CN210533642U - 一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置，包括材料试验机，所述材料试验机的加载横梁下侧安装有上压块，所述上压块下侧安装有调心球，上压块的下方设置有上端面顶着调心球的上试件，所述上试件上端开设有与调心球配合的球面凹槽，上试件下方设置有上端面顶着上试件下端面的下试件，所述材料试验机的工作台上可拆卸安装有用以支撑下试件的支撑装置。本实用新型结合面的法向和切向接触刚度测量装置搭配现有的材料试验机使用，结构简单，使用方便，测量精准，易于操作。

Description

一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置。

背景技术

机床、飞机等复杂机械都是由各种零部件装配而成，各部件之间的连接界面称为“机械结合面”。大量存在的结合面破坏了机械系统的连续性，使系统表现出复杂的力学特性。因此，准确地建立结合面特性参数模型具有重要的意义。结合面接触刚度作为结合面重要的特性参数之一，其测量装置多为多自由度系统，同时还需配备复杂繁琐的加载和检测装置，增加了测量的复杂程度；目前的测量装置多为单一测量装置，只能测量结合面法向或切向接触刚度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，易于操作的结合面的法向和切向接触刚度测量装置。

本实用新型采用以下方案实现：一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置，包括材料试验机，所述材料试验机的加载横梁下侧安装有上压块，所述上压块下侧安装有调心球，上压块的下方设置有上端面顶着调心球的上试件，所述上试件上端开设有与调心球配合的球面凹槽，上试件下方设置有上端面顶着上试件下端面的下试件，所述材料试验机的工作台上可拆卸安装有用以支撑下试件的支撑装置。

进一步的，所述支撑装置为下压块，所述下压块上表面开设有供下试件下端陷入的沉槽，沉槽内底面为平面，所述下试件下端面为呈弧形并顶着所述沉槽内底面。

进一步的，所述下试件左、右两侧安装有感应端朝上的电涡流位移传感器，所述上试件左、右两侧连接有与电涡流位移传感器配合工作的法向标靶板。

进一步的，所述支撑装置为平口钳，所述下试件左、右两侧设置有配合夹紧下试件使其处于悬空状态的第一切向试件和第二切向试件，第一切向试件和第二切向试件中间隔着下试件装夹在平口钳的固定钳口和活动钳口之间。

进一步的，所述平口钳的固定钳口和第一切向试件之间夹设有压力传感器；所述下试件前、后两端安装有感应端朝下的电涡流位移传感器，所述第一切向试件和第二切向试件前、后端之间连接有位于电涡流位移传感器下方的切向标靶板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型结合面的法向和切向接触刚度测量装置搭配现有的材料试验机使用，结构简单，使用方便，测量精准，易于操作。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例一测量法向接触刚度的使用状态正视图；

图2是本实用新型实施例一测量法向接触刚度的原理图；

图3是本实用新型实施例二测量切向接触刚度的使用状态正视图；

图4是本实用新型实施例二测量切向接触刚度时切向试件的安装示意图；

图中标号说明：1、材料试验机；2、力传感器；3、加载横梁；4、固定套；5、顶丝；6、上压块；7、调心球；8、固定环；9、工作台；10、下压块；11、下试件；12、电涡流位移传感器；13、法向标靶板；14、上试件；15立柱；16、螺杆；17、平口钳；18、活动钳口；19、螺钉；20、第一切向试件；21、切向标靶板；22、压力传感器；23、第二切向试件；24、垫块；25、传感器固定支架。

具体实施方式

实施例一：如图1~2所示，一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置，该测量装置用于结合面的法向接触刚度的测量，包括材料试验机1，所述材料试验机1的加载横梁3下侧安装有上压块6，材料试验机的加载横梁3可在立柱15上下移动，材料试验机自带有位于加载横梁上的力传感器2；所述上压块下侧安装有调心球7，上压块6的下方设置有上端面顶着调心球7的上试件14，所述上试件14上端开设有与调心球7配合的球面凹槽，通过调心球和球面凹槽的配合，可以使加载时结合面完全接触上；上试件14下方设置有上端面顶着上试件下端面的下试件11，所述材料试验机1的工作台9上可拆卸安装有用以支撑下试件11的支撑装置。

在本实施例中，所述上压块6下侧面开设有用以安装调心球的凹槽，凹槽的槽口处设置有用以固定住调心球的固定环8。

在本实施例中，所述加载横梁下侧固定连接有用以安装上压块6的固定套4，所述上压块上端具有可伸入固定套中的T型部，所述固定套两侧对称穿设有卡住所述T型部的顶丝5。

在本实施例中，所述支撑装置为下压块10，所述下压块10上表面开设有供下试件下端陷入的沉槽，防止在加载过程中发生窜动；沉槽内底面为平面，所述下试件下端面为呈弧形并顶着所述沉槽内底面。

在本实施例中，所述下试件11左、右两侧安装有感应端朝上的电涡流位移传感器12，所述上试件14左、右两侧连接有与电涡流位移传感器12配合工作的法向标靶板13；上试件14的两侧通过螺钉安装有传感器固定支架，电涡流位移传感器12安装于传感器固定支架上。

测量结合面法向接触刚度时，被测结合面为下试件11和上试件14的接触面；力传感器2是材料试验机自带的传感器，安装在试验机加载横梁3上，检测加载过程中结合面间力的变化，电涡流位移流传感器12检测加载过程中位移的变化。

结合面法向接触刚度的测量过程：上压块6通过顶丝5安装在固定套4上，加载横梁3带动上压块6移动到合适的位置，使调心球7嵌入上试件上端的球面凹槽以固定上、下试件；操控材料试验机，使上压头6均匀加力，直至到达预定的最大压力，结合面间的压力及试件的变形分别通过力传感器2及电涡流位移传感器12测得，均匀采集力和变形的数据，取2个电涡流传感器数据的平均值作为最终的测量位移。一组实验做完以后，重复上述步骤，更换下一组试件，可得到多组不同类型的结合面的测量数据。

测量得到的法向变形位移δ _test 主要包括两个部分：两块试件中部基体受压产生的变形δ _m 和接触形成的结合面法向变形δ _n ，其中δ _m 可根据材料力学中的相关理论计算，因而所需的结合面法向变形位移计算式为:

进行数据后处理，得到每组试件结合面的压力-位移曲线，从而求得结合面间的法向接触刚度。

实施例二：如图3~4所示，一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置，该测量装置用于结合面的切向接触刚度的测量，包括材料试验机1，所述材料试验机1的加载横梁3下侧安装有上压块6，材料试验机的加载横梁3可在立柱15上下移动，材料试验机自带有位于加载横梁上的力传感器2；所述上压块下侧安装有调心球7，上压块6的下方设置有上端面顶着调心球7的上试件，该上试件实际上仅作为连接下试件和上压块的垫块24使用，并不作为被测量对象，所述上试件上端开设有与调心球7配合的球面凹槽，上试件下方设置有上端面顶着上试件下端面的下试件11，所述材料试验机1的工作台9上可拆卸安装有用以支撑下试件11的支撑装置。

在本实施例中，所述上压块6下侧面开设有用以安装调心球7的凹槽，凹槽的槽口处设置有用以固定住调心球的固定环8以防止调心球7掉落。

在本实施例中，所述加载横梁下侧固定连接有用以安装上压块6的固定套4，所述上压块上端具有可伸入固定套中的T型部，所述固定套两侧对称穿设有卡住所述T型部的顶丝5。

在本实施例中，所述支撑装置为平口钳17，所述下试件11左、右两侧设置有配合夹紧下试件11使其处于悬空状态的第一切向试件20和第二切向试件23，下试件11处于悬空状态就是下试件底面与平口钳的底座上表面之间留有间隔，而两个切向试件的底面与平口钳的底座上表面接触，其中第一切向试件20位于下试件朝下固定钳口一侧，第一切向试件20和第二切向试件23中间隔着下试件装夹在平口钳17的固定钳口和活动钳口18之间。

在本实施例中，所述平口钳17的固定钳口和第一切向试件之间夹设有压力传感器22，所述压力传感器采用电阻应变桥式压力传感器；所述下试件前、后两端安装有感应端朝下的电涡流位移传感器12，所述第一切向试件20和第二切向试件23前、后端之间连接有位于电涡流位移传感器下方的切向标靶板21。

测量切向接触刚度时，被测结合面共两个，就是下试件与第一切向试件20和第二切向试件23之间的接触面；电涡流位移流传感器12检测加载过程中位移的变化；压力传感器22用于测量预紧力，用静态应变仪将预紧力数据输入计算机显示，实现预紧力大小的准确测量与控制。

结合面切向接触刚度的测量过程：将第一切向试件和第二切向试件安装在平口钳17上夹住中间的下试件，调节螺杆16进行预紧；预紧过程中采用压力传感器22测量预紧力，用静态应变仪将预紧力数据输入计算机显示，准确控制预紧力的大小；预紧结束后，通过上压块6给下试件施加压力，使下试件产生相对两个切向试件的位移；与法向刚度实验相同，切向刚度实验也应用电涡流位移传感器12测量试件的位移，此过程中，上试件为了垫块使用，避免上压块6与电涡流传位移感器12发生干涉。切向接触刚度实验过程中，仪器的参数设置与法向实验相同，取2个电涡流位移传感器数据的平均值作为最终测量位移。进行数据后处理，得到每组试件结合面的压力-位移曲线，从而求得结合面间的切向接触刚度。

本实用新型中的支撑装置有两种形式，分别用于结合面的切向接触刚度的测量和结合面的法向接触刚度的测量，支撑装置采用下压块时，该测量装置用于结合面的法向接触刚度的测量，支撑装置采用平口钳时，该测量装置用于结合面的切向接触刚度的测量，根据所要进行的测量项目选择所使用的支撑装置；本实用新型测量装置搭配现有的材料试验机使用，结构简单，使用方便，测量精准，易于操作。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种结合面的法向和切向接触刚度测量装置，其特征在于：包括材料试验机，所述材料试验机的加载横梁下侧安装有上压块，所述上压块下侧安装有调心球，上压块的下方设置有上端面顶着调心球的上试件，所述上试件上端开设有与调心球配合的球面凹槽，上试件下方设置有上端面顶着上试件下端面的下试件，所述材料试验机的工作台上可拆卸安装有用以支撑下试件的支撑装置。

2.根据权利要求1所述的结合面的法向和切向接触刚度测量装置，其特征在于：所述支撑装置为下压块，所述下压块上表面开设有供下试件下端陷入的沉槽，沉槽内底面为平面，所述下试件下端面为呈弧形并顶着所述沉槽内底面。

3.根据权利要求2所述的结合面的法向和切向接触刚度测量装置，其特征在于：所述下试件左、右两侧安装有感应端朝上的电涡流位移传感器，所述上试件左、右两侧连接有与电涡流位移传感器配合工作的法向标靶板。

4.根据权利要求1所述的结合面的法向和切向接触刚度测量装置，其特征在于：所述支撑装置为平口钳，所述下试件左、右两侧设置有配合夹紧下试件使其处于悬空状态的第一切向试件和第二切向试件，第一切向试件和第二切向试件中间隔着下试件装夹在平口钳的固定钳口和活动钳口之间。

5.根据权利要求4所述的结合面的法向和切向接触刚度测量装置，其特征在于：所述平口钳的固定钳口和第一切向试件之间夹设有压力传感器；所述下试件前、后两端安装有感应端朝下的电涡流位移传感器，所述第一切向试件和第二切向试件前、后端之间连接有位于电涡流位移传感器下方的切向标靶板。

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