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CN109612864B - 一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置 - Google Patents

一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，该装置固定设置在旋转弯曲疲劳机内，且疲劳试样(8)夹持在旋转弯曲疲劳机的主轴夹具(13)和加载夹具(14)之间，所述装置包括支撑架(7)、固定设置在支撑架(7)上的用于给疲劳试样(8)施加法相接触载荷的滑动摩擦施力单元以及数据采集单元，所述疲劳试样(8)穿过支撑架(7)，所述滑动摩擦施力单元包括两组，对称设置在疲劳试样(8)的两侧，两组滑动摩擦施力单元所呈直线与疲劳试样(8)的轴线方向垂直。与现有技术相比，本发明构造简单、操作简便、适应性强，且试验效果良好，为研究疲劳载荷和摩损行为的耦合作用提供了有效手段。

Description

一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，具体涉及一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置。
背景技术
摩擦疲劳学在制造工业中有重要意义，在机械系统的运行过程中，不可避免的会在滑动、滚动、冲击等摩擦条件下同时传递着交变循环载荷，摩损会降低结构零件和材料的疲劳极限，从而造成机械构件的严重损伤带来巨大危害。例如，具有固定或活动配合的联轴节、带有滑动轴承的曲柄销、螺桨轴、齿轮、轴承、凸轮、轮轨及机匣叶片等系统中，都会因为摩擦副作用大大降低配合系统的疲劳寿命。这种摩擦疲劳作用会造成材料剥落，形成凹坑，使其在工作中产生噪声、摩损、振动及温升，从而导致失效，因此摩擦疲劳性能是这些关键零部件用材料的重要技术指标。多数理论研究会对研究对象进行简化，比如齿轮、轴承等零部件接触的特征都属于滚动或滑动的运行模式，因此通常是对现有疲劳试验装置改造并进行理论分析。目前，较多的摩擦疲劳理论研究多集中在滚动接触疲劳和微动疲劳，而对滑动摩擦接触疲劳模式的试验装置少有研究。
目前对于摩擦疲劳学的研究大多是建立在复合试验的基础之上，通过试验直观地获得材料在摩损和疲劳复合作用下的性能参数变化规律，根据裂纹的萌生和扩展也能进行力学角度作用机制的耦合分析，这些都为摩擦疲劳耦合过程中的运行机制提供定性和定量的依据。滑动摩擦摩损和疲劳失效广泛地存在各类机械构件中，如何看待并定量分析摩擦磨损与疲劳的耦合作用以及材料的失效规律和作用机理是极其重要的，因此需要大量的理论研究为工程实际作出指导以避免重大事故发生研究摩擦磨损和疲劳复合行为具有重大的实际意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实验结果可靠的用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，该装置固定设置在旋转弯曲疲劳机内，且疲劳试样夹持在旋转弯曲疲劳机的主轴夹具和加载夹具之间，所述装置包括支撑架、固定设置在支撑架上的用于给疲劳试样施加法向 接触载荷的滑动摩擦施力单元以及数据采集单元，所述疲劳试样穿过支撑架，所述滑动摩擦施力单元包括两组，对称设置在疲劳试样的两侧，两组滑动摩擦施力单元所呈直线与疲劳试样的轴线方向垂直。
所述支撑架的两侧设有通孔，且所述通孔靠外侧设有内螺纹，所述的滑动摩擦施力单元包括从外向内依次设置的加载螺栓、弹簧、垫片、微型称重传感器和接触试块，所述加载螺栓螺接在通孔中，并通过加载固定螺母保持固定，所述接触试块与疲劳试样抵接并对疲劳试样施加法向 接触载荷。利用加载螺栓旋入并产生挤压，垫片加工直径稍大于所述的微型称重传感器直径，以保持其垂直稳定地放置在所述支撑架的光滑孔内并良好地检测与所述疲劳试样垂直接触的法向接触力。
所述接触试块的顶端呈半球形，并与疲劳试样表面形成点接触。
所述数据采集单元为称重仪表，所述称重仪表与微型称重传感器连接。
测试开始前，对称位于疲劳试样两侧的滑动摩擦施力单元中，两个所述微型称重传感器读数相同。装置可对疲劳试样垂直对称加载，测试前保证两个微型称重传感器读数相同，从而保证两个加载螺栓保持两载荷大小相等，然后用加载固定螺母固定。
所述支撑架的底部通过螺柱连接磁性底座，并通过固定螺母固定，所述磁性底座磁性连接在旋转弯曲疲劳机内。该设置可以调节支撑架的位置以及高度，从而调整滑动摩擦施力单元(主要是接触试块)的位置及高度，使得疲劳试样在穿过支撑架时，轴向刚好能和接触试块垂直，且接触点位于疲劳试样一半高度处。
试验前，对漏斗形旋转弯曲的疲劳试样进行超声清洗，将经过超声清洗的疲劳试样夹持在旋转弯曲疲劳试验机的主轴夹具和加载夹具上，调整同轴度并挂加载砝码施加弯曲载荷，疲劳试样会在载荷作用下产生一定的挠度。
将微型称重传感器与称重仪表连接调零，分别将接触试块、微型称重传感器、垫片、弹簧各两个对称地放入支撑架的通孔内，并将微型称重传感器的连接线由通孔内引出。将两个加载螺栓对称旋入通孔内。将滑动摩擦施力装置利用螺柱与磁性底座连接，将磁性底座固定在旋转弯曲疲劳试验机的工作台上，调节高度使接触试块前端半球形中心与疲劳试样中心在同一高度上并利用固定螺母固定。旋入加载螺栓，根据称重仪表调节接触载荷大小并保持相等，利用加载固定螺母固定。
开启旋转弯曲疲劳试验机，使疲劳试样在弯曲疲劳循环载荷作用下旋转，旋转过程中与接触试块相对滑动，形成滑动摩擦与疲劳试验条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
第一、该试验装置和试验方法基于原有的旋转弯曲疲劳机进行开发，成本低廉、操作方便，却能提供复杂的机械构件运行方式，有效地使疲劳与滑动摩擦进行耦合，为摩擦疲劳的理论研究提供帮助。
第二、可选取不同的旋转频率、循环载荷、接触载荷以及不同的接触试块材料，试验范围较广。
第三、试验的稳定性较高，随着疲劳试样在摩榫损过程中的截面变化，接触载荷依旧可以进行施加。
第四、该发明中的滑动摩擦疲劳试验装置及试验方法结构简单可靠，易于实施，能够满足复杂的滑动摩擦与疲劳的耦合作用，有利于实验室进行工况理论研究和材料性能分析。
附图说明
图1为装夹在旋转弯曲疲劳试验机上的滑动摩擦疲劳试验装置立体示意图；
图2是滑动摩擦疲劳试验装置分解图；
图3是滑动摩擦疲劳试验装置的剖面图；
图4是接触试块的放大图。
其中，1为加载螺栓，2为加载固定螺母，3为弹簧，4为垫片，5为微型称重传感器，6为接触试块，7为支撑架，8为疲劳试样，9为螺柱，10为固定螺母，11为磁性底座，12为称重仪表，13为主轴夹具，14为加载夹具。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，其结构如图1～3所示，包括支撑架7、由加载螺栓1、加载固定螺母2、弹簧3、垫片4、微型称重传感器5、和接触试块6组成的滑动摩擦施力单元、称重仪表12、以及螺柱9、固定螺母10、磁性底座11，此滑动摩擦疲劳试验装置可放置并稳固在旋转弯曲疲劳试验机上，与旋转弯曲疲劳试验机主轴夹具13和加载夹具14装夹的已承受弯曲疲劳载荷的疲劳试样8保持在同一高度上，对称地对疲劳试样8施加法向接触载荷。
其中，支撑架7开有对称的通孔，且靠近外部为螺纹孔，靠近中心部分为粗糙度很低的光滑孔，以减少试验过程中载荷传递时的摩擦消耗。支撑架7上部开有对称槽，以完成所述微型称重传感器5的走线。支撑架底部开有螺纹孔，通过螺柱9 与磁性底座11连接，并通过固定螺母10保持固定，从而完成与旋转弯曲疲劳机工作台的连接。
接触试块6、微型称重传感器5、垫片4、弹簧3依次按顺序排列在光滑孔内，利用加载螺栓1旋入并产生挤压。接触试块6前端为半球形，如图4所示，与疲劳试样8形成点接触条件，底部加工光滑平整，与微型称重传感器5平行接触。垫片 4加工直径稍大于所述的微型称重传感器5的直径，以保持其垂直稳定地放置在支撑架7的光滑孔内并良好地检测与疲劳试样8垂直接触的法向接触力。滑动摩擦施力单元可对疲劳试样垂直对称加载，调整加载螺栓1保持两载荷大小相等并用加载固定螺母2固定。
本发明的旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳的试验方法为：
试验前，对漏斗形旋转弯曲疲劳试样进行超声清洗，将经过超声清洗的疲劳试样夹持在旋转弯曲疲劳试验机的主轴夹具13和加载夹具14上，并将主轴夹具13 与旋转弯曲疲劳机的电机装配，挂配重砝码调整同轴度并在加载夹具14末端挂加载砝码施加弯曲载荷，悬臂装夹的疲劳试样8会在弯曲载荷作用下产生一定的挠度。
将微型称重传感器5与称重仪表12连接并调零，分别将接触试块6、微型称重传感器5、垫片4、弹簧3各两个对称地且垂直于水平面地放入支撑架7的光滑孔内，并将微型称重传感器5的连接线从槽内引出。
将滑动摩擦施力装置利用螺柱9与磁性底座11连接，将磁性底座11固定在旋转弯曲疲劳试验机的工作台上，调节高度使接触试块6前端半球形中心与疲劳试样中心在同一高度上并利用固定螺母10固定。旋入加载螺栓1，根据称重仪表12调节接触载荷大小并保持相等，利用加载固定螺母2固定。
开启旋转弯曲疲劳试验机，使疲劳试样在弯曲疲劳循环载荷作用下以30Hz的频率保持旋转，此时接触试块6与疲劳试样8由于法向接触力和持续的相对滑动而产生摩擦力，使得试样受到疲劳循环载荷和摩擦摩损的耦合作用，形成滑动摩擦疲劳的试验条件，研究滑动摩擦摩损对材料的疲劳极限降低作用和运行机制。

Claims (5)

1.一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，该装置固定设置在旋转弯曲疲劳机内，且疲劳试样(8)夹持在旋转弯曲疲劳机的主轴夹具(13)和加载夹具(14)之间，其特征在于，所述装置包括支撑架(7)、固定设置在支撑架(7)上的用于给疲劳试样(8)施加法向接触载荷的滑动摩擦施力单元以及数据采集单元，所述疲劳试样(8)穿过支撑架(7)，所述滑动摩擦施力单元包括两组，对称设置在疲劳试样(8)的两侧，两组滑动摩擦施力单元所呈直线与疲劳试样(8)的轴线方向垂直；
所述支撑架(7)的两侧设有通孔，且所述通孔靠外侧设有内螺纹，所述的滑动摩擦施力单元包括从外向内依次设置的加载螺栓(1)、弹簧(3)、垫片(4)、微型称重传感器(5)和接触试块(6)，所述加载螺栓(1)螺接在通孔中，并通过加载固定螺母(2)保持固定，所述接触试块(6)与疲劳试样(8)抵接并对疲劳试样(8)施加法向 接触载荷。
2.根据权利要求1所述的一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，其特征在于，所述接触试块(6)的顶端呈半球形，并与疲劳试样(8)表面形成点接触。
3.根据权利要求1所述的一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，其特征在于，所述数据采集单元为称重仪表(12)，所述称重仪表(12)与微型称重传感器(5)连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，其特征在于，测试开始前，对称位于疲劳试样(8)两侧的滑动摩擦施力单元中，两个所述微型称重传感器(5)读数相同。
5.根据权利要求1所述的一种用于旋转弯曲疲劳机的滑动摩擦疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑架(7)的底部通过螺柱(9)连接磁性底座(11)，并通过固定螺母(10)固定，所述磁性底座(11)磁性连接在旋转弯曲疲劳机内。
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