CN218584563U - 一种高温环境下金属材料力学性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，属于金属材料检测技术领域。加载机构包括用于向转轴施加径向载荷的配重和用于向转轴施加轴向载荷的顶针，配重套装在转轴上，顶针通过推送机构抵接于转轴端面上。通过在转轴上施加不同轴向力和径向力，模拟轴在负载旋转过程中，由于轴受力弯曲或偏移导致轴承发热的工况，通过如实模拟轴承的发热工况，便于设计人员如实掌握轴承在轴不同负载下，导致轴承高温的工况，并获取相应工况下组成轴承的各金属部件的高温耐磨性能，可以实现准确检测用于制作轴承的金属材料的高温耐磨性能。

Description

一种高温环境下金属材料力学性能试验装置

技术领域

本实用新型涉及金属材料检测技术领域，具体的说是一种高温环境下金属材料力学性能试验装置。

背景技术

在加工技术领域，存在由于轴受力弯曲或偏移导致轴承发热的工况，为了掌握金属轴承在此种高温环境中的性能和使用寿命，需要检测轴在不同负载下，轴承的高温耐磨损性能，进而需要对组成轴承的各金属部件的力学性能进行检测，首先需要对轴承的工况进行模拟，进而便于检测人员获取构成轴承的外圈、内圈以及滚珠的金属材料的高温耐磨损性能。

现有技术的工况模拟中，为了真实还原轴受力弯曲或偏移导致轴承发热的工况，将待测试轴承安装在转轴上，在轴上逐渐增挂配重块，并通过角度调整装置调整轴的角度，模拟轴轴向和径向同时受力的工况，并通过测温探头获取不同配重下，轴承的工作温度，直至轴承在此配重下无法正常运转，进而便于检测人员获取组成轴承的各金属部件，高温环境下的耐磨损性能。

但是上述工况模拟方式中，无法直接获取轴的轴向受力值和径向受力值，需要依据轴与水平面的角度进行计算获取，由于存在系统误差，导致获取的轴向受力值和径向受力值不准确，同时无法对轴向受力或径向受力进行任意比例调整，获取制成轴承的各金属材料在对应极限工况，进而无法准确对应工况下，轴承外圈、内圈以及滚珠的金属材料的高温耐磨损性能。

实用新型内容

为了准确检测用于制作轴承的金属材料的高温性能，需要准确模拟因轴负载导致轴承高温的工况，本实用新型提供一种高温环境下金属材料力学性能试验装置。

本实用新型采用的具体方案为：一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，包括底座，底座上依次设置有用于支撑台阶状的转轴的箱体、用于锁紧固定套装在转轴上的待测试轴承的轴承锁紧机构和用于向转轴施加载荷的加载机构；轴承锁紧机构包括用于固定待测试轴承外圈的外圈固定环和用于固定待测试轴承内圈的内圈固定环，外圈固定环上开设有用于安测量探头的安装孔，且安装孔的下沿和待测试轴承外圈相接触；加载机构包括用于向转轴施加径向载荷的配重和用于向转轴施加轴向载荷的顶针，配重套装在转轴上，顶针通过推送机构抵接于转轴端面上，推送机构包括位于底座上的导轨，导轨上滑动设置有立柱，立柱上开设有用于容纳顶针的容纳腔，容纳腔的开口朝向转轴的端面，顶针远离转轴的端部通过弹簧固定安装在容纳腔底壁上，且弹簧和容纳腔底壁之间设置有用于测力的压力探头。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的一种优化方案，顶针为具有弧形顶端的块，且在立柱挤压作用下，顶针与转轴端面点接触。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的一种优化方案，立柱侧壁上设置有和压力探头及测量探头电性连接的显示器。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一种优化方案，容纳腔为圆柱状，且容纳腔的直径大于转轴的外径。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一种优化方案，内圈固定环包括左内圈挡块和右内圈挡块，待测试轴承的内圈位于两者之间，左内圈挡块抵接于转轴的轴肩上，右内圈挡块以过盈配合的方式安装在转轴上；外圈固定环包括左外圈挡块和右外圈挡块，待测试轴承的外圈位于两者之间，左外圈挡块通过紧定螺钉固定安装在右外圈挡块上，右外圈挡块固定安装在底座上。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一种优化方案，配重包括以过盈配合方式套装在转轴上的壳体，壳体内设置有若干配重片，且配重片套装在转轴上，并固定安装在壳体上。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一种优化方案，壳体为具有环形腔的壳体，配重片为环形片，并固定安装在壳体的环形腔内。

作为上述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一种优化方案，导轨的断面为T型，立柱上开设有与导轨配合的凹槽。

有益效果

1.本实用新型所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，通过在转轴上施加不同轴向力和径向力，模拟轴在负载旋转过程中，由于轴受力弯曲或偏移导致轴承发热的工况，通过如实模拟轴承的发热工况，便于设计人员如实掌握轴承在轴不同负载下，导致轴承高温并连续运转的工况，直至轴承无法正在运转，检测人员将轴承拆卸后，便于检测人员后续获取相应工况下轴承外圈金属材料、内圈金属材料和滚珠的高温耐磨性能，进而便于设计人员根据工况选择合适的金属材质的轴承。

2.本实用新型所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一实施例，通过在转轴上套装不同数量的配重片和向转轴端面施加不同的轴向力，并随着转轴的连续旋转使轴承升温，通过计算配重片的数量直接获取径向加载力的值，通过压力探头直接获取轴向加载力的值，获取轴承在不同轴负载工况下的相应金属材料的高温耐磨性能，便于设计人员根据相应的工况选择合适的金属材质的轴承。

3.本实用新型所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置的另一实施例，通过在轴上固定不同数量的配重片，然后调整轴向的加载载荷，或者在轴向载荷不变，调整径向载荷，获取任意比例的轴向载荷和径向载荷下，便于获取制成轴承的各金属材料在对应极限工况的高温耐磨损性能。

附图说明

图1为本实用新型的实施例结构示意图；

图2为图1的局部放大示意图；

附图中：1、底座，2、转轴，3、箱体，4、轴承锁紧机构，401、外圈固定环，4011、左外圈挡块，4012、右外圈挡块，4013、紧定螺钉，402、内圈固定环，4021、左内圈挡块，4022、右内圈挡块，403、测量探头，404、安装孔，5、加载机构，501、配重，5011、壳体，5012、配重片，502、导轨，503、顶针，504、立柱，505、容纳腔，506、弹簧，507、压力探头，508、显示器，6、轴承。

具体实施方式

如图1所示，本实施例涉及一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，用于检测轴承在轴受力导致轴承高温的工况下，并获取该工况下，轴承外圈金属材料、内圈金属材料和滚珠材料的高温耐磨性能。本实施例包括底座1，底座1上依次设置有箱体3、轴承锁紧机构4和加载机构5，箱体3用于支撑台阶状的转轴2，轴承锁紧机构4用于锁紧固定套装在转轴2上的待测试轴承6，测试轴承6为金属球轴承或金属滚子轴承，加载机构5用于向转轴2施加轴向和/或径向载荷。

如图1所示，轴承锁紧机构4包括用于固定待测试轴承6外圈的外圈固定环401和用于固定待测试轴承6内圈的内圈固定环402，外圈固定环401上开设有用于安测量探头403的安装孔404，且安装孔404的下沿和待测试轴承6外圈相接触，安装孔404垂直于待测试轴承6，安测量探头403和待测试轴承6外圈相接触获取待测试轴承6的温度。安测量探头403电性连接于显示器508，显示器508显示测量探头403的测量数据。

如图1、2所示，内圈固定环402包括左内圈挡块4021和右内圈挡块4022，待测试轴承6的内圈位于两者之间，左内圈挡块4021为截面为L型的环形块，右内圈挡块4022为环形块，且安装过载中将抵接于左内圈挡块4021的一端抵接于转轴2的轴肩201上，左内圈挡块4021的另一端和待测试轴承6的内圈相接触，右内圈挡块4022也抵接于待测试轴承6的内圈，且右内圈挡块4022以过盈配合的方式安装在转轴2上，将待测试轴承6的内圈固定安装在转轴2上。外圈固定环401包括左外圈挡块4011和右外圈挡块4012，左外圈挡块4011和右外圈挡块4012均为环形块，待测试轴承6的外圈位于两者之间，安装时，首先将左外圈挡块4011和待测试轴承6外圈的一端相接触，然后将右外圈挡块4012和待测试轴承6外圈的另一端相接触，调整左外圈挡块4011和右外圈挡块4012的位置，将待测试轴承6外圈固定，并通过紧定螺钉4013将左外圈挡块4011固定安装在右外圈挡块4012上，最后将右外圈挡块4012固定安装在底座1上，右外圈挡块4012和底座1通过螺栓固定连接(常规结构图中未示出)。

如图1所示，加载机构5包括配重501和顶针503，配重501在转轴2上，用于向转轴2施加径向载荷，顶针503通过推送机构抵接于转轴2端面上，用于向转轴2施加轴向载荷。推送机构包括位于底座1上的导轨502，导轨502上滑动设置有立柱504，立柱504沿导轨502左右移动，立柱504上部开设有用于容纳顶针503的容纳腔505，容纳腔505为一端开口的封闭腔体，容纳腔505的开口朝向转轴2的端面，顶针503的顶端朝向转轴2端面，顶针503的底端通过弹簧506固定安装在容纳腔505底壁上，且弹簧506和容纳腔505底壁之间设置有用于测力的压力探头507。立柱504带动顶针503靠近或远离转轴2的端面，并向转轴2施加轴向载荷，实现转轴2的轴向载荷模拟。其中导轨502和立柱504通过T型导轨相匹配，即导轨502的断面为T型，立柱504上开设有与导轨502配合的凹槽，凹槽的断面形状和导轨502的断面形状相同。

为了如实模拟转轴2在受到轴向载荷的作用，向转轴2施加轴向载荷同时防止在加载机构5的作用下，转轴2无法转动，通过采用顶针503与转轴2端面点接触的方式进行模拟，并向转轴2施加预定的压力。类似的应用场景如在水平转轴的顶端设置有高速旋转的铣刀，为待加工部件铣平面，该场景中铣刀高速旋转并受到待加工部件的轴向作用力，待加工部件的轴向作用力不影响铣刀绕轴高速旋转。因此，顶针503选用具有弧形顶端的块，且在立柱504挤压作用下，顶针503与转轴2端面点接触。

如图1所示，检测过程中，转轴2在配重501的作用下，转轴2在旋转过程中，会出现轴向跳动，为了防止转轴2撞击容纳腔505内壁，容纳腔505为直径大于转轴2的外径圆柱状腔体。

另外，试验过程中，为了轴向加载更精准，可以在转轴2上施加不同的径向力，配重501包括壳体5011和安装在壳体5011内的配重片5012。其中壳体5011为具有环形腔的壳体，且壳体5011以过盈配合方式套装在转轴2上，根据不同的径向载荷加载需求，在壳体5011内安装不同数量的环形配重片5012，配重片5012为环形片，同时为了防止配重片5012在壳体5011晃动，将配重片5012通过螺栓连接的方式固定安装在壳体5011内。

为了便于观察压力数据和温度数据，将压力探头507和测量探头403均电性连接于显示器508，并将显示器508固定安装在立柱504侧壁上。

Claims (8)

1.一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，包括底座(1)，底座(1)上依次设置有用于支撑台阶状的转轴(2)的箱体(3)、用于锁紧固定套装在转轴(2)上的待测试轴承(6)的轴承锁紧机构(4)和用于向转轴(2)施加载荷的加载机构(5)；轴承锁紧机构(4)包括用于固定待测试轴承(6)外圈的外圈固定环(401)和用于固定待测试轴承(6)内圈的内圈固定环(402)，外圈固定环(401)上开设有用于安测量探头(403)的安装孔(404)，且安装孔(404)的下沿和待测试轴承(6)外圈相接触；其特征在于：

加载机构(5)包括用于向转轴(2)施加径向载荷的配重(501)和用于向转轴(2)施加轴向载荷的顶针(503)，配重(501)套装在转轴(2)上，顶针(503)通过推送机构抵接于转轴(2)端面上，推送机构包括位于底座(1)上的导轨(502)，导轨(502)上滑动设置有立柱(504)，立柱(504)上开设有用于容纳顶针(503)的容纳腔(505)，容纳腔(505)的开口朝向转轴(2)的端面，顶针(503)远离转轴(2)的端部通过弹簧(506)固定安装在容纳腔(505)底壁上，且弹簧(506)和容纳腔(505)底壁之间设置有用于测力的压力探头(507)。

2.根据权利要求1所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：顶针(503)为具有弧形顶端的块，且在立柱(504)挤压作用下，顶针(503)与转轴(2)端面点接触。

3.根据权利要求1所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：立柱(504)侧壁上设置有和压力探头(507)及测量探头(403)电性连接的显示器(508)。

4.根据权利要求1所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：容纳腔(505)为圆柱状，且容纳腔(505)的直径大于转轴(2)的外径。

5.根据权利要求1所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：内圈固定环(402)包括左内圈挡块(4021)和右内圈挡块(4022)，待测试轴承(6)的内圈位于两者之间，左内圈挡块(4021)抵接于转轴的轴肩(201)上，右内圈挡块(4022)以过盈配合的方式安装在转轴(2)上；外圈固定环(401)包括左外圈挡块(4011)和右外圈挡块(4012)，待测试轴承(6)的外圈位于两者之间，左外圈挡块(4011)通过紧定螺钉(4013)固定安装在右外圈挡块(4012)上，右外圈挡块(4012)固定安装在底座(1)上。

6.根据权利要求1所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：配重(501)包括以过盈配合方式套装在转轴(2)上的壳体(5011)，壳体(5011)内设置有若干配重片(5012)，且配重片(5012)套装在转轴(2)上，并固定安装在壳体(5011)上。

7.根据权利要求6所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：壳体(5011)为具有环形腔的壳体，配重片(5012)为环形片，并固定安装在壳体(5011)的环形腔内。

8.根据权利要求1所述一种高温环境下金属材料力学性能试验装置，其特征在于：导轨(502)的断面为T型，立柱(504)上开设有与导轨(502)配合的凹槽。

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