一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验方法及其试验机技术

本发明专利技术涉及一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验方法及其试验机，包括电-液伺服疲试验机、微动支撑平台、微动装置和计算机测控系统；微动支撑平台通过螺栓固定在疲劳试验机的支撑立柱上；微动装置水平放置在微动支撑平台上；疲劳试验机是设在有固定被试验试件的上夹具和下夹具；微动装置的接触载荷传感器、电动机驱动信号和位移信号与计算机数据采集控制系统连接。两个丝杠横梁的中间固定两个微动垫夹具，微动垫夹具两端装有两个相对的微动垫；利用该微动疲劳试验机进行接触载荷实时变化的微动疲劳试验，研究接触载荷对微动疲劳损伤的影响；同时能够进行各种不同振幅与频率下的微动疲劳试验研究，为更深层地理解微动疲劳损伤的机理提供试验方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微动疲劳试验
，具体涉及一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验方法及试验机。
技术介绍
微动是指两个紧固配合的构件在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等作用下接触表面之间发生的极小振幅(微米量级)的相对运动。微动疲劳是微动对材料造成损伤的一种重要形式，与常规疲劳相比，微动可以加速裂纹的萌生与扩展，使构件的疲劳寿命大大降低，是造成飞机、船舶、车辆、核能、海洋工程等失效的主要原因，而且微动造成的后果都是灾难性的。目前，针对微动疲劳的研宄虽不少，对于微动疲劳的研宄主要集中在轴向循环应力、切向力、恒定接触载荷等因素交互作用对微动疲劳寿命的影响；但是，由于微动疲劳的复杂性，影响因素很多，其中主要影响因素包括轴向载荷、切向力、微动幅值和接触载荷等，微动疲劳的损伤机理还尚未明确。为了进一步理解微动疲劳损伤机理，有学者提出，从力学角度去分别研宄轴向循环应力、切向力及接触载荷对微动疲劳寿命的影响具有很重要的研宄价值，特别是接触载荷对微动疲劳寿命影响的研宄。同时，在目前发表关于微动疲劳研宄的所有文献中，并没有关于交变接触载荷对微动疲劳寿命影响的研宄。由于现有的微动疲劳试验机还没有形成统一标准，大多数研宄者根据自己的研宄目的设计相应的微动疲劳试验机。这些微动疲劳试验机都大同小异，主要是通过在常规的疲劳试验机上增加一个施加恒定接触载荷的装置，例如:应力环。但是，现有的这些微动疲劳试验机存在接触载荷的施加范围较小以及控制精度较低，试验的自动化程度不高等缺陷，而且都不能实现接触载荷的实时控制。本专利技术就是设计一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验装置，这种装置可以实现接触载荷的实时检测与控制，接触载荷的最大可施加值约5KN，控制准确，试验的自动化程度较高。同时，利用该微动疲劳装置可以进行交变接触载荷对微动疲劳寿命影响的研宄，以搞清接触载荷对微动疲劳损伤的作用，对进一步全面理解微动疲劳损伤机理有重大的参考价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验机及试验方法，具体技术方案如下:一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验机；包括电-液伺服疲试验机、微动支撑平台、微动装置和计算机测控系统；其特征是微动支撑平台通过螺栓固定在疲劳试验机的支撑立柱上；微动装置水平放置在微动支撑平台上；疲劳试验机是设在有固定被试验试件的上夹具和下夹具；微动装置的接触载荷传感器、电动机驱动信号和位移信号与计算机数据采集控制系统连接。电-液疲劳试验机的两根垂直支撑柱下端固定连接支撑平台；承载横梁的两个内孔与支撑立柱滑动配合，夹持试件的上夹具连接压力传感器，并固定在承载横梁上的中间位置，夹持试件的下夹具连接作动器，与上夹具相对地固定在支撑平台上。微动装置装有电动机，电动机通过联轴器连接皮带轮，皮带轮通过皮带与固定在主动丝杠上的皮带轮相连，主动丝杠与从动丝杠通过皮带连接实现同步转动，同时，主动丝杠和从动丝杠通过螺纹孔连接两个丝杠横梁，丝杠的两端与侧板连接。两个丝杠横梁的中间位置分别通过通孔与微动垫夹具连接，其中一个微动垫夹具一端通过销钉和锁紧螺母固定在丝杠横梁上，另一端通过内螺纹与微动垫连接；另一个微动垫夹具两端分别通过内螺纹与微动垫和接触载荷传感器连接，接触载荷传感器通过限位挡板固定在丝杠横梁上。两个丝杠横梁的一侧分别装有上连接件和下连接件，上连接件和下连接件与双限位的直线光栅尺组成位移测量系统，位移测量信号连接计算机数据采集控制系统。 整个微动机构固定在底板和侧板上，用上盖板封装为一个箱体。本专利技术的一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验方法，其步骤如下:a、用疲劳试验机6的上夹具4夹紧被试验试件的一端，通过调整疲劳试验机6的承载横梁3上下滑动和微动装置8的前后左右位置，使得微动垫28的前端与被试验试件的中间位置对齐；作动器作动使得疲劳试验机6的下夹具5移动到适当位置将被试验试件夹紧固定，计算机数据测控系统9通过驱动微动装置中的电动机14转动使得微动垫28与被试验试件表面接触；b、在载荷传感器22的反馈作用下，计算机数据采集控制系统9驱动电动机14使得微动垫28在被试验试件的表面施加设定的接触载荷；同时，疲劳试验机6的压力传感器和作动器连接计算机数据采集控制系统9，在压力传感器的反馈作用下，计算机数据采集控制系统9驱动作动器作动使得疲劳试验机6下夹具5上下移动，从而实现被试验试件承受轴向循环载荷；最终，在循环轴向载荷的作用下，被试验试件与微动垫28在接触区域产生极小振幅的相对滑动；C、通过计算机数据采集控制系统9分别独立的设定接触载荷和轴向循环载荷的幅值与频率，进行被试验试件承受交变接触载荷的微动疲劳试验。其中电动机14通过联轴器15连接皮带轮16，皮带轮16通过皮带与固定在主动丝杠18上的皮带轮17相连，主动丝杠18与从动丝杠19通过皮带连接实现同步转动，同时，主动丝杠18和从动丝杠19通过螺纹孔连接两个丝杠横梁20，丝杠的两端与侧板13连接；通过控制电动机14的转动带动主动丝杠18与从动丝杠19的同步转动；主动丝杠18和从动丝杠19的同步转动转化为两个丝杠横梁20的相对运动。该试验机可以实现接触载荷的实时检测控制，解决现有微动疲劳试验机不能模拟构件承受交变接触载荷的微动疲劳试验的问题，同时，试验数据重复性好，测试与控制精度高，且自动化程度高。具体说明如下:本专利技术实现第一个专利技术目的所采用的技术方案是:一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验机，包括固定被测试件的疲劳试验机，固定在疲劳试验机支撑立柱上的微动支撑平台，水平放置在微动支撑平台上的微动装置和计算机数据采集控制系统。疲劳试验机是一种电-液伺服的疲劳试验机，其垂直支撑立柱下端固定连接支撑平台；承载横梁与支撑立柱配合，能够沿支撑立柱上下滑动；夹持试件的上夹具与压力传感器相连，且固定在承载横梁上，夹持试件的下夹具连接作动器并固定在支撑平台上。在试验过程中，装有上夹具的承载横梁锁紧在支撑立柱某一位置，下夹具在作动器的作用下可以在垂直方向运动，从而对试件施加拉伸或压缩的作用。微动支撑平台由两个支座组成，并通过螺栓连接水平固定在疲劳试验机支撑立柱上，然后，将微动装置水平放置在微动支撑平台上。水平放置的微动装置装有一对微动垫，通过微动垫在被试验试件表面实施接触载荷。微动装置的具体设计原理是基于一种卧式的原位拉压疲劳试验机，原位拉压疲劳试验机的试样夹具被替代为微动垫夹具；然后，微动垫安装在微动垫夹具上，利用原位拉压疲劳试验机的数据采集控制软件，将原位疲劳试验机轴向的循环压缩控制转化为该微动装置上微动垫施加在被试验试件上接触载荷的交变控制。微动装置的具体构成及作动控制原理如下:I)该微动装置装有电动机，电动机通过联轴器连接皮带轮，皮带轮通过皮带与固定在主动丝杠上的皮带轮相连，主动丝杠与从动丝杠通过固定在丝杠上的一对皮带轮和皮带连接，从而实现电动机的转动转化为两根丝杠的同步转动；同时，两根丝杠通过螺纹孔连接两个丝杠横梁，两根丝杠的两端固定在左侧板和右侧板上，两根丝杠的同步转动转化为两个横梁之间的相对运动；2)两个丝杠横梁的中间位置分别通过通孔与微动垫夹具连接，其中一个微动垫夹具一端通过销钉和锁紧螺母固定在丝杠横梁上，另一端通过内螺纹与微动垫连接；另一个微动垫夹具两端分别通过内螺纹与微动垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验机；包括电‑液伺服疲试验机、微动支撑平台、微动装置和计算机测控系统；其特征是微动支撑平台通过螺栓固定在疲劳试验机的支撑立柱上；微动装置水平放置在微动支撑平台上；疲劳试验机是设在有固定被试验试件的上夹具和下夹具；微动装置的接触载荷传感器、电动机驱动信号和位移信号与计算机数据采集控制系统连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭，李建军，陈刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12