CN114252346A - 一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，包括试样轮和试样轴，试样轮的安装孔过盈配合连接试样轴，试样轮固定连接有旋转驱动装置，试样轴转动设置在夹持装置中，夹持装置上设置有直线驱动装置，直线驱动装置的驱动方向垂直于试样轴的轴线方向，夹持装置处设置有循环水冷装置，旋转驱动装置和直线驱动装置均设置在工作台上。本发明中，旋转驱动装置对过盈配合的试样轮和试样轴施加旋转荷载，直线驱动装置对过盈配合的试样轴和试样轮施加弯曲荷载，循环水冷装置进行循环水冷，使过盈配合的试样轴和试样轮在常温环境条件下旋转并承受产生弯矩的恒定力，从而对过盈配合的试样轴和试样轮进行旋转条件下承受弯曲力矩的疲劳性能测试。

Description

一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置
技术领域
本发明涉及疲劳试验装置技术领域，具体涉及一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置。
背景技术
金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程；当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。
而微动是指两个相互接触的物体表面间出现的十分微小的相对滑动，其位移幅值通常为几微米至几十微米。微动行为会导致接触面间出现微动磨损和微动疲劳，尤其是当过盈配合装配在一起的两个物体接触表面受到旋转弯曲载荷时，表面极易因微动现象而产生疲劳裂纹，从而导致结构因微动疲劳而失效。
而轮对作为一种典型的过盈配合结构，其在服役过程中同时受旋转和弯曲荷载，因此轮对过盈配合部位边缘会产生严重的微动损伤；目前，实验室常采用材料类的微动疲劳试验机进行微动疲劳试验，暂时没有试验机可以进行过盈配合结构旋转弯曲载荷微动疲劳试验。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种结构简单的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，包括等比例缩小的试样轮和试样轴，试样轮的安装孔过盈配合连接试样轴，试样轮固定连接有旋转驱动装置，试样轴转动设置在夹持装置中，夹持装置上设置有直线驱动装置，直线驱动装置的驱动方向垂直于试样轴的轴线方向，夹持装置处设置有循环水冷装置，旋转驱动装置和直线驱动装置均设置在工作台上。
采用上述技术方案的有益效果为：旋转驱动装置对过盈配合的试样轮和试样轴施加旋转荷载，直线驱动装置对过盈配合的试样轴和试样轮施加弯曲荷载，循环水冷装置进行循环水冷，使过盈配合的试样轴和试样轮在常温环境条件下旋转并承受产生弯矩的恒定力，从而对过盈配合的试样轴和试样轮进行旋转条件下承受弯曲力矩的微动疲劳性能测试。
进一步地，还包括固定设置在工作台上的外壳和滑动设置在工作台上的防护罩，旋转驱动装置位于外壳内，试样轮、试样轴和夹持装置均位于防护罩内，防护罩的一端设置在外壳内。
采用上述技术方案的有益效果为：固定设置在工作台上的外壳对旋转驱动装置进行遮挡，避免测试人员在测试过程中过于靠近旋转驱动装置而导致安全事故的发生；滑动设置在工作台上的防护罩则方便测试人员安装试样轮和试样轴，当需要将试样轮和试样轴安装到主轴和夹持装置上时，滑动防护罩使得主轴一端和夹持装置漏出即可；另一方面，防护罩也起到安全防护的效果，试验开始前，需要滑动防护罩，使得防护罩遮挡试样轮、试样轴、夹持装置和主轴，避免试样疲劳断裂后崩出导致安全事故的发生。
进一步地，夹持装置包括轴承座，试样轴通过滚动轴承转动设置在轴承座中。
采用上述技术方案的有益效果为：滚动轴承将试样轴与轴承座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失。
进一步地，滚动轴承的内圈与试样轴之间设置有中空的锥形弹性涨套。
采用上述技术方案的有益效果为：滚动轴承通过锥形弹性涨套夹紧试样轴，对中性好，可自动调心，能够可靠地夹持试样并有利于加载。
进一步地，直线驱动装置包括固定在工作台上的直线驱动机构，直线驱动机构的输出端设置有轮辐传感器，轮辐传感器通过弹簧连接轴承座。
采用上述技术方案的有益效果为：直线驱动机构输出荷载，并依次通过轮辐传感器、弹簧传递给轴承座，从而将弯曲荷载传递给试样轴；另外，轮辐传感器主要用于测量确认加载力的大小，即主要用于测量试样轴上所受弯曲荷载的大小；而弹簧具有减振作用，从而保证平稳加载。
进一步地，旋转驱动装置包括固定在工作台上的旋转驱动机构，旋转驱动机构的输出端通过联轴器连接有连接器，连接器的一端连接有主轴，主轴的一端可拆卸连接试样轮。
采用上述技术方案的有益效果为：旋转驱动机构输出荷载，并依次通过联轴器、连接器和主轴将荷载传递给试样轮，从而给试样轮施加转动荷载；主轴的一端可拆卸连接试样轮，方便装卸试样。
进一步地，循环水冷装置包括设置在水箱中的水泵，水泵的一端通过入水管连通轴承座。
采用上述技术方案的有益效果为：水泵将水箱中的水泵入轴承座，从而给滚动轴承降温，防止滚动轴承持续工作加热导致失效。
进一步地，轴承座中设置有通道，通道的两端分别通过入水管和出水管连通水泵和水箱。
采用上述技术方案的有益效果为：轴承座中设置通道，使水能够在轴承座中流动，增大水与轴承座的接触面积，有利于吸收轴承座的热量，从而对滚动轴承进行降温；另外，入水管、通道、出水管、水箱和水泵构成循环的冷却路径。
进一步地，还包括设置在工作台侧面的电控盒，电控盒内设置有控制器，控制器电连接轮辐传感器、直线驱动机构和旋转驱动机构。
采用上述技术方案的有益效果为：控制器电连接轮辐传感器、直线驱动机构和旋转驱动机构，有利于进行限位保护，当直线驱动机构的位移幅值过大时，轮辐传感器测量的加载力过大，控制器自动关闭直线驱动机构和旋转驱动机构。
进一步地，工作台的两端设置有吊装螺栓。
采用上述技术方案的有益效果为：工作台的两端设置有吊装螺栓，方便试验装置的吊装。
本发明的有益效果为：旋转驱动装置对过盈配合的试样轮和试样轴施加旋转荷载，直线驱动装置对过盈配合的试样轴和试样轮施加弯曲荷载，循环水冷装置进行循环水冷，使过盈配合的试样轴和试样轮在常温环境条件下旋转并承受产生弯矩的恒定力，从而对过盈配合的试样轴和试样轮进行旋转条件下承受弯曲力矩的疲劳性能测试。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图3中A-A处的剖视图；
图5为本发明中弹性涨套的安装示意图；
其中，1、直线驱动机构，2、轮辐传感器，3、吊装螺栓，4、工作台，5、弹簧，6、轴承座，7、滚动轴承，8、弹性涨套，9、试样轴，10、试样轮，11、防护罩，12、外壳，13、主轴，14、连接器，15、联轴器，16、旋转驱动机构，17、减振胶垫，18、电控盒，19、机架，20、水箱，21、滑轨，22、滑槽，23，入水管，24、通道，25、出水管。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1-5所示，一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，包括等比例缩小的试样轮10和试样轴9，试样轮10的安装孔过盈配合连接试样轴9，试样轮10固定连接有旋转驱动装置，试样轴9转动设置在夹持装置中，夹持装置上设置有直线驱动装置，直线驱动装置的驱动方向垂直于试样轴9的轴线方向，夹持装置处设置有循环水冷装置，旋转驱动装置和直线驱动装置均设置在工作台4上，工作台4下端设置机架19，机架19的底部设置减振胶垫17；其中，试样轴9和试样轮10可以根据实际轮对尺寸不同而变化尺寸。
旋转驱动装置对过盈配合的试样轮10和试样轴9施加旋转荷载，直线驱动装置对过盈配合的试样轴9和试样轮10施加弯曲荷载，循环水冷装置进行循环水冷，使过盈配合的试样轴9和试样轮10在常温环境条件下旋转并承受产生弯矩的恒定力，从而对过盈配合的试样轴9和试样轮10进行旋转条件下承受弯曲力矩的微动疲劳性能测试。
作为可选的实施方式，还包括固定设置在工作台4上的外壳12和滑动设置在工作台4上的防护罩11，旋转驱动装置位于外壳12内，试样轮10、试样轴9和夹持装置均位于防护罩11内，防护罩11的一端设置在外壳12内；固定设置在工作台4上的外壳12对旋转驱动装置进行遮挡，避免测试人员在测试过程中过于靠近旋转驱动装置而导致安全事故的发生；滑动设置在工作台4上的防护罩11则方便测试人员安装试样轮10和试样轴9，当需要将试样轮10和试样轴9安装到主轴13和夹持装置上时，滑动防护罩11使得主轴13一端和夹持装置漏出即可；另一方面，防护罩11也起到安全防护的效果，试验开始前，需要滑动防护罩11，使得防护罩11遮挡试样轮10、试样轴9、夹持装置和主轴13，避免试样疲劳断裂后崩出导致安全事故的发生；其中，防护罩11的下端设置有滑槽23，工作台4上设置有与滑槽23相匹配的滑轨21；另外，外壳12上设置开口和排风扇，以保证调频电机在室温环境下工作。
作为可选的实施方式，夹持装置包括轴承座6，试样轴9通过滚动轴承7转动设置在轴承座6中；滚动轴承7将试样轴9与轴承座6之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失；其中，滚动轴承7可选用双列调心轴承。
作为可选的实施方式，滚动轴承7的内圈与试样轴9之间设置有中空的锥形弹性涨套8；滚动轴承7通过锥形弹性涨套8夹紧试样轴9，对中性好，可自动调心，能够可靠地夹持试样并有利于加载。
作为可选的实施方式，直线驱动装置包括固定在工作台4上的直线驱动机构1，直线驱动机构1的输出端设置有轮辐传感器2，轮辐传感器2通过弹簧5连接轴承座6；直线驱动机构1输出荷载，并依次通过轮辐传感器2、弹簧5传递给轴承座6，从而将弯曲荷载传递给试样轴9；另外，轮辐传感器2主要用于测量确认加载力的大小，加载力为试样轴9上所受弯曲荷载；而弹簧5具有减振作用，从而保证平稳加载；其中，直线驱动机构1可选用电动伺服作动器。
作为可选的实施方式，旋转驱动装置包括固定在工作台4上的旋转驱动机构16，旋转驱动机构16的输出端通过联轴器15连接有连接器14，连接器14的一端连接有主轴13，主轴13的一端可拆卸连接试样轮10；旋转驱动机构16输出荷载，并依次通过联轴器15、连接器14和主轴13将荷载传递给试样轮10，从而给试样轮10施加转动荷载；主轴13的一端可拆卸连接试样轮10，方便装卸试样；其中，旋转驱动机构16可选用调频电机。
作为可选的实施方式，循环水冷装置包括设置在水箱20中的水泵，水泵的一端通过入水管23连通轴承座6；水泵将水箱20中的水泵入轴承座6，从而给滚动轴承7降温，防止滚动轴承7持续工作加热导致失效；其中水箱20设置在机架19内，且位于工作台4的下方。
作为可选的实施方式，轴承座6中设置有通道24，通道24的两端分别通过入水管23和出水管25连通水泵和水箱20；轴承座6中设置通道24，使水能够在轴承座6中流动，增大水与轴承座6的接触面积，有利于吸收轴承座6的热量，从而对滚动轴承7进行降温；另外，入水管23、通道24、出水管25、水箱20和水泵构成循环的冷却路径。
作为可选的实施方式，还包括设置在工作台4侧面的电控盒18，电控盒18内设置有控制器，控制器电连接轮辐传感器2、直线驱动机构1和旋转驱动机构16；控制器电连接轮辐传感器2、直线驱动机构1和旋转驱动机构16，有利于进行限位保护，当直线驱动机构1的位移幅值过大时，轮辐传感器2测量的加载力过大，控制器自动关闭直线驱动机构1和旋转驱动机构16；其中，控制器采用搭载有C51单片机的PCB板，也可采用全数字PC伺服控制器；使用全数字PC伺服控制器进行试验设定于各类曲线及试验数据的显示、转速及试验次数全数字设定、弯曲加载控制；控制器还可电连接数字式计数器，用于纪录试验次数。
作为可选的实施方式，工作台4的两端设置有吊装螺栓3，方便试验装置的吊装。

Claims (10)

1.一种过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，包括试样轮(10)和试样轴(9)，所述试样轮(10)的安装孔过盈配合连接试样轴(9)，所述试样轮(10)固定连接有旋转驱动装置，所述试样轴(9)转动设置在夹持装置中，所述夹持装置上设置有直线驱动装置，所述直线驱动装置的驱动方向垂直于试样轴(9)的轴线方向，所述夹持装置处设置有循环水冷装置，所述旋转驱动装置和直线驱动装置均设置在工作台(4)上。
2.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，还包括固定设置在工作台(4)上的外壳(12)和滑动设置在工作台(4)上的防护罩(11)，所述旋转驱动装置位于外壳(12)内，所述试样轮(10)、试样轴(9)和夹持装置均位于防护罩(11)内，所述防护罩(11)的一端设置在外壳(12)内。
3.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述夹持装置包括轴承座(6)，所述试样轴(9)通过滚动轴承(7)转动设置在轴承座(6)中。
4.根据权利要求3所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述滚动轴承(7)的内圈与试样轴(9)之间设置有中空的锥形弹性涨套(8)。
5.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述直线驱动装置包括固定在工作台(4)上的直线驱动机构(1)，所述直线驱动机构(1)的输出端设置有轮辐传感器(2)，所述轮辐传感器(2)通过弹簧(5)连接轴承座(6)。
6.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述旋转驱动装置包括固定在工作台(4)上的旋转驱动机构(16)，所述旋转驱动机构(16)的输出端通过联轴器(15)连接有连接器(14)，所述连接器(14)的一端连接有主轴(13)，所述主轴(13)的一端可拆卸连接试样轮(10)。
7.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述循环水冷装置包括设置在水箱(20)中的水泵，所述水泵的一端通过入水管(23)连通轴承座(6)。
8.根据权利要求7所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述轴承座(6)中设置有通道(24)，所述通道(24)的两端分别通过入水管(23)和出水管(25)连通水泵和水箱(20)。
9.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，还包括设置在工作台(4)侧面的电控盒(18)，所述电控盒(18)内设置有控制器，所述控制器电连接轮辐传感器(2)、直线驱动机构(1)和旋转驱动机构(16)。
10.根据权利要求1所述的过盈配合结构旋转弯曲微动疲劳试验装置，其特征在于，所述工作台(4)的两端设置有吊装螺栓(3)。
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