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CN106198265A - 一种隔片零件疲劳测试试验装置及试验方法 - Google Patents

一种隔片零件疲劳测试试验装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔片零件振动疲劳测试试验装置，包括用于固定隔片零件的下固定基座和压片，以及对隔片零件法兰圆角部位实施压力的振动压头，所述的下固定基座通过螺纹连接安装在疲劳测试机基体上，隔片零件放置于下固定基座和压片间，且固定基座、隔片零件和压片之间采用锁紧螺栓连接，所述的振动压头通过螺纹连接安装在疲劳测试机振动梁上，振动压头与隔片零件吻合接触。该试验装置对隔片零件进行振动疲劳测试的方法包括：首先确定隔片零件的材料，然后在ANSYS软件中分析振动结构中隔片零件零件的载荷、变形位移及应力，根据测定的隔片零件屈服强度值、抗拉强度值与模拟分析所得结果进行比对，确定实际振动疲劳试验加载力，并开展隔片零件振动疲劳试验。本发明具有试验周期短、试验成本低、试验结果准确科学等优点，可用于评价隔片零件疲劳寿命和指导隔片零件设计。

Description

一种隔片零件疲劳测试试验装置及试验方法
技术领域
本发明属于零件性能检测技术领域，涉及一种隔片零件疲劳测试试验装置及试验方法。
背景技术
直升机用球面推力弹性轴承(弹性轴承)是星型柔性桨毂和球柔性桨毂的核心元件，在承受桨叶旋转所产生的巨大离心力的同时实现桨叶的挥舞、摆动和变距运动。弹性轴承由大接头、小接头和多个隔片零件与橡胶复合而成的弹性体叠层组成。隔片零件与橡胶通过粘结形成弹性体，大接头、小接头与弹性体叠层通过粘结形成一个整体。隔片零件和橡胶复合而成的弹性体叠层是弹性轴承的关键部分。在弹性轴承工作中，承受着轴向压缩力，径向侧压力、弯曲力。扭转载荷对隔片零件疲劳性能影响不大可以忽略，压缩载荷、径向载荷和弯曲载荷综合作用使得隔片零件法兰部位在运动中产生相互干涉，形成疲劳受力，隔片零件法兰圆角部位成为危险部位。
疲劳测试试验是隔片零件在设计、定型、生产过程中重要的测试试验，通过疲劳测试试验可以确定隔片零件能否在设计寿命期间内安全的工作。当前没有一种单独针对隔片零件进行疲劳测试方法，为考核隔片零件的疲劳性能是否满足使用要求，往往是采用组装完成的弹性轴承进行整体部件疲劳测试，虽然整体部件疲劳测试方法比较准确、可靠，但测试周期长，成本高。
如何针对单个隔片零件进行疲劳测试，进而为隔片零件疲劳性能提供准确、可靠和经济的性能检测数据和预报，成为本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供了一种隔片零件疲劳测试试验方法，该方法试验周期短、试验成本低、试验结果准确科学；同时还相应提供一种试验结果准确可靠、试验成本低、结构简单的隔片零件疲劳测试试验装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种隔片零件疲劳测试试验装置，包括用于固定隔片零件的固定基座和压片，以及对隔片零件法兰圆角部位实施压力的振动压头，所述的固定基座通过螺纹连接安装在疲劳测试机主体上，隔片零件放置于固定基座和压片间，且固定基座、隔片零件和压片之间采用锁紧螺栓连接，所述的振动压头通过螺纹连接安装在疲劳测试机主体上，振动压头与隔片零件吻合接触。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种用上述试验装置对隔片零件进行疲劳测试的试验方法，其具体步骤如下：
(1)确定隔片零件的材料；
(2)在ANSYS软件中创建隔片零件振动几何模型，定义隔片零件材料属性，包括密度、杨氏模量、泊松比；
(3)设定隔片零件振动几何模型的边界条件，如变形位移、载荷；
(4)提交运算求解，结束后获得隔片零件内部应力、变形位移及载荷数值；
(5)测定隔片零件材料的屈服强度、抗拉强度数值，并与模拟运算所得到的应力值进行比对，选择屈服强度、抗拉强度数值与模拟运算所得到的应力、变形位移值相当时对应的载荷值，来确定实际试验时的疲劳试验载荷范围，并设定从最高值到最低值的间隔值；
(6)将固定基座安装于疲劳测试机基体上，隔片零件装配于固定基座上，压片置于隔片零件之上，拧紧锁紧螺栓，振动压头安装于疲劳测试机的振动梁上，
(7)调试加载设备使振动压头接触隔片零件的法兰圆角部位，设定加载力，启动疲劳测试机，开始试验；
(8)每间隔2～4h，停止疲劳测试机，观察隔片零件的法兰圆角部位的表面情况，若有裂纹产生，则停止试验，然后使用一新的隔片零件零件，从步骤6重新开始试验，若未发现裂纹，则持续试验至振动次数达到设定数值后停止。
附图说明
图1为本发明实施例中隔片零件进行振动疲劳试验时的结构示意图。
局部放大图
图2 0Cr18Ni9隔片内部应力与位移变化的关系曲线。
图3 0Cr18Ni9隔片载荷与位移变化的关系曲线。
图中：1、振动压头2、锁紧螺栓3、压片4、隔片零件5、固定基座6、疲劳测试机基体7、法兰圆角部位8、振动梁。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地描述：
参见附图1所示，该方法的步骤如下：
(1)隔片零件的材料为0Cr18Ni9不锈钢；
(2)在ANSYS软件中创建隔片零件振动结构几何模型，定义0Cr18Ni9不锈钢隔片材料属性，包括密度7.93g/cm3、杨氏模量193000MPa、泊松比0.26；
(3)ANSYS软件具备动力学分析功能，分析结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。在ANSYS软件中设定隔片零件边界条件，本实施例设定0Cr18Ni9不锈钢隔片振动变形最大位移0.5mm；
(4)提交运算求解，结束后获得0Cr18Ni9不锈钢隔片零件内部应力、载荷随变形位移的曲线变化图(见图2、图3)；
(5)测定0Cr18Ni9不锈钢的屈服强度为280MPa～290MPa、抗拉强度为670MPa～680MPa，在图2中找出与不锈钢材料屈服强度、抗拉强度数值相当应力值所对应的位移约为0.15mm和0.25mm，再从图3中确定与0.15mm和0.25mm位移对应的载荷为3800N和1200N，确定实际试验时的疲劳试载荷范围从3800N递减至1200N，设定递减数量为520N；
(6)将固定基座5安装于疲劳测试机基体6上，隔片零件4装配于固定基座5上，压片3置于隔片零件4之上，拧紧锁紧螺栓2，振动压头1安装于疲劳测试机的振动梁8上；
(7)调试加载设备使振动压头1接触隔片零件4的法兰圆角部位7，设定振动疲劳载荷、载荷类型为横幅、振动频率为12赫兹、应变比Kt＝1、应力比R＝0.1，启动设备开始试验；
(8)每间隔2h，停止疲劳测试机，观察隔片零件的法兰圆角部位的表面情况，若有裂纹产生，则停止试验，然后使用一新的隔片零件零件，从步骤6重新开始试验，若未发现裂纹，则持续试验至振动次数达到1×107后停止。
结果分析：根据上述实施例，试验载荷从3800N开始，经振动2.0×105次后发现0Cr18Ni9不锈钢隔片表面出现裂纹，停止试验，然后用一新的隔片零件，载荷降低为3280N,经振动1×107次后仍未发现裂纹，说明该状态的0Cr18Ni9不锈钢隔片在3280N的载荷下振动寿命(不出现裂纹)可以达到230小时。试验结果可以为隔片零件的设计提供数据支持、同时可以检测在一定载荷下，隔片零件是否满足设计要求。
技术方案与现有技术相比的优点：本发明提供的隔片零件疲劳测试试验装置和试验方法，可以测试不同工艺生产的隔片零件，在一定受力状态下的振动寿命，为设计提供参考；同时，也可以对隔片零件的疲劳性能进行有效的预测，节约了试验周期及测试成本，解决了现有的隔片零件无法单件进行疲劳性能测试的问题。

Claims (2)

1.一种对隔片零件进行疲劳测试的装置，其特征在于：该装置是将隔片零件(4)通过锁紧螺栓(2)固定在压片(3)和固定基座(5)上下之间，固定基座(5)固定安装在疲劳测试机基体(6)上，用于进行疲劳测试的振动压头(1)的实施压力作用在隔片零件(4)的法兰圆角部位(7)，隔片零件(4)的法兰圆角部位与振动压头(1)的接触面的形状吻合。
2.采用权利要求1所述装置对隔片零件进行振动疲劳测试的方法，其特征在于：该方法的步骤是：
步骤一、在测试开始之前，在ANSYS软件中创建隔片零件(4)振动疲劳结构几何模型，所述有限元分析软件ANSYS为多用途有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电磁场、碰撞等问题，可用于不同的工业领域，软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，后处理模块可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。在ANSYS软件中，设定隔片零件振动疲劳试验边界条件，所述振动疲劳试验的边界条件为隔片零件(4)的材料属性、变形位移；
步骤二、提交运算求解，结束后获得隔片零件(4)内部应力、载荷随变形位移变化的数值，然后再根据测定的隔片零件(4)屈服强度、抗拉强度数值与模拟运算所得到的应力、变形位移、载荷值进行比对，选择屈服强度、抗拉强度数值与模拟运算所得到的应力、变形位移值相当时对应的载荷值，来确定实际试验时的疲劳试验载荷范围；
步骤三、将固定基座(5)安装于疲劳测试机基体(6)上，隔片零件(4)装配于固定基座(5)上，压片(3)置于隔片零件(4)之上，拧紧锁紧螺栓(2)，振动压头(1)安装于疲劳测试机的振动梁(8)上，调试加载设备使振动压头(1)接触隔片零件(4)的法兰圆角部位(7)，设定由步骤二确定的疲劳试验载荷范围，启动疲劳测试机，开始试验；
步骤四、每间隔2～4h，停止疲劳测试机，观察隔片零件(4)的法兰圆角部位(7)的表面情况，若有裂纹产生，则停止试验，然后使用一新的隔片零件(4)，从步骤三重新开始试验，若未发现裂纹，则持续试验至振动次数达到设定数值后停止。
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