CN113654779B - 一种用于锥面应力松弛测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应力松弛测试装置，可对锥型结构件进行加载试验。用于锥面应力松弛测试的装置，包括圆型底座，圆型支撑，锥面配合结构，施力螺母，力学传感器，以及光学测距及其支撑结构。所述圆型支撑通过连接件固定在底板上，通过圆型底板增加测试装置的稳定性，圆型支撑与锥型配合件，通过连接件连接，锥型件由锥面与锥型配合件内壁进行接触，同时下端由施力螺母紧固，在锥面后端由力传感器记录试验过程中应力变化，由激光传感器通过测量锥面后四根立柱位移。本发明实现了锥型结构应力松弛的检测，同时能够对结构件的位移进行测量，操作方便，并可适用于多种锥型结构的应力松弛测试。本发明可用于试验研究不同锥度的结构件在不同受力情况下对应力松弛的影响。

Description

一种用于锥面应力松弛测试的装置及方法

技术领域

本发明属于试验设备领域，具体涉及一种用于锥面应力松弛测试的装置及方法。

背景技术

应力松弛对精密结构中有着重大的影响。应力松弛现象使得装配后零件内部应力随时间缓慢降低，使高精密结构件在受力状态上发生变化，最终导致结构的精度变差，对高精密结构的精度和稳定性产生影响。然而，目前用于测量应力松弛的装置较少，无法全面的对各种结构的应力松弛进行评价。而且对于特定结构：锥面结构的高精密结构件，还没有能够进行测试的装置。

为了能够对高精度锥面结构的应力松弛进行测试，需要对高精度锥面结构测试装置进行设计。

目前尚无测试装置以及方法满足上述试验需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于锥面应力松弛测试的装置，能够对锥面结构进行应力松弛的测试。

本发明还提供了上述装置的测量方法。

本发明解决锥面应力松弛测试问题所采用的技术方案是：

一种用于锥面应力松弛测试的装置，包括圆型底座，圆型支撑，施力螺母，锥面配合结构，力学传感器，以及光学测距系统。所述圆型支撑通过连接件固定在底板上，通过圆型底板增加测试装置的稳定性。

优选地，所述施力螺母与锥面配合件之间有两个圆型垫圈，可以减少在使用施力螺母进行紧固时的平面摩擦力，同时可以对锥面配合件的表面进行保护。

优选地，所述施力螺母与相应的力矩扳手配合，得到所需的力矩以及换算出施力螺母的预紧力。

优选地，所述圆型支撑在内壁开有小孔，可以使得装置在实验时，快速达到实验所需的温度，增加热交换。

优选地，所述锥面配合结构包括锥面配合件以及锥型件。

优选地，所述圆型支撑与底板之间采用螺栓连接，圆型支撑与锥面配合件也采用螺栓连接，其中锥面配合件的内壁可以根据实验所需的锥型件进行配套选择，改变内壁的大小以及锥度。

优选地，所述锥面配合件的材料采用杨氏模量较小的材料，同时外壁较小，用来减小锥面配合件的刚度，使得应力松弛现象更加明显。

优选地，所述锥面配合件在下端处有螺纹，与施力螺母相接触，同时在螺纹下端圆柱型增加两个平行平面，在装夹时可以起到方便夹持的作用。

优选地，所述锥型件的内壁基础型为光滑型，但是也可以加工不同形状的凹槽，用来减少锥型件的刚度，使得应力松弛现象更加明显。

优选地，所述光学测距系统包括通透型支撑、测距立柱、顶盖支撑板、支撑杆、固定板、以及激光位移传感器。

优选地，所述锥型件在其大端侧加工五个螺纹孔，其中在外缘的四个螺纹孔与测距立柱相配合，轴心处孔与力传感器相配合。

优选地，所述测距立柱为圆柱型光轴，其底端加工螺纹，且光轴较长，使得发生位移时方便激光位移传感器测出。

优选地，所述通透型支撑采用刚度较大的材料，同时增加内壁厚度，以增加光学测距系统的刚性，同时在其内壁开有通孔，一方面可以增加热交换，使系统整体温度均匀变化，另一方面方便将力传感器末端线理出。

优选地，所述顶盖支撑板，其中有多个孔，使得测距立柱可被激光位移传感所检测，同时在外围开圆型槽，方便安装时可以旋转到任意角度。

优选地，所述激光位移传感器可以选择不同型号，相应选择不同的支撑组件以及测距立柱即可。

用于锥面应力松弛测试的装置的加载方法，包括以下步骤：

1)将锥面配合结构进行配合，旋入施力螺母，选用合适的紧固力；

2)将装置装配完成，放入温箱进行测量。

3)力传感器测量应力的变化，用激光位移传感器测量测距光柱的位移变化。

优选地，在上述步骤3)后，如需更改紧固力的大小或锥型件的尺寸大小，则重复步骤1到步骤3即可。

本发明的有益效果：本发明实现了锥面配合结构的轴向加载，对锥面应力松弛可以采用力和变形同时进行检测，轴向载荷大小的调整范围大，操作方便，并且本发明可适用于多种尺寸锥型件的轴向加载及应力松弛检测。

附图说明

图1为本发明的适用于锥面应力松弛测试的装置的主视图；

图2为本发明的适用于锥面应力松弛测试的装置的局部半剖视图；

其中1.底板、2.圆型支撑、3.施力螺母、4.垫片、5.锥面配合件、6.锥型件、7.通透型支撑、8.测距立柱、9.力传感器、10.顶盖支撑板、11.支撑杆、12.固定板、13.激光位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述：

如图1和图2所示，本装置由圆型底座1，圆型支撑2，施力螺母3，锥面配合结构4、5、6，力学传感器9，以及光学测距系统7、8、10、11、12、13。其中，圆形支撑2通过螺钉与底板1固定，锥面配合结构通过螺钉与圆型支撑2固定。

施力螺母3与锥面配合结构中的锥型件6小端测相固定，光学测距系统的测距立柱8以及力学传感器9与锥型件6大端侧相固定。光学测距系统中的通透型支撑7与锥面配合件5通过螺钉固定，顶盖支撑板10通过滑槽与通透型支撑7使用螺钉固定，支撑杆11与顶盖支撑板10相固定，固定板12通过螺钉与支撑杆11固定，激光位移传感器通过螺钉与固定板12相固定。

其中锥型件6大端侧可以提供4个测距立柱位置，可根据需求自主更改测距立柱的数量。与此相同，在顶盖支撑板10上提供4个支撑杆位置，可根据自身需求更改激光位移传感器数量，同时，如有其它需求可以对顶盖支撑板10进行结构上的更改。

支撑杆11与固定板12配合采用螺钉压紧的方式，可以自由更改固定板的高度，实现不同激光位移传感器的量程需求。力传感器9后端与顶盖支撑板10通过螺钉固定，在力传感器9与顶盖支撑板10之前留有空隙，保证力传感器在测量时始终保持在受拉状态。

本发明的径向加载方法包括以下步骤：

1)将锥型件(6)放入锥面配合件中(5)，在锥型件小端放入垫片(4)以及施力螺母(3)进行预紧，只需垫片(4)与锥面配合件(5)轻轻接触即可；

2)将力传感器(9)与锥型件(6)大端处用螺钉配合，之后将测距立柱(8)与锥型件(6)大端处配合，使得测距立柱与锥型件大端面相垂直。

3)将激光位移传感器(13)通过螺钉与固定板(12)固定，再将支撑杆(11)从固定板(12)内壁处插入，使用量尺测距，使得激光位移传感器测量面与支撑杆台阶处的距离在激光位移传感器的量程范围内。

4)将通透型支撑(7)与锥面配合件(5)使用四个螺钉进行固定，采用对角预紧的方法使得通透型支撑下表面与锥面配合件上表面相平行。

5)将顶盖支撑板(10)用螺钉与通透型支撑(7)固定，此时应该旋转顶盖支撑板，将测距立柱以及力传感器定位孔对准顶盖支撑板的孔，然后使用螺钉穿过顶盖支撑板与力传感器相固定，再将力传感器传输线通过通透型支撑侧面孔中理出，避免干涉。

6)将激光位移传感器组装好的组件通过顶盖支撑板(10)的配合孔进行固定。旋转支撑杆，使得激光位移传感器测量位置与测距立柱在同一轴线上。

7)使用扭矩扳手对施力螺母(3)进行加载，达到合适的数值后停下。

8)将上述整体通过螺钉与圆型支撑(2)的上端面固定。

9)将圆型支撑通过螺钉固定在底板(1)上。

10)将整个装置放入温箱中，设定温度，便可以通过力传感器以及激光位移传感器对锥型件的应力松弛现象进行测量。

本发明提供了一种压力加载装置，可对锥型结构件进行加载试验。实现了锥型结构应力松弛的检测以及对结构件位移的测量，并可适用于多种锥型结构的应力松弛测试。本发明可用于试验研究不同锥度的结构件在不同受力情况下对应力松弛的影响。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于锥面的应力松弛测试的装置，其特征在于，包括圆型底座（1）、圆型支撑（2）、施力螺母（3）、锥面配合结构、力传感器（9），以及光学测距系统；

其中，锥面配合结构包括：垫片（4）和锥面配合件（5）；所述锥面配合件（5）为内设有与锥型件（6）中锥形外侧面配合的锥形腔体结构；

所述光学测距系统包括通透型支撑（7）、测距立柱（8）、顶盖支撑板（10）、支撑杆（11）、固定板（12）和激光位移传感器（13）；所述通透型支撑（7）为两端贯穿的T型腔体结构，所述通透型支撑（7）的大端部安装于所述锥面配合件（5）的一端，所述通透型支撑（7）的小端部安装于所述顶盖支撑板（10），所述顶盖支撑板（10）的板面上的通孔贯穿测距立柱（8），所述测距立柱（8）用于均匀分布设置在所述锥型件（6）的大端部上，所述顶盖支撑板（10）的板面上还安装有支撑杆（11），所述支撑杆（11）的预设位置处还安装有固定板（12），所述固定板上安装有激光位移传感器（13），以使所述激光位移传感器（13）发射的激光能够照射在所述测距立柱（8）相对于所述通孔的活动范围内；

所述圆型底座（1）上安装有圆型支撑（2），所述圆型支撑（2）上安装有所述锥面配合件（5）；

在测试所述锥型件（6）的锥面的应力松弛时，所述锥型件（6）贯穿并配合安装于所述锥面配合件（5）的锥形腔体内，所述锥型件（6）贯穿所述锥面配合件（5）后的小端部段通过所述垫片（4）与施力螺母（3）螺纹连接；所述锥型件（6）的大端部段连接于所述力传感器（9）；在外力施加施力螺母（3）沿着所述锥型件（6）外侧壁螺纹转动的情况下，所述锥型件（6）带动所述测距立柱（8）在所述通孔内移动，所述力传感器（9）测量外力施加于施力螺母（3）下所述锥型件（6）和锥面配合件（5）耦合作用下的力值，所述激光位移传感器（13）产生的激光照射于测距立柱（8），以测量测距立柱（8）的移动位移。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锥型件（6）为圆锥型或棱锥型。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锥面配合结构还包括：锥型件（6），所述锥型件（6）的外侧壁为光滑面或设有凹槽的表面。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测距立柱为两个，所述激光位移传感器产生激光时设置的测量点与支撑杆（11）中心轴线的距离和测距立柱（8）中心轴线到支撑杆（11）中心轴线的距离相等。

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