CN115266312A - 基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置 - Google Patents

基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置 Download PDF

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陈闰洛
叶锦淼
郑磊
徐阳锋
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林韩波
金鹏
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Abstract

本发明公开一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置，包括加载螺栓、支撑单元、套筒、传感器、夹板、加热片、高温胶带、固定螺栓、固定螺母、螺纹杆、棒状摩擦副、条状摩擦副，支撑单元的侧面上设置有加载螺纹孔，加载螺栓通过加载螺纹孔固定在支撑单元上，套筒、夹板、传感器以及条状摩擦副依次螺栓连接，加热片在高温胶带作用下固定在所述条状摩擦副上。本发明通过卡箍和槽榫使得支撑单元可以连接固定在不同类型的拉伸试验机上，通过不同电压的施加使加热片加热到既定的温度条件，加载螺栓通过旋进螺纹位移实现横向载荷的定量加载，实现基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载和温度条件。

Description

基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置
技术领域
本发明涉及材料疲劳性能试验和摩擦磨损领域，具体涉及一种可适用于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置。
背景技术
微动疲劳是指构件在循环载荷的作用下，由于表面某一部位与其他接触表面产生数量级为10-6m的相对位移，从而在接触面相对滑动导致部件强度降低或早期断裂的现象。微动疲劳广泛地存在于机械制造、电力电子、航空航天、医学植入体等领域。
1927年Tomlinson提出了一种微动，在其研究报告中首次出现“Fretting”一词。1949年Mindlin首次将接触力学引入微动领域，为微动力学分析奠定了基础；接着1953年和1954年分别由Feng和Uhigh，提出了化学机械理论和磨损速率变化理论，为微动疲劳研究的发展推进了一大步。1969年Nisllioka等人提出了一种微动疲劳模型，预测了试件的微动疲劳寿命；1972年Waterhouse发表了首部有关微动的专著《FrettingCorrosion》。1990年，Godet提出了微动磨损的三体理论。而在1992年，Zhou和Vincent提出的二类微动图理论，从而揭示了微动运行机制和材料损伤规律，对微动疲劳的发展做出了重要贡献。进入21世纪以来，研究重点转入到对于具体材料及结构的微动疲劳分析、研究。
在专利CN105510118B中的技术方案，包括固定底座、加载装置、静定梁结构及三轴运动机构。该方案首先将其中一个带有一对横向加载装置的固定底座通过螺栓固定在试验机上，然后再将另一对加载装置安装在静定梁上，最后将另一半底座通过螺栓固定在试验机上。 由于整个装置采用的型材、静定梁结构尺寸较大整个装置结构简单且刚性很好，稳定可靠。该装置还通过滑块实现了XYZ三个方向可调的性能，能根据不同试样不同尺寸来调整位置。
但该方案为了提高对微动试样进行微动试验的稳定性，采用了尺寸较大的结构和刚性较强的材料，导致该微动疲劳横向加载装置体积过大和重量较重，使得其拆卸不便，成本较高。此外，由于该装置的固定底座和静定梁均为单一支撑结构，且其形式状态固定，存在无法适应不同种类试验机和摩擦磨损导致温度变化的试验环境。
发明内容
本发明的目的在于解决传统微动疲劳横向载荷加载装置在安装拆卸、适应匹配试验机以及高温试验等方面存在一系列问题，提出了一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置，通过简易的结构实现了横向载荷的定量加载、设用于不同类型的试验机、局部加热满足高温微动疲劳试验要求。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，包括：
支撑单元，其内部设置有一个试样加载区，所述支撑单元上设置有用于将支撑单元与试验机纵向固定的第一连接区域和用于将支撑单元与试验机横向固定的第二连接区域，所述第一连接区域上设置有若干纵向贯穿于支撑单元的第一连接结构，所述第二连接区域上设置有若干横向贯穿于支撑单元的第二连接结构；
还包括加载模块，所述加载模块通过其加载螺栓承载对称设置于支撑单元上，且向试样加载区中心延伸至疲劳试样，进而实现加载。
所述支撑单元的第一连接区域上设有纵向贯穿支撑单元的第一连结构，可通过第一连接结构将加载装置在垂直方向固定。所述支撑单元的第二连接区域上设有横向贯穿于支撑单元的第二连接结构，可通过此连接结构将加载装置在水平方向固定。支撑单元的内部形成有一试样加载区，可容纳所述加载模块，加载模块向试样加载区中心延伸依次连接如下：所述加载模块通过套筒一端的沉孔与加载螺栓连接，所述套筒的另一端通过固定螺栓和固定螺母将加载模块与条状摩擦副固定连接，进而将加载模块固定在所述支撑单元上，以实现在水平方向对试验材料施加横向载荷。
作为优选，所述第一连接结构为槽榫固定通孔，所述槽榫固定通孔的数量为4，所述槽榫固定通孔均匀分布在支撑单元上，从而使加载装置在水平方向保持稳定，能够精确地向试验材料施加横向载荷。
作为优选，所述第二连接结构为卡箍固定通孔，所述卡箍固定通孔的数量为2，所述卡箍固定通孔对称分布在支撑单元上，两卡箍通过对称固定通孔轴对称地固定在支撑单元上，进而使支撑单元可以平稳牢固地连接固定在抱柱上，提高横向载荷加载试验的精确性。
作为优选，所述加载模块包括一根加载螺栓，所述加载螺栓贯穿于支撑单元且其位于试样加载区内部的一端与套筒连接，所述套筒的另一侧与传感器固定连接，所述传感器远离套筒的一侧固定连接设置有一夹板，所述夹板通过螺栓、螺母与条状摩擦副固定连接，结构简单便于安装拆卸。通过旋进加载螺栓对试样施加载荷，同时传感器将加载的横向载荷转化为电信号传输给数显仪表显示为读数，通过简易的结构实现了横向载荷的定量加载。
作为优选，所述条状摩擦副靠近夹板的一侧还设置有加热片，所述加热片通过高温胶带与条状摩擦副粘结固定。通过试验所需温度给加热片接上相对应的电压，待局部加热到试验温度时，通过旋进加载螺栓施加载荷进行试验。
作为优选，所述支撑单元上设置有与加载螺栓相适配的螺栓加载螺纹孔。所述加载螺栓通过所述加载螺纹孔固定在所述支撑单元上完成连接。
一种微动疲劳试验机，包括：
试验机本体，所述试验机本体上设置有沟槽，所述沟槽内部嵌设有一个可与之滑动连接的槽榫，所述槽榫的顶部设置有第一螺纹杆；
还包括横向加载装置，所述横向加载装置中的支撑单元的第一连接区域与第一螺纹杆螺栓连接。
所述加载装置的支撑单元上设置有槽榫固定通孔，所述支撑单元通过槽榫固定通孔与第一螺纹杆螺纹连接，所述螺纹杆通过固定螺母与槽榫固定连接，进而将支撑单元固定在带沟槽的拉伸疲劳试验机上，以适用于带沟槽的拉伸疲劳试验机横向载荷加载试验。
一种微动疲劳试验机，包括：
试验机本体，所述试验机本体上设置有抱柱，所述抱柱上设置有卡箍，所述卡箍上设置有第二螺纹杆；
还包括横向加载装置，所述横向加载装置中的支撑单元的第二连接区域与第二螺纹杆螺栓连接。
所述加载装置的支撑单元上设置有卡箍固定通孔，所述支撑单元通过卡箍固定通孔与第二螺纹杆螺纹连接，所述螺纹杆通过固定螺母与卡箍固定连接，进而将支撑单元固定在带抱柱的拉伸疲劳试验机上，以适用于带抱柱的拉伸疲劳试验机横向载荷加载试验。
本发明装置的有益效果在于：
1、该装置通过支撑单元的结构可以适用于不同类型的拉伸疲劳试验机，具有较强的兼容性。2、该装置可以通过扳手等工具旋进加载螺栓对试样施加载荷，操作简单，并且安装方便。
3、该装置可以通过拉压传感器实时接受反馈所施加的载荷。
4、该装置通过电压控制加热片加热温度，来实现微动疲劳试验不同的温度要求。
5、成本低、经济性好。
附图说明
图1是本发明一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置的整体结构轴测图。
图2是本发明一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置的整体结构俯视图。
图3是本发明支撑单元的结构示意图。
图4是本发明加载模块的结构示意图。
图5是本发明一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置应用于带沟槽的拉伸疲劳试验机的结构示意图。
图6是本发明一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置应用于带抱柱的拉伸疲劳试验机的结构示意图。
图中，1-支撑单元、2-加载模块、3-试样加载区、4-第一连接区域、5-第二连接区域、6-加载螺栓、7-套筒、8-传感器、9-夹板、10-加热片、11-高温胶带、12-固定螺栓、13-固定螺母、14-条状摩擦副、15-棒状摩擦副、16-槽榫试验机、17-抱柱试验机、18-沟槽、19-槽榫、20-第一螺纹杆、21-抱柱、22-卡箍、23-第二螺纹杆、24-加载螺栓螺纹孔、25-第一连接结构、26-第二连接结构、27-槽榫通孔、28-卡箍通孔。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1~4所示，一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向载荷加载装置，包括支撑单元1和加载模块2。支撑单元1为一设有两个不同连接区域的的微动环状结构，其中第一连接区域4内的第一连接结构25设置在微动环的上下底面，第一连接结构25包括四个纵向贯穿于环身的连接通孔；第二连接区域5内的第二连接结构26设置在微动环环面上，第二连接结构26包括两个横向贯穿环身的连接通孔。微动疲劳横向载荷加载装置可通过支撑单元1上的不同连接孔固定在相应的试验机上。同时支撑单元还有承载加载模块的作用，为实现横向载荷的加载提供实施基础，具体连接方式如下：支撑单元1上设置有加载螺栓螺纹孔24，加载螺栓6通过螺纹孔与支撑单元1贯穿连接。加载模块上设有一套筒7，所述套筒7一端通过沉孔与所述加载螺栓6连接，另一端通过螺栓螺母与加载模块的传感器8连接。加载模块2上还设有一夹板9，其一端与所述传感器8固定，另一端通过固定螺栓12和固定螺母13与一条状摩擦副14连接。所述条状摩擦副上还设有一加热片10，所述加热片10通过高温胶带11粘结固定在所述条状摩擦副上14。
所述加载模块设有两套，加载模块是实现微动疲劳试验载荷加载的功能模块，具体连接和工作方式如下：其通过所述套筒7上的沉孔与固定在所述支撑单元2上的加载螺栓6相连接，使所述条状摩擦副14夹持住所述棒状摩擦副15。所述加载螺栓6通过旋进螺纹给所述棒状摩擦副15加载横向载荷，所述传感器8将加载的横向载荷转化为电信号连给数显仪表显示为读数。所述加热片10通过所述高温胶带11固定在所述条状摩擦副14上，通过电压控制所述加热片10温度来达到微动疲劳所需的高温条件。该加载模块通过简易的结构实现了横向载荷的定量加载。
实施例2
结合图1~5所示，一种拉伸疲劳试验机，其试验机本体上设置有沟槽18，所述沟槽18内部嵌设有一个可与之滑动连接的槽榫19。所述横向加载装置通过其支撑单元1的第一连接区域4上的第一连接结构25水平固定在所述微动疲劳试验机上。具体连接和工作方式如下：所述加载装置的支撑单元1的第一连接区域4上设置有四个槽榫固定通孔27，所述支撑单元1通过槽榫固定通孔27与第一螺纹杆20螺纹连接，所述螺纹杆通过固定螺母与槽榫19固定连接，进而将支撑单元1水平固定在带沟槽的拉伸疲劳试验机16上，以适用于带沟槽的拉伸疲劳试验机横向载荷加载试验。进行微动疲劳试验时，整个加载装置通过支撑单元上的槽榫固定通孔固定在试验机上，所述加载螺栓6通过旋进螺纹给所述棒状摩擦副15加载横向载荷，所述传感器8将加载的横向载荷转化为电信号连给数显仪表显示为读数，通过简易的结构实现了横向载荷的定量加载。同时还通过加载模块中的加热片来达到实验所需的温度要求，所述加热片10通过所述高温胶带11固定在所述条状摩擦副14上，通过电压控制所述加热片10温度来达到微动疲劳所需的高温条件。
实施例3
结合图1~4以及图6所示，一种拉伸疲劳试验机，其试验机本体上设置有抱柱21，所述抱柱21上设置有卡箍22，所述卡箍22上设置有第二螺纹杆23。所述横向加载装置通过其支撑单元1的第二连接区域5上的第二连接结构26水平固定在所述拉伸疲劳试验机上。具体连接和工作方式如下：所述加载装置的支撑单元1的第二连接区域5上设置有两个卡箍固定通孔28，所述支撑单元1通过卡箍固定通孔28与第二螺纹杆23螺纹连接，所述螺纹杆通过固定螺母与卡箍22固定连接，进而将支撑单元1水平固定在带抱柱的拉伸疲劳试验机上17，以适用于带抱柱的拉伸疲劳试验机横向载荷加载试验。进行微动疲劳试验时，整个加载装置通过支撑单元上的槽榫固定通孔固定在试验机上，所述加载螺栓6通过旋进螺纹给所述棒状摩擦副15加载横向载荷，所述传感器8将加载的横向载荷转化为电信号连给数显仪表显示为读数，通过简易的结构实现了横向载荷的定量加载。同时还通过加载模块中的加热片来达到实验所需的温度要求，所述加热片10通过所述高温胶带11固定在所述条状摩擦副14上，通过电压控制所述加热片10温度来达到微动疲劳所需的高温条件。
本发明装置的工作过程为：根据拉伸疲劳试验机的类型选择支撑装置的连接固定方式，再通过试验所需温度给加热片10接上相对应的电压，待局部加热到试验温度时，通过旋进加载螺栓6给棒状摩擦副15加载横向载荷，传感器8将加载的横向载荷转化为电信号传输给数显仪表显示为读数。

Claims (10)

1.一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，
包括支撑单元（1），其内部设置有一个试样加载区（3），所述支撑单元上设置有用于将支撑单元（1）与试验机纵向固定的第一连接区域（4）和用于将支撑单元（1）与试验机横向固定的第二连接区域（5），所述第一连接区域（4）上设置有若干纵向贯穿于支撑单元（1）的第一连接结构（25），所述第二连接区域（4）上设置有若干横向贯穿于支撑单元（1）的第二连接结构（26）；
还包括加载模块（2），所述加载模块（2）通过其加载螺栓（6）承载对称设置于支撑单元（1）上，且向试样加载区（3）中心延伸至疲劳试样。
2.根据权利要求1所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述第一连接结构（25）包括若干槽榫固定通孔（27）。
3.根据权利要求1所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述槽榫固定通孔（27）的数量为4，所述槽榫固定通孔（27）均匀分布在支撑单元（1）上。
4.根据权利要求1所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述第二连接结构（26）包括若干卡箍固定通孔（28）。
5.根据权利要求1所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述卡箍固定通孔（28）的数量为2，所述卡箍固定通孔（28）均匀分布在支撑单元（1）上。
6.根据权利要求1所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述加载模块（2）包括一根加载螺栓（6），所述加载螺栓（6）贯穿于支撑单元（1）且其位于试样加载区内部的一端与套筒（7）连接，所述套筒（7）的另一侧与传感器（8）固定连接，所述传感器（8）远离套筒（7）的一侧固定连接设置有一夹板（9），所述夹板（9）通过螺栓（12）、螺母（13）与条状摩擦副（14）固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述条状摩擦副（14）靠近夹板（9）的一侧还设置有加热片（10），所述加热片（10）通过高温胶带（11）与条状摩擦副（14）粘结固定。
8.根据权利要求6所述的一种基于不同试验机类型的微动疲劳横向加载装置，其特征在于，所述支撑单元（1）上设置有与加载螺栓（6）相适配的螺栓加载螺纹孔（24）。
9.一种拉伸疲劳试验机，其特征在于，包括试验机本体（16），所述试验机本体（16）上设置有沟槽（18），所述沟槽（18）内部嵌设有一个可与之滑动连接的槽榫（19），所述槽榫（19）的顶部设置有第一螺纹杆（20）；
还包括权利要求1~8中所述任意一项所述横向加载装置，所述横向加载装置中的支撑单元（1）的第一连接区域（4）与第一螺纹杆（20）螺栓连接。
10.一种拉伸疲劳试验机，其特征在于，包括试验机本体（17），所述试验机本体（17）上设置有抱柱（21），所述抱柱（21）上设置有卡箍（22），所述卡箍（22）上设置有第二螺纹杆（23）；还包括权利要求1~8中所述任意一项所述横向加载装置，所述横向加载装置中的支撑单元（1）的第二连接区域（5）与第一螺纹杆（23）螺栓连接。
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