CN113074852A

CN113074852A - 便携式残余应力测试装置

Info

Publication number: CN113074852A
Application number: CN202110279450.9A
Authority: CN
Inventors: 蒋文春; 彭伟; 邵晓明; 杨滨; 涂善东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-07-06

Abstract

本发明公开一种便携式残余应力测试装置，包括加载机构、旋转机构、支撑座及固定夹具，所述加载机构与旋转机构固定连接，所述旋转机构与支撑座沿水平方向滑动连接，固定夹具对称设置于支撑座两侧；所述加载机构包括直线电机、机架、主轴及固定在主轴底端的努氏压头，所述旋转机构包括转盘、轴承，所述机架位于直线电机与转盘之间，且机架底部与转盘固定连接，所述直线电机的输出端贯穿机架并通过连接板与主轴的顶端固定连接，所述主轴贯穿转盘及轴承内圈；所述连接板的底部与主轴的顶端之间设置有压力传感器，所述连接板或主轴的一侧固定有位移传感器。该测试装置整体体积小，结构简单，便于安装和调整，适用于现场安装及检测。

Description

便携式残余应力测试装置

技术领域

本发明涉及残余应力测试技术领域，具体涉及一种基于压痕法的便携式残余应力测试装置。

背景技术

有害残余应力的存在会削弱结构的强度，大大增加产品失效损坏的风险。尤其在能源、化工、航天、交通等重大装备制造业中，残余应力的检测和控制越来越受到技术人员的关注。近年来有学者提出采用努式压头测量非等轴残余应力，测量时需要改变努式压头的水平角度(0°、45°、90°及135°)进行多次压入，获得不同角度下的载荷-位移曲线，从而计算出残余应力的大小和方向。现有压痕仪器一般体积较大，结构复杂，难以实现便携操作和现场应用，目前装备制造现场正缺乏一种便携灵活的残余应力测试装置来进行结构完整性评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式残余应力测试装置，其结构简单，可以实现便携操作和现场应用。

本发明具体采用如下技术方案：

一种便携式残余应力测试装置，包括从上至下设置的加载机构、旋转机构及支撑座，所述加载机构与旋转机构固定连接，所述旋转机构与支撑座沿水平方向滑动连接；

所述加载机构包括直线电机、机架、主轴及固定在主轴底端的努氏压头，所述旋转机构包括转盘、轴承，所述机架位于直线电机与转盘之间，且机架底部与转盘固定连接，所述直线电机的输出端贯穿机架并通过连接板与主轴的顶端固定连接，所述主轴贯穿转盘及轴承内圈，所述转盘位于轴承上方，且所述轴承内圈与转盘固定连接；

所述连接板的底部与主轴的顶端之间固定设置有压力传感器；

所述连接板的一侧或主轴的一侧固定有位移传感器。

通过上述技术方案可以实现：(1)加载机构中直线电机带动主轴及努氏压头上下移动，完成载荷加载及卸载，且直线电机的输出端通过连接板与主轴等固定连接，各部件之间刚性连接无缝隙，载荷是直接通过主轴作用于努氏压头，结构紧凑，位移传感器测量精度高；(2)旋转机构中转盘的转动可带动整个加载机构转动，从而调节努氏压头的压入角度；(3)旋转机构与支撑座滑动连接，可在支撑座固定的情况下，使旋转机构及加载机构同时沿支撑座水平滑动，从而调整努氏压头的压入位置。

进一步的，所述机架为“Π”型框架，包括顶板及两个侧板，所述直线电机的输出端贯穿机架的顶板，所述机架的两个侧板底部与转盘固定连接。

上述技术方案将机架设计为“Π”型框架，可便于通过机架将加载机构与旋转机构连接，减小测试装置的体积，且可将传感器部件设计在装置内部，可以更好地保护精密部件。

进一步的，所述位移传感器位于转盘上方，所述位移传感器的检测端与转盘的上端面接触。

通过上述技术方案，在实现位移测量的同时，位移传感器可以不直接接触试样表面，扩大了使用范围，如高温、腐蚀等测试表面仍可适用，防止损坏位移传感器的检测探头。

进一步的，所述转盘及轴承的外圆周设置有角度刻度尺。

通过上述技术方案，可准确确定转盘的旋转角度，从而准确调节努氏压头的旋转角度。

进一步的，所述支撑座的上方设置有滑台，所述滑台与轴承的外圈固定连接，所述滑台的下端面与支撑座的上端面分别设置有相配合的滑槽和滑轨，所述滑台沿支撑座水平滑动。

通过上述技术方案，可实现旋转机构沿支撑座水平滑动，结构简单，方便调节。

进一步的，所述滑台及支撑座的中心均设置有中心孔。

进一步的，所述支撑座的侧面设置有视孔。

进一步的，所述连接板的两端设置有限位孔，所述限位孔内沿垂直方向套设有平衡杆，且平衡杆的两端分别与机架及转盘固定。

通过上述技术方案，可确保主轴沿垂直方向移动，避免偏转。

进一步的，所述支撑座两侧设置有对称设置的固定夹具，所述固定夹具包括相互垂直的夹具侧板及夹具顶板，夹具侧板与支撑座固定连接，夹具顶板底部设置有磁性底座。

通过压痕法检测残余应力时，需要持续加载，加载力较大，通过上述固定夹具及磁性底座，可以将测试装置牢固吸附在待检测试样表面上。

本发明具有如下有益效果：

(1)该测试装置整体体积小，结构相对简单，便于安装和调整，具有便携性和灵活性，适用于现场安装及检测；

(2)旋转机构简单且稳定可靠，节约成本，且可准确调节努氏压头的旋转角度；

(3)加载机构及旋转机构与支撑座之间可实现水平滑动，便于使用时，固定一次支撑座就可完成至少两个位置的检测；

(4)该测试装置中传感器部件设计在仪器内部，可以更好地保护精密零件，位移传感器可以不直接接触试样表面，扩大了使用范围，如高温、腐蚀等测试表面仍可适用，防止损坏位移传感器的检测探头；

(5)直线电机的输出端通过连接板与主轴等固定连接，各部件之间刚性连接无缝隙，相当于载荷直接通过主轴作用于努氏压头，结构紧凑，位移传感器测量精度高。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2是支撑座的结构示意图；

图3是连接板的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的工作过程图。

图中：1.直线电机；2.连接板；3.机架；4.主轴；5.转盘；6.轴承；7.滑台；8.支撑座；9.努氏压头；10.压力传感器；11.位移传感器；12.平衡杆；13.视孔；14.滑轨；15.限位孔；16.固定夹具；17.磁性底座；18.压痕一；19.压痕二。

具体实施方式

本发明提供了一种便携式残余应力测试装置，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例和附图对本发明做详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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。

实施例1

参照图1-2，本实施例提供的一种便携式残余应力测试装置，包括从上至下设置的加载机构、旋转机构及支撑座8，加载机构与旋转机构固定连接，旋转机构与支撑座8沿水平方向滑动连接。具体的，加载机构包括直线电机1、机架3、主轴4及固定在主轴4底端的努氏压头9，旋转机构包括转盘5、轴承6，直线电机1固定在机架3上方，机架3位于直线电机1与转盘5之间，且机架3底部与转盘5固定连接，直线电机1的输出端贯穿机架3并通过连接板2与主轴4的顶端固定连接，主轴4贯穿转盘5及轴承6内圈且主轴4可在转盘5及轴承6内圈的贯穿孔内上下移动，转盘5位于轴承6上方，且轴承6内圈与转盘5固定连接。

另外，连接板2的底部与主轴4的顶端之间固定设置有压力传感器10，且压力传感器10的顶部及底部均设置有螺栓，使压力传感器10紧固在连接板2与主轴4之间，连接板2的一侧或主轴4的一侧通过支架固定有位移传感器11，用于获取载荷—位移曲线，且位移传感器11位于转盘5上方，位移传感器11的检测端与转盘5的上端面接触，在检测位移时，位移传感器11可以不直接接触试样表面，扩大了使用范围，如高温、腐蚀等测试表面仍可适用，防止损坏位移传感器的检测探头。

为便于通过机架3将加载机构与旋转机构连接，减小测试装置的体积，本实施例中将机架3设置为“Π”型框架，包括顶板及两个侧板，直线电机1的输出端贯穿机架3的顶板，机架3的两个侧板底部与转盘5固定连接。

为准确调节努氏压头9的旋转角度，本实施例中在转盘5及轴承6的外圆周设置有角度刻度尺。

另外，在残余应力检测过程中，不仅需要调整努氏压头9的角度，还需要调整努氏压头9的压入位置，不能使两次压入点在同一位置，但在实际操作过程中，一旦支撑座8固定，整体拆卸移动就不方便，因此为了方便操作，将加载机构的旋转运动和水平移动设计为相互独立的两个运动，具体的，在支撑座8的上方设置有滑台7，滑台7与轴承6的外圈固定连接，滑台7的下端面与支撑座8的上端面分别设置有相配合的滑槽和滑轨14，使滑台7可沿支撑座8水平滑动；且支撑座8的侧面设置有视孔13，便于观察压入位置；另外，滑台7及支撑座8的中心均设置有中心孔，便于主轴4及努氏压头9的上下移动，且支撑座8的中心孔也为滑台7及滑台7上方的旋转机构、加载机构的水平移动提供空间。

参照图3，连接板2呈倒“T”型，且连接板2采用刚性板，将连接板2设置为倒“T”型，可便于连接板2向上承接直线电机1的输出端，向下连接压力传感器10。另外，连接板2的两端还设置有限位孔15，限位孔15内沿垂直方向套设有平衡杆12，且平衡杆12的两端分别与机架3及转盘5固定。

另外，在采用该测试装置检测残余应力时，需要将其固定于待测试样表面，由于通过压痕法检测残余应力时，需要持续加载，加载力较大，因此设计与该测试装置相配合使用的专用夹具，该专用夹具包括固定夹具16及磁性底座17，固定夹具16设置2个，且对称设置于支撑座8的两侧，该固定夹具16包括相互垂直的夹具侧板及夹具顶板，支撑座8侧壁与夹具侧板固定连接，磁性底座17固定在夹具顶板底部，通过上述固定夹具16及磁性底座17，可以将测试装置牢固吸附在待检测试样表面。

参照图4，本发明所提供的一种便携式残余应力测试装置的工作过程为：(1)首先打磨试样表面，采用专用固定夹具16将该测试装置固定在待测试样表面；(2)通过支撑座8上的视孔13观察并调整压头位置；(3)启动测试装置，直线电机1开始工作，压力传感器10和位移传感器11同步记录载荷和位移，得到一组载荷-位移曲线，并得到压痕一18；(4)转动机架3，根据转盘5所指示的角度刻度调整加载机构的压入角度，然后移动滑台7，并通过视孔13观察，使滑台7及滑台7上方的旋转机构、加载机构沿支撑座8的滑轨水平移动至另一压入点，然后重复上述步骤(3)即可获得另一角度下的载荷-位移曲线，并得到压痕二19，重复上述步骤还可得到其他角度下的载荷-位移曲线，进而计算出残余应力值。

需要说明的是，本申请中未述及的部分可通过现有技术实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种便携式残余应力测试装置，其特征在于：包括从上至下设置的加载机构、旋转机构及支撑座，所述加载机构与旋转机构固定连接，所述旋转机构与支撑座沿水平方向滑动连接；

所述连接板的一侧或主轴的一侧固定有位移传感器。

2.根据权利要求1所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于：所述机架为“Π”型框架，包括顶板及两个侧板，所述直线电机的输出端贯穿机架的顶板，所述机架的两个侧板底部与转盘固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于：所述位移传感器位于转盘上方，所述位移传感器的检测端与转盘的上端面接触。

4.根据权利要求1所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于：所述转盘及轴承的外圆周设置有角度刻度尺。

5.根据权利要求1所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于，所述支撑座的上方设置有滑台，所述滑台与轴承的外圈固定连接，所述滑台的下端面与支撑座的上端面分别设置有相配合的滑槽和滑轨，所述滑台沿支撑座水平滑动。

6.根据权利要求5所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于，所述滑台及支撑座的中心均设置有中心孔。

7.根据权利要求5所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于，所述支撑座的侧面设置有视孔。

8.根据权利要求1所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于，所述连接板的两端设置有限位孔，所述限位孔内沿垂直方向套设有平衡杆，且平衡杆的两端分别与机架及转盘固定。

9.根据权利要求1所述的一种便携式残余应力测试装置，其特征在于，所述支撑座两侧固定有对称设置的固定夹具，所述固定夹具包括相互垂直的夹具侧板及夹具顶板，夹具侧板与支撑座固定连接，夹具顶板底部设置有磁性底座。