CN116858654A - 钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械领域，公开了一种一种钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，包括垂直机座(1)、支撑轴(2)、滑动芯轴(3)、涨紧滑块(4)、限位挡板(6)、钢管样件(7)、限位螺栓(8)、限位导向杆(9)、锁固螺母(10)和引导圆柱销(11)；所述垂直机座(1)的铅垂平面上开设有水平定位通孔，所述支撑轴(2)一端与所述水平定位通孔相互配合，支撑轴(2)另一端为悬臂端，悬臂端外圆以阶梯轴的形式实现钢管样件(7)内孔的定位与支撑；支撑轴(2)中间通孔与滑动芯轴(3)滑动配合。本发明改变以往传统外圆夹持方式，利用钢管内孔作为夹持承载面，以内扩机构逐步推进的方式进行钢管夹持力的施加，其受力过程柔和，表面承载均匀，钢管变形小，装配应力小，样件装夹重复性好，试验结果分散性小。
Description
技术领域
本发明属于机械领域，尤其涉及一种钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置。
背景技术
船舶动力推进钢管工作中需克服启动、加速与减速时的力矩以及轴转速的波动而产生的力矩，造成具有细长结构的钢管整体出现反复弯曲作用，钢管外表面出现应力集中及疲劳损伤。因此，其结构强度及疲劳可靠性至关重要。特别是钢管外表面结构突变位置应力水平较高，钢管交变作用下的弯曲变形会在特定位置处会出现开裂故障。
产品开发阶段为了检验钢管的结构强度及疲劳可靠性，会在计算仿真的基础上进行部件疲劳试验。
钢管疲劳试验一般分为两种，一种是整机搭载疲劳试验，一种小样件弯曲疲劳试验。前者试验过程繁琐、费用高、风险大、效率低。但是，钢管工作环境真实，载荷综合作用明显，可信度高等。后者利用试验机以悬臂梁的形式模拟钢管弯曲变形的交变作用，以一定载荷系数与循环基数为标准，多样件进行弯曲疲劳考核，根据试验结果最终判定其疲劳可靠性是否满足需要，或者测定其疲劳强度。
钢管弯曲疲劳试验通常以钢管一侧固定支撑，另一侧悬臂加载的形成进行对称弯曲疲劳考核。钢管一侧固定一般采用多档支撑座与钢管外圆过盈夹持的方式进行。优点是工装简单，夹持方便，装配灵活，样件换装快捷；缺点是样件装配变形明显，调整困难，样件装配状态重复性差，装配应力影响大，应力分散，试验结果可靠度低。
发明内容
本发明目的在于提供一种钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置,以解决现有的钢管弯曲疲劳试验样件装配变形明显，调整困难，样件装配状态重复性差，装配应力影响大，应力分散，试验结果可靠度低的技术问题。
为实现上述目的，本发明的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置的具体技术方案如下：
一种钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，包括垂直机座1、支撑轴2、滑动芯轴3、涨紧滑块4、限位挡板6、钢管样件7、限位螺栓8、限位导向杆9、锁固螺母10和引导圆柱销11；
所述垂直机座1的铅垂平面上开设有水平定位通孔，所述支撑轴2一端与所述水平定位通孔相互配合，支撑轴2另一端为悬臂端，悬臂端外圆以阶梯轴的形式实现钢管样件7内孔的定位与支撑；支撑轴2中间通孔与滑动芯轴3滑动配合；
所述支撑轴2悬臂端的轴端面设置有若干个限位导向杆9，所述限位导向杆9分别插入相应的涨紧滑块4端面的异形沉孔内，两者间隙配合；
涨紧滑块4贴附于滑动芯轴3的锥形圆柱表面，通过限位导向杆9和引导圆柱销11限制其自由转动和轴向过度移动；
滑动芯轴3从左到右分为螺柱锁紧区、圆柱滑动区和锥形承载区，锁紧区的螺柱依次穿过支撑轴2内孔和垂直机座1立板与锁固螺母10相互旋合；
承载区锥形轴端部加装限位螺栓8，附加压力弹簧承压下的限位挡板6，该挡板与相应的限位导向杆9将涨紧滑块4限位。
其中，涨紧滑块4工作时可以径向扩张，轴向移动则受到限位导向杆9的位置限制。
其中，锥形承载区通过间隔挡板5在圆周上分成4个区域。
其中，限位导向杆9的数量为4个。
其中，涨紧滑块4总计4片，其基本结构为1/4的空心圆柱，内孔为锥形孔。
其中，在滑动芯轴3水平移动下4片涨紧滑块4则可以实现组合形成下圆柱的径向方向自由扩展和收缩。
其中，支撑轴2悬臂端外圆以阶梯轴的形式实现钢管样件7内孔的定位与支撑。
其中，锁固螺母10为自带垫圈结构，垫圈翻边圆周上设计均布通孔，若干个定位螺栓通过通孔与垂直机座1端面上的螺纹孔配合。
进一步，若干个定位螺栓利用钢丝进行相互串联。
本发明的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置具有以下优点：改变以往传统外圆夹持方式，利用钢管内孔作为夹持承载面，以内扩机构逐步推进的方式进行钢管夹持力的施加，其受力过程柔和，表面承载均匀，钢管变形小，装配应力小，样件装夹重复性好，试验结果分散性小。
附图说明
图1为本发明的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置结构示意图；
图2为图1的B-B视图；
图3为图2的C-C视图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置做进一步详细的描述。
如图1-图3所示，本发明的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置包括垂直机座1、支撑轴2、滑动芯轴3、涨紧滑块4、间隔挡板5、限位挡板6、钢管样件7、限位螺栓8、限位导向杆9、锁固螺母10和引导圆柱销11。
在垂直机座1铅垂平面上开设水平定位通孔，支撑轴2一端与其相互配合，两者通过螺栓固定；支撑轴2另一端为悬臂端，悬臂端外圆以阶梯轴的形式实现钢管样件7内孔的定位与支撑；支撑轴2中间通孔与滑动芯轴3配合，作为滑动芯轴3的轴向滑移轨道；分别在支撑轴2悬臂端的轴端面不同象限内布置限位导向杆9，总计4件。限位导向杆9分别插入4件涨紧滑块4端面异形沉孔内，两者间隙配合，涨紧滑块4工作时可以径向扩张，轴向移动则受到限位导向杆9的位置限制；涨紧滑块4总计4片，其基本结构为1/4的空心圆柱，内孔为锥形孔。涨紧滑块4分别贴附于滑动芯轴3的4个分区内的锥形圆柱表面，并且依靠限位导向杆9和引导圆柱销11限制其自由转动和轴向过度移动，而在滑动芯轴3水平移动下4片涨紧滑块4则可以实现组合形成下圆柱的径向方向自由扩展和收缩；滑动芯轴3结构上从左到右分为螺柱锁紧区、圆柱滑动区和锥形承载区。锁紧区的螺柱穿过支撑轴2内孔和垂直机座1立板通过锁固螺母10的相互旋合将该试验装置的总体骨架搭建形成；锥形承载区通过间隔挡板5在圆周上分成4个区域；承载区锥形轴端部加装限位螺栓8，附加压力弹簧承压下的限位挡板6，该挡板与相应的限位导向杆9将涨紧滑块4准确限定在工装的特定位置；锁固螺母10为自带垫圈结构，垫圈翻边圆周上设计均布通孔，工作时利用多个定位螺栓通过通孔与垂直机座1上的螺纹孔配合，将锁固螺母10最终拧紧的状态固定下来，防止其试验当中震动而带来松动，保证了该工装扩张夹持力持续稳固不衰减。多个定位螺栓利用钢丝进行相互串联，使该机构的防松作用多一重保护。
钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置主要特点是钢管内侧施压逐步夹紧。该装置可以满足内径在一定范围内的不同钢管弯曲疲劳试验装夹需求，其夹持力分布均匀，装配应力影响小。其工作原理是将钢管样件在锁固螺母10松动的情况下套装于支撑轴2、滑动芯轴3和涨紧滑块4组合圆柱表面，并且其内孔与支撑轴2的定位轴颈进行装配定位。其他零件装配到位的情况下(如限位导向杆9、引导圆柱销11等)逐渐拧紧锁固螺母10，拉动滑动芯轴3向左滑动；滑动芯轴3的滑动驱使4块涨紧滑块4组合外径不断扩大，钢管内壁逐渐承受涨紧作用；随着锁固螺母10预紧力的增加钢管的涨紧力不断加大，直至预定的夹持力水平。为了使钢管涨紧夹持力保持不变锁固螺母10需要进行防松处理，该装置利用多个定位螺栓通过锁固螺母10结构上自带垫圈上的定位孔固定在垂直机座1侧壁上。螺栓之间通过细钢丝进行相互连接固定，加强试验时震动松懂保护。钢管安装到位后在另一端施加交变试验载荷，实现钢管考察区域的弯曲疲劳考核。
钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置卸装时，首先去除定位螺栓，松动锁固螺母10，从而卸载夹持力，抽取钢管样件。
本实施例的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置改变以往传统外圆夹持方式，利用钢管内孔作为夹持承载面，以内扩机构逐步推进的方式进行钢管夹持力的施加，其受力过程柔和，表面承载均匀，钢管变形小，装配应力小，样件装夹重复性好，试验结果分散性小。
其可以满足一定范围内的钢管内孔尺寸结构，表面质量低，夹持状态要求一致性强，试验结果影响小的弯曲疲劳试验的基本要求。
该试验夹持装置结构紧凑，夹持稳定，承载均匀，装配方便，功能完备；通过涨紧滑块的组合结构利用锥形滑动芯轴轴向伸缩调整其直径大小，逐渐施加与减除夹持载荷于钢管内孔表面，实现了差异化内孔直径样件有效支撑固定和更换装配，保证了不同尺寸钢管样件的弯曲疲劳试验，其适应性强、调整灵活、夹持状态一致性强；该装置采用钢管样件内孔作为夹持表面，作用力经向作用，圆周分布，承载均匀，且远离样件考察区域，装配应力影响小，弯曲疲劳试验结果误差小，精度高；该装置当中涨紧滑块圆周上分区布置，空间隔离，限位引导，活动灵活，定位准确；滑动芯轴锥形设计，特种螺母驱动，多重锁固，钢管样件夹持载荷稳定，试验过程可靠，劳动强度低，工作安全。
虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，包括垂直机座(1)、支撑轴(2)、滑动芯轴(3)、涨紧滑块(4)、限位挡板(6)、钢管样件(7)、限位螺栓(8)、限位导向杆(9)、锁固螺母(10)和引导圆柱销(11)；
所述垂直机座(1)的铅垂平面上开设有水平定位通孔，所述支撑轴(2)一端与所述水平定位通孔相互配合，支撑轴(2)另一端为悬臂端，悬臂端外圆以阶梯轴的形式实现钢管样件(7)内孔的定位与支撑；支撑轴(2)中间通孔与滑动芯轴(3)滑动配合；
所述支撑轴(2)悬臂端的轴端面设置有若干个限位导向杆(9)，所述限位导向杆(9)分别插入相应的涨紧滑块(4)端面的异形沉孔内，两者间隙配合；
涨紧滑块(4)贴附于滑动芯轴(3)的锥形圆柱表面，通过限位导向杆(9)和引导圆柱销(11)限制其自由转动和轴向过度移动；
滑动芯轴(3)从左到右分为螺柱锁紧区、圆柱滑动区和锥形承载区，锁紧区的螺柱依次穿过支撑轴(2)内孔和垂直机座(1)立板与锁固螺母(10)相互旋合；
承载区锥形轴端部加装限位螺栓(8)，附加压力弹簧承压下的限位挡板(6)，该挡板与相应的限位导向杆(9)将涨紧滑块(4)限位。
2.根据权利要求1所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，涨紧滑块(1)工作时可以径向扩张，轴向移动则受到限位导向杆(9)的位置限制。
3.根据权利要求2所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，锥形承载区通过间隔挡板(5)在圆周上分成4个区域。
4.根据权利要求3所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，限位导向杆(9)的数量为4个。
5.根据权利要求4所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，涨紧滑块(4)总计4片，其基本结构为1/4的空心圆柱，内孔为锥形孔。
6.根据权利要求5所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，在滑动芯轴(3)水平移动下4片涨紧滑块(4)实现组合形成下圆柱的径向方向自由扩展和收缩。
7.根据权利要求1所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，支撑轴(2)悬臂端外圆以阶梯轴的形式实现钢管样件(7)内孔的定位与支撑。
8.根据权利要求1所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，锁固螺母(10)为自带垫圈结构，垫圈翻边圆周上设计均布通孔，若干个定位螺栓通过通孔与垂直机座(1)端面上的螺纹孔配合。
9.根据权利要求8所述的钢管弯曲疲劳试验内扩式夹持装置，其特征在于，若干个定位螺栓利用钢丝进行相互串联。
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