CN113588455A - 一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备及其试验方法。该试验设备包括支撑机构以及位于支撑机构上方的扭矩加载机构和移动机构；所述扭矩加载机构包括液压缸、与液压缸活塞杆铰接相连的拨杆、与拨杆固定相连的转动轴以及与移动机构相连的扭矩传感器。本发明利用液压缸加载，能够轻松实现大扭矩准确加载，可进行扭转强度试验和扭转疲劳试验，方便对传动轴、联轴器、离合器等传递扭矩的零件进行扭转强度检测，精确验证零件的扭转强度和变形量，具有兼容性强、价格低、使用方便等特点。

Description

一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备及其试验方法

技术领域

本发明涉及扭转试验机技术领域，具体涉及一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备及其试验方法。

背景技术

工业生产中经常会接触到材料拉伸试验，对扭转强度试验较少。而对于联轴器，传动轴，离合器等需要传递扭矩的零件，对其抵抗扭矩和变形情况的检测也是必不可少的。目前用于零部件大扭矩强度检测的设备较少，一般采用电机或液压马达加载，存在加载扭矩小，不适宜脉冲试验，设备造价高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备及其试验方法，该扭转强度试验设备利用液压缸加载，能够轻松实现大扭矩准确加载，可进行扭转强度试验和扭转疲劳试验，方便对传动轴、联轴器、离合器等传递扭矩的零件进行扭转强度检测，精确验证零件的扭转强度和变形量，具有兼容性强、价格低、使用方便等特点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，包括支撑机构以及位于支撑机构上方的扭矩加载机构和移动机构；所述扭矩加载机构包括液压缸、与液压缸活塞杆铰接相连的拨杆、与拨杆固定相连的转动轴以及与移动机构相连的扭矩传感器；所述移动机构用于驱动扭矩传感器直线移动。拨杆与活塞杆采用铰接的方式进行连接，此处采用连杆滑块机构，液压缸拉动拨杆施加扭矩时，拨杆会沿转动轴发生转动，进而拨杆会相对活塞杆发生转动。

进一步的，所述移动机构包括丝杠、套设在丝杠上与丝杠螺纹配合的螺母、与螺母连接的移动支架、固定在移动支架下方的滑块、设置在滑块下方且固定在支撑机构上的直线导轨；所述丝杠的端部连接有手轮；所述扭矩传感器安装在移动支架上。

移动机构用于被测试零件的上下料。如被测试零件的花键轴是插入转动轴的花键孔内，只有通过移动机构向左平移才能将被测试零件从转动轴的花键孔内取出，进而取下被测试零件，将移动机构向右平移来将被测试零件插入转动轴的花键孔内进行试验。不同被测试零件的长度不同，移动机构可适应范围内不同长度的零件进行试验。

手工摇动丝杠上的手轮会带动丝杠转动，套在丝杠上的螺母会带动移动支架沿直线导轨左右移动。逆时针转动手轮，螺母带动移动支架向右移动，移动支架带动扭矩传感器和被测试零件向右移动，被测试零件的花键轴插入转动轴的花键孔内，只有通过移动机构向左平移才能将被测试零件从转动轴的花键孔内取出，进而取下被测试零件，反之，向右平移将被测试零件插入到转动轴的花键孔内进行试验。不同长度的被测试零件，也可通过手轮调整扭矩传感器的位置，增加了本发明的适用范围。

进一步的，所述支撑机构包括底板和设置在底板下方的若干支腿；所述直线导轨安装在底板上，所述底板上还设有支撑架、丝杠支撑架和液压缸固定座。

进一步的，所述丝杠贯穿安装在丝杠支撑架上且丝杠通过轴承与丝杠支撑架转动配合；所述丝杠支撑架通过螺栓固定在底板上。

进一步的，所述液压缸的缸底铰接在液压缸固定座上，此处采用连杆滑块机构。所述液压缸固定座通过螺栓固定在底板上。

进一步的，所述转动轴贯穿安装在支撑架上，且转动轴通过滑动轴承与支撑架转动配合；所述转动轴的一端设有角度传感器，另一端连接有被测试零件。被测试零件连接在扭矩传感器与转动轴之间，一端通过法兰与扭矩传感器相连，另一端通过花键与转动轴相连。

进一步的，该设备还包括与液压缸相连的液压系统；所述液压系统包括液压油箱、液压泵、比例溢流阀和换向阀；所述液压泵的吸油口通过管道插入液压油箱内，出油口连接换向阀和比例溢流阀，换向阀接液压缸，所述比例溢流阀的一端接液压油箱，另一端连接液压泵的出油口。

液压油箱，用于液压油的储存，过滤和冷却。液压泵，用于从液压油箱内抽油并转变为高压液体。比例溢流阀，用于自动调节液压系统的压力，进而自动调节施加在被测试零件上的扭矩大小。换向阀，用于改变液压油的方向，这里是改变液压缸活塞杆运动方向进而改变加载力的方向，进而改变扭矩加载的方向，实现对被测试零件不同方向施加扭矩。

进一步的，该设备还包括PLC控制系统、触摸屏和低压电器元件。所述PLC分别与液压泵、换向阀、扭矩传感器、角度传感器、触摸屏信号连接。触摸屏，用于设置试验参数，选择试验内容，并传递给PLC。PLC控制各执行元件如液压泵，换向阀执行动作，通过扭矩传感器采集被测试零件的扭矩，通过角度传感器采集被测试零件的变形量，再传递给触摸屏进行显示，人员通过显示的试验数据进行分析。

本发明还涉及一种上述基于液压缸加载的扭转强度试验设备的试验方法，该试验设备的试验方法包括扭转强度试验和扭转强度疲劳试验两种；扭转强度试验是将单一方向的扭矩逐渐增大直到到达设定扭矩，类似于拉伸试验，主要看不同扭矩下的变形量。扭转强度疲劳试验，是两个方向反复加载，看被测试零件的抗疲劳能力。

所述扭转强度试验具体包括以下步骤：

S1、人工将被测试零件通过法兰与扭矩传感器连接，被测试零件的另一端通过花键与转动轴连接。

S2、液压缸有杆腔进油，使液压缸活塞杆收缩拉动拨杆，拨杆以转动轴的中心为轴线进行转动，产生扭矩，并将扭矩传递给转动轴，转动轴上的扭矩通过花键传递给被测试零件，对被试零件施加设定的扭矩。

S3、采用扭矩传感器采集被测试零件上加载的扭矩大小，采用角度传感器采集被测试零件的变形量。

S4、通过扭矩传感器与液压系统中的比例溢流阀进行PID运算，对液压缸的进油压力进行调节，进而对液压缸加载的扭矩进行调节。具体地说，根据采集的扭矩自动调整比例溢流阀的油压，当检测到的扭矩小于设定扭矩时，PLC会增大比例溢流阀的油压，使得加载扭矩变大，直到扭矩传感器检测的扭矩等于或接近设定扭矩，实现精确扭矩控制的扭转强度试验。

所述扭转强度疲劳试验具体包括以下步骤：

设定好比例溢流阀的压力后，通过电磁换向阀对液压缸进行频繁换向，对被测试零件进行不同方向或同一方向的扭矩反复加载，对被测试零件进行扭转疲劳试验。换向频率根据用户需求设置，在触摸屏内设置，实现用户指定频率的试验。

和现有技术相比，本发明的优点为：

(1)目前用于零部件大扭矩强度检测的设备较少，一般采用电机或液压马达加载，存在加载扭矩小，不适宜脉冲试验，设备造价高等缺点。本发明与传统电机或液压马达加载的试验设备相比解决了传统设备加载扭矩小，不适宜脉冲试验，设备造价高等问题。本发明利用液压缸加载扭矩，能够轻松实现大扭矩准确加载，可进行扭矩强度试验和扭转疲劳试验，便于对传动轴、联轴器、离合器等传递扭矩的零件进行扭转强度检测，精确验证零件的扭转强度，变形量和扭转疲劳强度。通过移动平台调整方便对传动轴、联轴器、离合器等传递扭矩的零件进行扭转强度检测，精确验证零件的扭转强度和变形量，其兼容性更强，造价更低，更适用于需要大扭矩检测的试验和疲劳性试验，可节约大量的购置成本。

(2)传统思维力的大小采用正向传递，即应该通过多大的力实现需要的扭矩，这样对拨杆长度，转动角度测量要求很高，而且拨杆转动时力臂变化计算过程也较为复杂，实现难度很大。本发明采用反向思维，通过PID调节实现扭矩的精确调节，制定扭矩传感器需要达到的扭矩，控制系统会不断增大扭矩直到达到设定扭矩，对拨杆的精度没有要求，运算过程也比较简单。

(3)试验过程中会有不同长度、不同形状的零件，本发明采用移动机构带动扭矩传感器移动，实现被测试零件与转动轴的装配，可兼容不同长度零件，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是扭矩传感器、转动轴、角度传感器、拨杆和液压机的原理示意图；

图3是被测试零件的结构示意图；

图4是液压系统的液压原理图。

其中：

1、手轮，2、丝杠，3、直线导轨，4、移动支架，5、扭矩传感器，6、被测试零件，7、转动轴，8、支撑架，9、角度传感器，10、拨杆，11、液压缸，12、液压缸固定座，13、支腿，14、底板，15、滑块，16、丝杠支撑架，17、花键。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-图3所示的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，包括支撑机构以及位于支撑机构上方的扭矩加载机构和移动机构。所述扭矩加载机构包括液压缸11、与液压缸11活塞杆铰接相连的拨杆10、与拨杆10固定相连的转动轴7以及与移动机构相连的扭矩传感器5。

进一步的，所述移动机构包括丝杠2、套设在丝杠2上与丝杠2螺纹配合的螺母、与螺母相连的移动支架4、固定在移动支架4下方的滑块15、设置在滑块15下方且固定在支撑机构的底板14上的直线导轨3；所述丝杠2的端部连接有手轮1；所述扭矩传感器5安装在移动支架4上。

进一步的，所述支撑机构包括底板14和设置在底板14下方的若干支腿13；所述底板14上还设有支撑架8、丝杠支撑架16和液压缸固定座12。

进一步的，所述丝杠2贯穿安装在丝杠支撑架16上且丝杠2通过轴承与丝杠支撑架16转动配合；所述丝杠支撑架16通过螺栓固定在底板14上。

进一步的，所述液压缸11的缸底铰接在液压缸固定座12上；所述液压缸固定座12通过螺栓固定在底板14上。

进一步的，所述转动轴7贯穿安装在支撑架8上，且转动轴7通过滑动轴承与支撑架8转动配合；所述转动轴7的一端设有角度传感器9，另一端连接有被测试零件6。

如图4所示，该设备还包括与液压缸11相连的液压系统；所述液压系统包括液压油箱、液压泵21、比例溢流阀24和换向阀22；所述液压泵21的一端接液压油箱，另一端经换向阀22接液压缸11，所述比例溢流阀24的一端接液压油箱，另一端接换向阀22。所述液压泵21的吸油口通过管道插入液压油箱内，出油口连接换向阀22和比例溢流阀24，换向阀22接液压缸11，所述比例溢流阀24的一端接液压油箱，另一端连接液压泵21的出油口。

进一步的，该设备还包括PLC控制系统、触摸屏和低压电器元件。

本发明的工作原理为：

图3为被测试零件的结构示意图，其一端设有花键17。采用本发明所述的试验设备来对该被测试零件的花键的扭转强度进行测试。人工将被测试零件6通过法兰与扭矩传感器5连接，被测试零件6的另一端通过花键与转动轴7连接。试验时，液压缸11的有杆腔进油，使液压缸活塞杆拉动拨杆10产生扭矩，并将扭矩传递给转动轴7，转动轴7上的扭矩通过花键17传递给被测试零件6。被测试零件6上加载的扭矩大小通过扭矩传感器5进行检测，被测试零件6的变形量通过角度传感器9检测。从而可测量被测试零件6在不同扭矩下变形量和破坏时的最大扭矩。该试验设备加载的扭矩大小试验人员可在触摸屏进行设置，控制系统采集是扭矩传感器5实际加载到被测试零件6上的扭矩，与设定扭矩进行PID运算，调节液压系统中的比例溢流阀24的压力，进而调节液压缸11的进油压力，实现加载扭矩的精准控制。所述的扭转疲劳试验是通过设定好比例溢流阀24的压力后，通过电磁换向阀22对液压缸11进行频繁换向，实现对被测试零件6不同方向或同一方向的扭矩反复加载，从而实现扭转疲劳试验。

综上所述，本发明采用液压缸进行加载，可以实现大加载扭矩，本发明能够对传动轴，花键轴，联轴器，离合器等传递扭矩的零件进行扭转强度检测和疲劳强度试验，能够精确地验证零件的扭转强度和变形量，从而对零件进行优化设计，以更好地保证产品的质量和控制生产成本。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：包括支撑机构以及位于支撑机构上方的扭矩加载机构和移动机构；所述扭矩加载机构包括液压缸、与液压缸活塞杆铰接相连的拨杆、与拨杆固定相连的转动轴以及与移动机构相连的扭矩传感器。

2.根据权利要求1所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：所述移动机构包括丝杠、套设在丝杠上与丝杠螺纹配合的螺母、与螺母连接的移动支架、固定在移动支架下方的滑块、设置在滑块下方且固定在支撑机构上的直线导轨；所述丝杠的端部连接有手轮；所述扭矩传感器安装在移动支架上。

3.根据权利要求2所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：所述支撑机构包括底板和设置在底板下方的若干支腿；所述直线导轨安装在底板上，所述底板上还设有支撑架、丝杠支撑架和液压缸固定座。

4.根据权利要求3所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：所述丝杠贯穿安装在丝杠支撑架上且丝杠通过轴承与丝杠支撑架转动配合；所述丝杠支撑架通过螺栓固定在底板上。

5.根据权利要求3所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：所述液压缸的缸底铰接在液压缸固定座上；所述液压缸固定座通过螺栓固定在底板上。

6.根据权利要求3所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：所述转动轴贯穿安装在支撑架上，且转动轴通过滑动轴承与支撑架转动配合；所述转动轴的一端设有角度传感器，另一端连接有被测试零件；被测试零件连接在扭矩传感器与转动轴之间，一端通过法兰与扭矩传感器相连，另一端通过花键与转动轴相连。

7.根据权利要求5所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：该设备还包括与液压缸相连的液压系统；所述液压系统包括液压油箱、液压泵、比例溢流阀和换向阀；所述液压泵的吸油口通过管道插入液压油箱内，出油口连接换向阀和比例溢流阀，换向阀接液压缸，所述比例溢流阀的一端接液压油箱，另一端连接液压泵的出油口。

8.根据权利要求1所述的一种基于液压缸加载的扭转强度试验设备，其特征在于：该设备还包括PLC控制系统、触摸屏和低压电器元件。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的基于液压缸加载的扭转强度试验设备的试验方法，其特征在于：该扭转强度试验设备的试验方法包括扭转强度试验和扭转强度疲劳试验两种；

所述扭矩强度试验具体包括以下步骤：

S1、人工将被测试零件通过法兰与扭矩传感器连接，被测试零件的另一端通过花键与转动轴连接；

S2、液压缸有杆腔进油，使液压缸活塞杆收缩拉动拨杆，拨杆以转动轴的中心为轴线进行转动，产生扭矩，并将扭矩传递给转动轴，转动轴上的扭矩通过花键传递给被测试零件，对被试零件施加设定的扭矩；

S3、采用扭矩传感器获取被测试零件上加载的扭矩大小，采用角度传感器获取被测试零件的变形量；

S4、通过扭矩传感器与液压系统中的比例溢流阀进行PID运算，对液压缸的进油压力进行调节，进而对液压缸输出力进行调节，以对被测试零件的加载扭矩进行调节；

所述扭转强度疲劳试验具体包括以下步骤：

当进行扭转强度疲劳试验时，设定好比例溢流阀的压力后，通过电磁换向阀按一定频率对液压缸进行换向，对被测试零件进行不同方向或同一方向的扭矩反复加载，从而对被测试零件进行扭转疲劳试验。

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