CN114689297B - 一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的试验台 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的试验台属于机械检测技术领域，涉及一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的通用试验台。该试验台由加载组件、载荷转化与采集组件、可动支撑组件三部分组成。该试验台中为避免过盈联接件受到附加弯矩作用，采用钢丝绳柔性加载结构。用激光位移传感器与扭矩传感器同步集成检测判断过盈联接失效情况，实现试验台的同步采集及数据处理功能；利用滚柱直线导轨与试件支座组合的支撑结构形式，在大批量过盈件传扭性能检测过程中，实现了试验台快速可动支撑的功能。试验台整体结构简单，操作方便，功能全面，精确可靠，扩大了过盈件传扭性能的检测范围，提高了过盈联接件传扭性能检测的准确性。

Description

一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的试验台

技术领域

本发明属于机械检测技术领域，涉及一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的通用试验台。

背景技术

过盈联接是实现轴套类零件传扭的主要静联接方式，而传扭性能是过盈联接件结构设计的重要依据及实际联接性能的主要评价指标。目前主要采用测力装置附加结构力臂或扭矩传感器附加联轴器的结构测量扭矩，后者中，联轴器通常采用弹性套柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎联轴器、膜片联轴器等弹性联轴器，以最大限度避免因零件加工误差、系统安装误差产生的加载轴不同心问题，从而减轻扭矩传感器输入输出轴段及过盈件的附加弯矩。但当过盈件壁厚较薄时，受到其结构的限制及安装加载方式的制约，以上常用扭矩检测方法存在较多问题，如附加弯矩易破坏过盈配合、试验用过盈件结构难以匹配联轴器输入轴、检测精度较低、安装困难等，尤其对于航空薄壁过盈联接件这种内外壁面带有复杂结构或刚度非均匀分布的薄壁回转件，当其受到附加弯矩作用时，薄壁回转件处于弯扭组合受载模式，极易发生失效，目前的扭矩检测方法难以实现对其传扭性能的检测。为准确测量包含薄壁件在内的过盈联接件的最大传扭性能，要求试验台具备施加纯扭矩载荷的功能。

专利号为CN103852202A，发明人为牟春宇等的发明专利“内水套与定子间过盈配合力的测试装置”，采用定子固定装置定位固定定子，利用定子与内水套的过盈配合将扭套扭臂上受到的压力传递至定子轴心，直至扭套发生转动，此时压力传感器示数与力臂的乘积作为最大扭矩，此专利采用的是测力装置附加力臂的检测方式。对航空薄壁回转件，采用这种方式检测扭矩时，扭套不易与具有特殊结构的过盈件进行连接，扭套上的压力产生的附加弯矩极易破坏薄壁过盈件，且检测方式精度较低，无法实现航空薄壁回转件要求的高精度传扭性能检测。

专利号为CN110530621A，发明人为徐建的发明专利“一种扶梯附加制动器扭矩试验台”，采用扭力传感器附加联轴器的方式，利用三相电机与减速器提供扶梯附加制动器的外力矩，可对测试工件进行正反转连续测试。但航空薄壁回转件的结构通常被严格的试件设计原则约束，预留的安装空间较小，难以匹配联轴器输入轴，且仍未完全消除联轴器带来的附加弯矩影响。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，为解决过盈联接件扭矩检测时易带有附加弯矩的问题，发明了一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的通用试验台。该试验台由加载组件、载荷转化与采集组件、可动支撑组件三部分组成。通过加载组件，将液压缸产生的推力转换为加载轴上的力矩载荷，实现扭矩传感器的扭矩载荷输入。通过载荷转化与采集组件，采用扭矩传感器对加载轴上扭矩载荷进行检测，并利用钢丝绳柔性传导方式将该扭矩载荷转化为过盈联接件输入轴端的纯扭矩载荷，避免过盈联接件上产生附加弯矩。采用可动支撑组件，可在大批量试件传扭性能试验装卸中，快速转移过盈联接件的位置，并对工件进行完全定位和可靠支撑。试验台设计结构合理，操作简单，准确可靠，保证过盈联接件能够承担纯扭矩载荷，解决附加弯矩问题，这对提高过盈联接件传扭性能检测的准确性和深入研究传扭性能影响因素具有重要的实际应用意义。

本发明采取的技术方案是一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的试验台，该试验台中采用钢丝绳柔性加载结构，避免过盈联接件受到附加弯矩作用；用激光位移传感器与扭矩传感器同步集成检测判断过盈联接失效情况，实现试验台的同步采集及数据处理功能；利用滚柱直线导轨与试件支座组合的支撑结构形式，在大批量过盈件传扭性能检测过程中，实现了试验台快速可动支撑的功能；该试验台由加载组件、载荷转化与采集组件和可动支撑组件三部分组成；

所述加载组件由液压系统1、液压管路2、液压缸3、加载力臂4、两个滑动轴承座5、加载轴6、轴承座支撑座7、弹性柱销联轴器8组成；

液压系统1通过安装螺钉固定在地平铁21上，液压系统1出油口与液压缸3进油口通过液压管路2螺纹连接，液压缸3靠近进油口的端面固定在地平铁21上；轴承座支撑座7为左右对称结构，上部为凸台，下部通过螺钉固定在地平铁21上；两个滑动轴承座5均为左右对称结构，上部为带有轴孔的剖分式梯形结构，下部通过螺纹与轴承座支撑座7的上部螺纹孔连接；加载力臂4弯曲端4a端面朝向液压缸3，其中心对准液压缸3圆柱体轴线；加载轴叉形尾部4b与加载轴连接型面6a配合，并通过加载轴紧固螺钉4c与加载轴6固定在一起；加载轴6上加工有扁平形状的加载轴连接型面6a、加载轴轴肩6b、两个圆柱面和加载轴双键槽，上下对称的加载轴双键6c安装在双键槽中，加载轴轴肩6b两面的圆柱面轴段与两个滑动轴承座5上部的轴孔圆柱面进行配合；加载轴6通过上下对称加载轴双键6c与弹性柱销联轴器8的一端连接；

所述载荷转化与采集组件中，扭矩传感器支撑座10为前后对称结构，下部通过螺栓固定在地平铁21上，上部为凸台，扭矩传感器9通过螺栓固定在扭矩传感器支撑座10上部凸台上；扭矩传感器9输入端通过对称的双键与弹性柱销联轴器8输出端连接；活套法兰11左段为有对称外伸臂的圆盘体，两外伸臂端部加工有安装加载销的螺纹通孔；右段为圆柱体具有中心轴孔，轴孔内部开有对称双键槽，键槽内安装有连接键；扭矩传感器9输出端通过对称双键与活套法兰11的中心轴孔连接；两个吊耳12为圆环结构尾部有螺纹，通过螺纹与活套法兰11外伸臂上的螺纹通孔连接；

钢丝绳13一端穿过一个吊耳12的中心孔后与钢丝绳主体扎紧，另一端绕加载法兰14上的前加载销23下面后，再经过加载法兰14上的后加载销24下面拉直，穿过另一个吊耳12的中心孔后与钢丝绳主体扎紧，要保证钢丝绳13存在小幅调整余量；采集系统22使用螺栓固定在地平铁21上，并与扭矩传感器9信号输出端通过导线的连接；

所述可动支撑组件由加载法兰14、过盈联接件15、激光位移传感器16、固定法兰17、试件支座18、滑块19、导轨20、地平铁21，前加载销23，后加载销24组成；

加载法兰14为菱形体结构，主体上加工有M个圆周对称分布的过盈联接件安装螺纹孔；前加载销23和后加载销24分别安装在加载法兰14上呈180°对称分布的加载销螺纹通孔中；过盈联接件15由过盈联接轴15a和过盈联接套15b构成，两者过盈配合；过盈联接轴15a和过盈联接套15b的大端面上都加工有M个均匀分布的安装通孔；加载法兰14左侧面具有圆柱形凸台与过盈联接件15配合安装，通过安装螺钉将过盈联接轴15a右侧面安装到加载法兰14的安装螺纹孔中，通过安装螺钉将过盈联接套15b左侧面安装到固定法兰17上；固定法兰17另一侧面通过销连接方式与试件支座18的侧面连接；试件支座18下部凸台通过螺纹配合的方式与四个滑块19进行连接；四个滑块19安装在导轨20上，两导轨20分别通过螺栓与地平铁21连接固定；两个激光位移传感器16与试件支座18上下部结合面以磁吸的方式进行连接，激光发出口对准过盈联接件15上两侧的两个六角头螺栓平面，数据输出端通过导线与采集系统22进行连接；

两导轨20之间位置开有两条T形槽，试件支座18的四个通孔通过T形螺栓螺母连接的方式与地平铁21进行连接；非试验检测时段T形螺栓螺母处于放松状态，试件支座18可在导轨20上进行左右滑动，方便安装试件与调整工件检测位置；试验检测之前应将过盈联接件15调整至对应检测位置，拧紧T形螺母，固定试件支座18与试件位置。

本发明的有益效果是，为避免过盈联接件受到附加弯矩作用，试验台采取钢丝绳柔性加载结构，消除试件与加载轴加工误差与安装误差带来的影响，保证检测试件工况为纯扭转工况，实现对薄壁过盈联接件的传扭性能检测，同时也适用于普通过盈件。另外，采用滚柱直线导轨与试件支座组合支撑的结构形式，在大批量过盈件传扭性能检测过程中，实现了试验台快速可动支撑的功能，大幅提高了装夹试件与调整工位的速度，性能可靠。试验台结构设计合理，操作简单方便，准确可靠。检测试验台保证过盈联接件能够承担纯扭矩载荷，解决了附加弯矩问题，扩大了过盈件传扭性能的检测范围，对提高过盈联接件传扭性能检测的准确性和深入研究传扭性能影响因素，具有重要的实际应用意义。

附图说明

图1为过盈联接件传扭性能检测试验台整体三维结构轴测图；

图2为试验台载荷转化与采集组件和可动支撑组件局部俯视、剖视图；

图3为钢丝绳柔性加载结构外形和局部剖视图。

其中，1-液压系统，2-液压管路，3-液压缸，4-加载力臂，5-滑动轴承座，6-加载轴，7-轴承座支撑座，8-弹性柱销联轴器，9-扭矩传感器，10-扭矩传感器支撑座，11-活套法兰，12-吊耳，13-钢丝绳，14加载法兰，15-过盈联接件，15a-过盈联接件轴，15b-过盈联接件套，16-激光位移传感器，17-固定法兰，18-试件支座，19-滑块，20-导轨，21-地平铁，22-采集系统，23-前加载销，24-后加载销。

图4中，图4a)-为加载轴6与加载力臂4连接图，4b)-为图4a的A-A旋转剖视图。其中，4-加载力臂，4a-加载轴弯曲端，4b-加载轴叉形尾部，4c-加载轴紧固螺钉，6-加载轴，6a-加载轴连接型面；6b-加载轴轴肩；6c-加载轴双键。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案，详细说明本发明的具体实施方式。

本实施例的一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的试验台，三维结构轴测图如图1所示。该试验台工作原理为：将过盈联接件安装在可动支撑组件中，由固定法兰17与试件支座18支撑定位；液压系统1与液压缸3提供推力，通过加载力臂4转化为加载轴6上的扭矩载荷，通过联轴器8将扭矩载荷传递至扭矩传感器9，采用钢丝绳13柔性传扭方式，当零件加工误差与试验台安装误差导致加载法兰14上出现沿过盈件非周向载荷时，钢丝绳13在加载法兰14上加载销的光滑圆柱面进行滑动，直至非周向载荷消失，将扭矩载荷转化为过盈联接件15输入端纯扭矩载荷，最大限度避免过盈联接件在承扭过程中承担附加弯矩，实现过盈联接件纯扭转工况加载测试。通过两个激光位移传感器16检测过盈联接件15的微动位移，并通过扭矩传感器9同步采集扭矩参数；当微动位移由一微小稳定值开始突变时，说明检测试件达到了传扭极限，此时过盈联接失效，从过盈联接的静摩擦转变为滑动摩擦；当微动位移大于某一指定位移值时，采集系统停止检测，整体检测数据包含过盈联接的静摩擦过程与过盈失效之后的一段动摩擦过程，提高对过盈件失效扭矩检测的精确度。

实施例：过盈联接件传扭性能检测试验台安装与试验步骤如下：

一、安装加载组件

将液压系统1、滑动轴承座支撑座7使用螺栓固定在地平铁21上，将两个滑动轴承座5下部使用螺栓固定在滑动轴承座支撑座7上部，再将加载轴6轴肩放置于两滑动轴承座5间隙中，以加载轴6轴肩两侧圆柱轴段与滑动轴承座5对应的圆柱孔面配合，加载轴6带有型面的一端靠近地平铁21的边缘放置，使用螺栓逐渐固定滑动轴承座5上部与加载轴6，直至加载轴6转动时有微小阻力。接着，将加载力臂4非弯曲端型面与加载轴6对应型面配合连接，加载力臂4弯曲端4a方形端面靠近地平铁21。液压缸3使用螺栓固定在地平铁21上，其主体轴心与加载力臂4弯曲端方形端面中心对齐，参见图4a)、4b)。液压系统1出油口与液压缸3进油口通过液压管路2以螺纹配合的方式连接，参见图1。

二、安装载荷转化与采集组件

扭矩传感器支撑座10下部使用螺栓固定在地平铁21上，将扭矩传感器9下部使用螺栓固定在扭矩传感器支撑座10的上部，扭矩传感器9的输入端靠近加载组件的输出端，弹性柱销联轴器8与加载轴6采用双键连接，弹性柱销联轴器8与扭矩传感器9的输入端采用双键连接。活套法兰11圆盘体中心孔与扭矩传感器9的输出端轴采用双键连接。两个吊耳12上的螺纹部分与法兰11两外伸臂上的螺纹孔连接。钢丝绳13一端穿过一个吊耳12的中心孔后与钢丝绳主体扎紧，另一端绕加载法兰14上的前加载销23圆柱面下面后，再经过加载法兰14上的后加载销24圆柱面上面拉直，穿过另一个吊耳12的中心孔后与钢丝绳主体扎紧，要保证钢丝绳13存在小幅调整余量。参见图2、图3。采集系统22使用螺栓固定在地平铁21上，并与扭矩传感器9信号输出端通过导线连接。

三、安装可动支撑组件

导轨20使用螺栓固定在地平铁21上，四个滑块19以两两一组的形式安装在导轨20上。滑块19的上部与试件支座18的下部使用螺栓连接，试件支座18上下部结合面上的四个定位孔以T形螺栓螺母连接的形式与地平铁21进行连接，两个激光位移传感器16以两导轨20对称面对称布置，远离激光出口的端面与试件支座18上下部结合面采用磁吸的方式连接，激光位移传感器16的激光出口对准过盈联接件15的两侧对称法兰螺栓六角平面。试件支座18的上部与固定法兰17以四个圆周对称销进行连接，

将待测的过盈联接件15的过盈联接件套15b通过12个安装螺钉与固定法兰17连接固定，过盈联接轴15a通过12个安装螺钉与加载法兰14连接固定。

批量检测试件时，先松开试件支座18上的四个T形螺栓螺母，使试件支座18沿着导轨20向远离扭矩转化与采集组件方向滑动，直至导轨20边缘位置，锁紧T形螺栓螺母，更换试件；更换试件完毕后，松开试件支座18上的四个T形螺栓螺母，使试件支座18沿着导轨20向靠近扭矩转化与采集组件方向滑动，直至加载法兰14的外伸销中部与钢丝绳13按照一定加载角中心对称绕接，钢丝绳13略微收紧，锁紧T形螺栓螺母，即可开始检测。

四、扭矩测量

在可动支撑组件上安装过盈联接件15后，拧松试件支座18上下部结合面上的四个定位螺栓，左右移动可动支撑组件，直至钢丝绳13与加载法兰14外伸加载销圆柱段以一定加载角形成中心对称绕接，且保证加载法兰14外伸加载销端面与活套法兰11靠近钢丝绳一端面有一定空隙，拧紧试件支座18上下部结合面上的四个定位螺栓，固定过盈联接件15。

调整液压系统1和液压缸3缓慢加载，直至钢丝绳13预留的余量消失，钢丝绳13处于拉紧，但未受力状态，如图3所示。对扭矩传感器9和两个激光位移传感器16进行调零。同步开启采集系统21与液压系统1，采集扭矩传感器9和两个激光位移传感器16的数据，直至激光位移传感器16示数大于某一设置位移，同步停止采集系统21与液压系统1，试验结束。

本发明基于巧妙的设计能有效避免薄壁过盈联接件在传扭试验过程中承担附加弯矩，消除试件与加载轴加工误差与安装误差带来的影响，实现过盈联接件在纯扭转工况下的加载测试；同时，在大批量过盈件传扭性能检测过程中实现了试验台快速可动支撑的功能，大幅提高了装夹试件与调整工位的速度。试验台整体结构简单，操作方便，功能全面，精确可靠，扩大了过盈件传扭性能的检测范围，对提高过盈联接件传扭性能检测的准确性和深入研究传扭性能影响因素起到关键作用。

Claims (1)

1.一种用于薄壁过盈联接件传扭性能检测的试验台，其特征是，该试验台中采用钢丝绳柔性加载结构，避免过盈联接件受到附加弯矩作用；用激光位移传感器与扭矩传感器同步集成检测判断过盈联接失效情况，实现试验台的同步采集及数据处理功能；利用滚柱直线导轨与试件支座组合的支撑结构形式，在大批量过盈联接件传扭性能检测过程中，实现了试验台快速可动支撑的功能；该试验台由加载组件、载荷转化与采集组件和可动支撑组件三部分组成；

所述加载组件由液压系统(1)、液压管路(2)、液压缸(3)、加载力臂(4)、两个滑动轴承座(5)、加载轴(6)、轴承座支撑座(7)、弹性柱销联轴器(8)组成；

液压系统(1)通过安装螺钉固定在地平铁(21)上，液压系统(1)出油口与液压缸(3)进油口通过液压管路(2)螺纹连接，液压缸(3)靠近进油口的端面固定在地平铁(21)上；轴承座支撑座(7)为左右对称结构，上部为凸台，下部通过螺钉固定在地平铁(21)上；两个滑动轴承座(5)均为左右对称结构，上部为带有轴孔的剖分式梯形结构，下部通过螺纹与轴承座支撑座(7)的上部螺纹通孔连接；加载力臂(4)弯曲端(4a)端面朝向液压缸(3)，其中心对准液压缸(3)圆柱体轴线；加载轴叉形尾部(4b)与加载轴连接型面(6a)配合，并通过加载轴紧固螺钉(4c)与加载轴(6)固定在一起；加载轴(6)上加工有扁平形状的加载轴连接型面(6a)、加载轴轴肩(6b)、两个圆柱面和加载轴双键槽，上下对称的加载轴双键(6c)安装在双键槽中，加载轴轴肩(6b)两面的圆柱面轴段与两个滑动轴承座(5)上部的轴孔圆柱面配合；加载轴(6)通过上下对称加载轴双键(6c)与弹性柱销联轴器(8)的一端连接；

所述载荷转化与采集组件中，扭矩传感器支撑座(10)为前后对称结构，下部通过螺栓固定在地平铁(21)上，上部为凸台，扭矩传感器(9)通过螺栓固定在扭矩传感器支撑座(10)的上部凸台上；扭矩传感器(9)输入端通过对称双键与弹性柱销联轴器(8)输出端连接；活套法兰(11)左段为有对称外伸臂的圆盘体，两外伸臂端部加工有安装加载销的螺纹通孔；右段为圆柱体具有中心轴孔，轴孔内部开有对称双键槽，键槽内安装有连接键；扭矩传感器(9)输出端通过上下对称双键与活套法兰(11)的中心轴孔连接；两个吊耳(12)为圆环结构尾部有螺纹，通过螺纹与活套法兰(11)外伸臂上的螺纹通孔连接；

钢丝绳(13)一端穿过一个吊耳(12)的中心轴孔后与钢丝绳主体扎紧，另一端绕加载法兰(14)上的前加载销(23)下面后，再经过加载法兰(14)上的后加载销(24)下面拉直，穿过另一个吊耳(12)的中心轴孔后与钢丝绳主体扎紧，要保证钢丝绳(13)存在小幅调整余量；采集系统(22)使用螺栓固定在地平铁(21)上，并与扭矩传感器(9)信号输出端通过导线连接；

所述可动支撑组件由加载法兰(14)、过盈联接件(15)、激光位移传感器(16)、固定法兰(17)、试件支座(18)、滑块(19)、导轨(20)、地平铁(21)、前加载销(23)、后加载销(24)组成；

加载法兰(14)为菱形体结构，主体上加工有M个圆周对称分布的过盈联接件安装螺纹通孔；前加载销(23)和后加载销(24)分别安装在加载法兰(14)上呈180°对称分布的加载销螺纹通孔中；过盈联接件(15)由过盈联接轴(15a)和过盈联接套(15b)构成，两者过盈配合，过盈联接轴(15a)和过盈联接套(15b)的大端面上都加工有M个均匀分布的安装螺纹通孔；加载法兰(14)左侧面具有圆柱形凸台与过盈联接件(15)配合安装，通过安装螺钉将过盈联接轴(15a)右侧面安装到加载法兰(14)的过盈联接件安装螺纹通孔中，通过安装螺钉将过盈联接套(15b)左侧面安装到固定法兰(17)上；固定法兰(17)另一侧面通过销连接方式与试件支座(18)的侧面连接；试件支座(18)下部凸台通过螺纹配合的方式与四个滑块(19)进行连接；四个滑块(19)安装在导轨(20)上，两导轨(20)分别通过螺栓与地平铁(21)连接固定；两个激光位移传感器(16)与试件支座(18)上下部结合面以磁吸的方式进行连接，激光发出口对准过盈联接件(15)上两侧的两个六角头螺栓平面，数据输出端通过导线与采集系统(22)进行连接；

两导轨(20)之间位置开有两条T形槽，试件支座(18)的四个螺纹通孔通过T形螺栓螺母连接的方式与地平铁(21)进行连接；非试验检测时段T形螺栓螺母处于放松状态，试件支座(18)在导轨(20)上进行左右滑动，方便安装试件与调整工件检测位置；试验检测之前应将过盈联接件(15)调整至对应检测位置，拧紧T形螺母，固定试件支座(18)与试件位置。

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