CN113884260B - 振级放大振动疲劳试验夹具 - Google Patents

Abstract

一种振级放大振动疲劳试验夹具，包括转接底座、调频垫块、放大梁、T型螺栓和调频紧固件，两个调频垫块分别由T型螺栓的螺杆穿过第二连接孔和长槽，然后由螺母紧固，还分别由调频紧固件再穿过第一连接孔，调频紧固件在第一连接孔和第三连接孔处固定，借此将调频垫块固定在支撑面，并在第一方向和第二方向施加约束，从而可在垂直方向及水平方向对调频垫块施加约束，因此保证了夹具自身振动特性的稳定性，精确调节放大梁的固有频率，以满足不同型号、不同级数的叶片的试验频率要求。

Description

振级放大振动疲劳试验夹具

技术领域

本发明涉及结构部件的测试领域，具体涉及振动疲劳测试领域。

背景技术

叶片是航空发动机的关键零部件，对发动机的整体性能特别是安全性和可靠性影响重大，且航空发动机叶片级数多、工作环境复杂，这就决定了航空发动机在研制的过程中需要进行大量的叶片振动疲劳试验，以获取叶片寿命等试验数据支撑发动机设计。

目前国内叶片振动疲劳试验时，工装夹具的设计主要有刚性传递和振级放大两种思路。刚性传递振动疲劳试验夹具可将振动台试验器的振动量级等额传递至被试件，但由于振动台推力在高频段降低的客观条件，和高频率下被试件振幅值较低而振幅测量精度受影响等因素，刚性传递振动疲劳试验夹具不太适用于高频下的叶片振动疲劳试验。而对于高压压气机、高压涡轮叶片，其固有频率一般较高，且试验阶次可能为二阶、三阶乃至更高阶次，这就需要振动台给叶片提供高频激励。与此同时在高频激励下，为使叶片达到试验应力水平，需要振动台台面比较大的振动加速度。这需要振动台在较大功率下工作而增加能源消耗、增加试验成本，同时可能因振动台推力有限无法使叶片达到试验应力水平而造成试验无法进行。振级放大振动疲劳试验夹具基于共振原理，可将振动台试验器的振动量级放大后传递至被试件，可以解决高频段内振动台推力不足的问题，也可以提高被试件振幅值从而降低测试误差。但振级放大振动疲劳试验夹具大都根据确定的被试件频率特别设计，固有频率固定，振级放大的频率带宽固定，难以适应不同航空发动机的不同级数叶片，且根据不同级数叶片设计不同的振级放大振动疲劳试验夹具即增加了资金成本，也增加了时间周期。国内传统的航空发动机叶片振动疲劳试验工装夹具的刚性传递形式无法在高频段内有效使用，此外振级放大形式的工装夹具固有频率固定、振级放大的频率带宽固定，不能适用不同航空发动机的不同级数叶片。为解决在高频段内不同型号航空发动机不同级数叶片振动疲劳试验工装夹具的通用性问题，减小资金成本和时间周期，需要一种固有频率可以连续调节、振级放大的航空发动机叶片振动疲劳试验装置。并且，常见的频率可连续调节的振级放大装置中所使用的垫块，容易在振动疲劳试验过程中受到微动磨损或者振动冲击造成的位置移动，从而影响装置共振频率的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种振级放大振动疲劳试验夹具，可在两个方向对调频垫块进行约束，从而在试验中根据实际况灵活精确调整夹具共振频率。

所述振级放大振动疲劳试验夹具包括转接底座，提供沿第一方向延伸的T形槽和平行于所述第一延伸方向的支撑面；

调频垫块，在所述支撑面上可滑动设置，所述调频垫块具有所述第一方向的第一连接孔以及第二方向的第二连接孔，所述第二方向垂直于所述第一方向；

放大梁，沿所述第一方向设置，由两所述调频垫块支撑，提供有零件固定部、位于所述零件固定部两侧的长槽以及在两端分别向下凸出的安装部，所述安装部提供第一方向的第三连接孔；

T型螺栓，包括T形头和螺杆，所述T形头在所述T形槽中可滑动设置，所述螺杆从所述T形槽中穿出；

调频紧固件，穿过所述第三连接孔，沿所述第一方向延伸；

其中，两所述调频垫块分别由所述T型螺栓的螺杆穿过所述第二连接孔、所述长槽，然后由螺母紧固，还分别由所述调频紧固件再穿过所述第一连接孔，所述调频紧固件在所述第一连接孔和所述第三连接孔处固定，借此将所述调频垫块固定在所述支撑面，并在所述第一方向和所述第二方向施加约束。

所述的振级放大振动疲劳试验夹具上每一个所述调频垫块对应两个所述调频紧固件，平行地与所述调频垫块的两个所述第一连接孔连接。

所述零件固定部为固定被测试零件基端的窗口，所述窗口朝向第三方向，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。

所述转接底座提供多个孔，以便于通过多个螺栓连接在振动台上。

所述调频紧固件为调频螺栓，与所述第一连接孔和所述第三连接孔分别螺纹连接。

本发明通过T型螺栓和调频紧固件同时将调频垫块分别在垂直方向及水平方向进行约束，可避免叶片振动疲劳试验过程中调频垫块的位置变化导致夹具振动特性发生改变，从而精确调整夹具共振频率，以实现最佳振动放大作用。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为振级放大振动疲劳试验夹具的结构主视图。

图2为振级放大振动疲劳试验夹具的结构示意图。

图3为沿图1中A-A方向的剖面图。

图4为放大梁示意图。

图5为调频垫块示意的立体图。

图6为调频垫块示意的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和图1至图6对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，转接底座1提供沿第一方向X延伸的T形槽11和平行于所述第一方向X的支撑面12，转接底座1上提供多个孔，以便于通过多个螺栓连接在振动台上，以实现支撑面12与振动台的紧固配合，如附图所示多个连接螺栓18穿过所述孔与振动台(图中未示出)连接。调频垫块2在支撑面12上可滑动设置，结合图5和图6可知，调频垫块2具有第一方向X的两个第一连接孔21以及第二方向Z的第二连接孔22，所述第二方向Z与第一方向X垂直。

回到图1和图2，转接底座1支撑着放大梁3，放大梁3沿所述第一方向X设置，并由两个调频垫块2支撑，提供有零件固定部31、位于所述零件固定部两侧的长槽32以及在两端分别向下凸出的安装部34，安装部34提供第一方向X的第三连接孔33。下面结合图4对放大梁的结构进行阐述，零件固定部31为固定被测试零件5基端的窗口，所述窗口朝向第三方向Y，第三方向Y垂直于第一方向X和第二方向Z，由此可避免测量装置在振动试验中对被测试件5产生干扰而引起测量误差。长槽32位于零件固定部31两侧，用以容纳T型螺栓4；放大梁3两端分别向下凸出有安装部34，安装部34提供第一方向X的第三连接孔33，以供调频紧固件10穿过。放大梁3的目的在于将振动台台面的振动水平放大几倍至几十倍传递给被测件，即振动台可以用较低的推力就可以实现原本需要较高推力才能实现的叶片应力水平，以实现振级放大的目的。

此外，T型螺栓4包括T型头42和螺杆41，T形头42在T形槽11中可滑动设置，螺杆41从T形槽11中穿出。螺杆41穿过长槽32和调频垫块2的第二连接孔22至T形槽11，至此，T型螺栓4在T形槽11和长槽32中可滑动设置。由于螺杆41穿过第二连接孔22，因此T型螺栓4可在第二方向Z上约束调频垫块2。通过滑动两个T型螺栓4的位置，可改变两个调频垫块2之间的距离，由此调节放大梁的跨度，进而改变装置的共振频率，实现装置的共振频率连续调整。

除了T型螺栓4对调频垫块2在第二方向Z上的约束，调频垫块2在第一方向X上被调频紧固件10约束。调频紧固件10穿过第三连接孔33，沿第一方向X延伸，具体而言，调频紧固件10连接第一连接孔21，在第一连接孔21和第三连接孔33处固定，进而使得调频垫块2在第一方向X上被约束，从而避免振动疲劳试验过程中微动磨损导致的调频垫块2的位置发生改变，保证夹具自身振动特性的稳定性。由此，两调频垫块2分别由T型螺栓4的螺杆41穿过第二连接孔22、长槽32，然后由螺母紧固，还分别由调频紧固件10再穿过第一连接孔21，调频紧固件10在第一连接孔21和第三连接孔33处固定，借此将调频垫块2固定在支撑面12，并在第一方向X和第二方向Z施加约束。

如图2所示，一个调频垫块2分别对应两个调频紧固件10，两个调频紧固件10平行地与调频垫块2的两个第一连接孔21连接，可以更加稳定的固定调频垫块2。在另一个实施方式中，调频紧固件10的数量为一个。在附图中，调频紧固件10为调频螺栓，与第一连接孔21和第三连接孔33分别螺纹连接。在另一个实施方式中，也可通过连接孔内外侧的一对内外螺母将调频紧固件10分别压紧于第三连接孔33和第一连接孔21，只要起到固定调频垫块2的作用即可。

下面结合图1和图3对本发明的夹持部位进行简单叙述。被测试零件5通过顶紧螺栓7和顶紧垫块9沿第三方向Y顶紧安装在零件固定部31，第三方向Y垂直于第一方向X和第二方向Z。压紧螺栓8沿第二方向Z压紧零件固定部31，从而将被测试零件5固定在放大梁3内。

下面对疲劳实验的步骤进行说明。

使用零件固定部31夹好被测试零件5后启动振动台。放大梁3基于共振原理，可在自身共振带内将振动台台面及转接底座1传递的振动参数水平(加速度、速度、位移等)放大几倍至几十倍，并传递至零件固定部31，进而传递至被测试零件5，实现振动疲劳测试。

T型螺栓4可在T形槽11中滑动，由于螺杆41穿过调频垫块2，因此两个调频垫块2之间的距离进而根据T型螺栓4在T形槽11和长槽32中的滑动而改变位置。在通过拧紧螺母将T型螺栓4固定前，可通过顺时针/逆时针旋转调频紧固件10，此时调频紧固件10调整位置，从第一方向上X约束调频垫块2。当两个调频垫块2之间的距离确定后，放大梁3的跨度被改变，从而改变装置系统的结构刚度，实现无级调节放大梁的固有频率，此时可继续进行不同频率下的叶片振动疲劳测试试验。

因此，该装置可以实现振级放大，同时还可以实现放大频率带宽的调整，实现固有频率的连续可调节，以满足不同型号、不同级数的叶片的试验频率要求。由于调频垫块分别在第一方向X及第二方向Z被施加约束，可以起到更好的固定作用，避免叶片振动疲劳试验过程中调频垫块的位置变化导致夹具振动特性发生改变，具有更高的实用价值。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (5)

1.振级放大振动疲劳试验夹具，其特征在于，包括：

转接底座，提供沿第一方向延伸的T形槽和平行于所述第一方向的支撑面；

调频垫块，在所述支撑面上可滑动设置，所述调频垫块具有所述第一方向的第一连接孔以及第二方向的第二连接孔，所述第二方向垂直于所述第一方向；

放大梁，沿所述第一方向设置，由两所述调频垫块支撑，提供有零件固定部、位于所述零件固定部两侧的长槽以及在两端分别向下凸出的安装部，所述安装部提供第一方向的第三连接孔，所述零件固定部为固定被测试零件基端的窗口，形成所述零件固定部的框体与所述放大梁一体设置；

T型螺栓，包括T形头和螺杆，所述T形头在所述T形槽中可滑动设置，所述螺杆从所述T形槽中穿出；

调频紧固件，穿过所述第三连接孔，沿所述第一方向延伸；

其中，两所述调频垫块分别由所述T型螺栓的螺杆穿过所述第二连接孔、所述长槽，然后由螺母紧固，还分别由所述调频紧固件再穿过所述第一连接孔，所述调频紧固件在所述第一连接孔和所述第三连接孔处固定，借此将所述调频垫块固定在所述支撑面，并在所述第一方向和所述第二方向施加约束。

2.如权利要求1所述的振级放大振动疲劳试验夹具，其特征在于，对应一个所述调频垫块，两个所述调频紧固件平行地与所述调频垫块的两个所述第一连接孔连接。

3.如权利要求1所述的振级放大振动疲劳试验夹具，其特征在于，所述窗口朝向第三方向，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。

4.如权利要求1所述的振级放大振动疲劳试验夹具，其特征在于，所述转接底座提供多个孔，以便于通过多个螺栓连接在振动台上。

5.如权利要求1所述的振级放大振动疲劳试验夹具，其特征在于，所述调频紧固件为调频螺栓，与所述第一连接孔和所述第三连接孔分别螺纹连接。