一种环境温度可控的弹性轴承压-扭组合实验系统进行压扭组合试验扭转刚度测试的方法，其特征是将所述步骤（七）中扭转刚度测量方法替换为通过对提前施加一定预压力的弹性轴承施加不同的扭转载荷，测量对应载荷下的扭转角度，然后采用公式（5）计算并结合曲线拟合的方式得到扭转刚度：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
（5）式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为两个不同力矩，
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为两个不同拉力值，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure DEST_PATH_IMAGE042
对应不同载荷时的扭转角度。
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"Bearing capacity of aluminum alloy members under eccentric compression at elevated temperatures";Shaojun Zhu 等;《Thin-Walled Structures》;20180630;第127卷;第574-587页 *
"旋翼弹性轴承应用研究";颉连元;《直升机技术》;20021231(第3期);第6.2节 *

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