一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置与方法，测量不透光且有一定厚度的金属零件间的接触形变及接触应力。压板的下表面上具有与试件接触面上的接触区域相匹配的接触凸台；试件上表面为接触面，接触面上的非接触区域处粘贴应变计；液压缸固定在框架底面上；压板、粘贴应变计的试件、力传感器以及方向调节部件，按照由下至上的顺序放置在液压缸上；其中压板下表面与试件的接触面匹配贴合，压板上表面与框架上端内表面贴合；应变计通过应变计连接线连接至应变仪；手动液压杆连接至液压缸；三坐标测量仪测头通过框架上的腰型通孔、压板上的圆形通孔接触试件的接触面；方向调节部件用于调节液压缸力的输出方向使其垂直向上输出。

Device and method for measuring indirect contact deformation and contact stress of metal parts

The invention discloses a device and a method for measuring the indirect contact deformation and contact stress of metal parts. The plate on the lower surface with convex contact area contact test piece on the contact surface of the match; the specimen surface contact surface, non contact area at the strain on the contact surface; hydraulic cylinder is fixed on the bottom surface of the frame; plate, paste the strain meter specimens, and the direction of the force sensor adjust the parts from the bottom of the order placed in the hydraulic cylinder according to the surface of the test plate; under the contact surface matching, the surfaces of the upper surface and within the framework of the plate; strain gauge connection lines are connected to the strain gauge by strain gauge; manual hydraulic rod connected to the hydraulic cylinder; three coordinate measuring instrument the first through hole, through the waist type frame on the circular holes on the pressure plate contact surface contacting the test piece; the direction regulating part for vertical output direction adjusting hydraulic cylinder force.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于本专利技术涉及一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置与方法，属于机械制造领域。
技术介绍
目前零件间接触部位的接触状态指接触形变及接触应力的测量大多使用光学测量原理及相应测量装置，只针对非金属透光零件间的接触状态测量或至少相互接触的零件中有一个为透光材料的零件间的接触状态测量。而采用X射线衍射法以及超声测量法两种测量方法时，只能测量零件接触时的应力状态并且测量的准确性以及可执行性受到零件厚度的限制，对于不透光且有一定厚度的金属零件间的接触状态的测量无法直接得到。在精密机械系统中，装配过程中的零件间接触状态直接影响到系统的精度和稳定性，因而如何准确的测量精密机械系统中零件间的接触状态，对分析整个系统的特性与性能有着重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置与方法，利用该方法和装置可以测量不透光且有一定厚度的金属零件间的接触形变及接触应力。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：包括：框架1、压板2、试件3、力传感器4、方向调节部件5、液压缸6、手动液压杆7、应变仪8、应变计连接线9以及三坐标测量仪测头10。框架1为矩形框架，其底部两侧凸出形成固定台，框架1上端开有腰型通孔，框架1内底面带有螺钉孔。压板2具有4个圆形通孔，圆形通孔的位置与框架1上腰型通孔的位置相对应；压板2的下表面上具有与试件2接触面上的接触区域相匹配的接触凸台，除接触凸台以外区域开设线槽，线槽用于容纳应变计连接线9。液压缸6底部开设沉头孔，该沉头孔与框架1底面上的螺钉孔相匹配对应。试件3上表面为接触面，接触面上的非接触区域处粘贴应变计。液压缸6通过沉头孔固定在框架1底面上螺钉孔对应部位；压板2、粘贴应变计的试件3、力传感器4以及方向调节部件5，按照由下至上的顺序放置在液压缸上；其中压板2的下表面与试件3的接触面匹配贴合，压板2上表面与框架1上端内表面贴合；应变计通过应变计连接线9连接至应变仪8；手动液压杆7连接至液压缸6；三坐标测量仪测头10通过框架1上的腰型通孔、压板2上的圆形通孔接触试件3的接触面。方向调节部件5用于调节液压缸力的输出方向使其垂直向上输出。进一步地，包括如下步骤：步骤1、通过手动液压杆施加设定大小的初始力，该初始力使得框架1上端的内表面与压板2的上表面无缝隙贴合、压板2的下表面与试件3的接触面无缝隙贴合、试件3的下表面与力传感器无缝隙贴合；步骤2、使用三坐标测量仪通过三坐标测量仪测头10测量此时压板2下表面上至少三个点的坐标值，拟合得到此时压板2下表面的平面方程z14；将三坐标测量仪测头10穿过框架1上的腰型通孔以及压板2的圆孔与试件3的上表面接触，测量此时试件3上表面上至少三个点的坐标值，拟合得到此时试件3上表面的平面方程z13；同时获取此时所有应变计测得的应变值。步骤3、利用手动液压杆施加设定的装配力并保压，重复步骤2，得到此时压板2下表面的平面方程zL14以及此时试件3上表面的平面方程zL13。同时获取此时所有应变计测得的应变值。步骤4、获取试件3接触面上接触区域内接触点的坐标值；将该坐标值代入如下方程内获得接触点的接触变形：d＝(ZL14-Z14)-(ZL13-Z13)步骤5、利用有限元软件对步骤1～3的接触过程进行仿真，针对试件3接触面上接触区域内的接触点：从仿真结果中提取接触点的应变值εscp以及当通过手动液压杆施加设定大小的初始力后，该接触点处应变片测得的应变值εsL和当利用手动液压杆施加设定的装配力并保压后，该接触点处应变片测得的应变值εs。则该接触点的接触应变为ε＝εcps(εL-ε)/εs。有益效果：1、该方法采用机械设计通过液压缸实现对试件的施力，然后通过平面拟合算法获得接触点的接触形变，打破了x射线衍射或者超声测量法无法对不透光且具有一定厚度的零件间接触状态进行测量的限制。附图说明图1为装置轴侧；图2装置主视图，示出了装置主要表面和测量面；图3框架轴侧图；图4压板轴侧图；图5液压缸轴侧图；图6试件俯视图；图7仿真结果应变云图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。实施例1、一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置，包括：框架1、压板2、试件3、力传感器4、方向调节部件5、液压缸6、手动液压杆7、应变仪8、应变计连接线9以及三坐标测量仪测头10。框架1为矩形框架，其底部两侧凸出形成固定台，用于固定于实验台上，框架1上端开有腰型通孔，框架1内底面带有螺钉孔。压板2具有4个圆形通孔，圆形通孔的位置与框架1上腰型通孔的位置相对应；压板2的下表面上具有与试件2接触面上的接触区域相匹配的接触凸台，除接触凸台以外区域开设线槽，线槽用于容纳应变计连接线9。液压缸6底部开设沉头孔，该沉头孔与框架1底面上的螺钉孔相匹配对应。试件3上表面为接触面，接触面上的非接触区域处粘贴应变计；液压缸6通过沉头孔固定在框架1底面上螺钉孔对应部位；压板2、粘贴应变计的试件3、力传感器4以及方向调节部件5，按照由下至上的顺序放置在液压缸上；其中压板2的下表面与试件3的接触面匹配贴合，压板2上表面与框架1上端内表面贴合；应变计通过应变计连接线9连接至应变仪8；手动液压杆7连接至液压缸6；三坐标测量仪测头10通过框架1上的腰型通孔、压板2上的圆形通孔接触试件3的接触面。方向调节部件5用于调节液压缸力的输出方向使其垂直向上输出。实施例2、图1示出了本专利技术提供的测量方法所采用的装置，其包括：框架1、压板2、试件3、力传感器4、方向调节部件5、液压缸6、手动液压杆7、应变仪8、应变计连接线9以及三坐标测量仪测头10。如图2、3、4所示，框架1上表面11开有腰型通孔101，腰型通孔101的位置与压板2的圆孔17的位置相对应，框架1内底面16带有螺钉孔102，用于固定液压缸6的位置，框架1左、右底脚具有带有沉头槽的腰型孔103、104，可使用螺栓将框架1与工作台面固连在一起。压板2具有4个圆孔17，压板2的表面可带有线槽18用于放置应变计连接线9，如图4所示。如图5所示液压缸6带有2个沉头孔19与框架1上的螺钉孔102对应。所提供的一种金属零件间接触形变及接触应力测量方法，其步骤如下：步骤1、如图6所示，在试件3上黏贴应变计20，图中圆圈内部表示接触的区域，应变计20需黏贴在零件接触面的非接触区域上，至少黏贴3组应变计；使用螺栓穿过框架1左、右底脚上的带有沉头槽的腰型孔103、104将框架1与工作台上固连，工作台上具有与螺栓配合的螺纹孔，要求工作台平面度较好且有足够的刚度，本实施例将框架1固连在三坐标测量仪测头10的工作台上；使用螺栓穿过液压缸6的沉头孔19与框架1上的孔102连接，使得液压缸6固连至框架1的内底面16；将压板2、黏贴应变计20的试件3、力传感器4以及方向调节部件5如图1所示，按照由下至上的顺序放置在液压缸6上；将应变计通过应变计连接线9连接至应变仪8；手动液压杆7施加很小的力10N左右，方向调节部件5的方向调节功能可使得框架1的内顶面12与压板2的上表面紧密接触、压板2的接触面14与试件3的接触面13紧密接触、试件3的底面15与力传感器4紧密接触。步骤2、形成紧密接触后，使用三坐标测量仪测量初始状态下，压板下表面14上至少三个点的坐标值，本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置，其特征在于，包括：框架(1)、压板(2)、试件(3)、力传感器(4)、方向调节部件(5)、液压缸(6)、手动液压杆(7)、应变仪(8)、应变计连接线(9)以及三坐标测量仪测头(10)；所述框架(1)为矩形框架，其底部两侧凸出形成固定台，用于所述框架(1)的固定，框架(1)上端开有腰型通孔，框架(1)内底面带有螺钉孔；所述压板(2)具有4个圆形通孔，圆形通孔的位置与框架(1)上腰型通孔的位置相对应；压板(2)的下表面上具有与所述试件(2)接触面上的接触区域相匹配的接触凸台，除接触凸台以外区域开设线槽，所述线槽用于容纳所述应变计连接线(9)所述液压缸(6)底部开设沉头孔，该沉头孔与所述框架(1)底面上的螺钉孔相匹配对应；所述试件(3)上表面为接触面，接触面上的非接触区域处粘贴应变计；所述液压缸(6)通过所述沉头孔固定在框架(1)底面上螺钉孔对应部位；所述压板(2)、粘贴应变计的试件(3)、力传感器(4)以及方向调节部件(5)，按照由下至上的顺序放置在液压缸上；其中压板(2)的下表面与所述试件(3)的接触面匹配贴合，压板(2)上表面与所述框架(1)上端内表面贴合；所述应变计通过应变计连接线(9)连接至所述应变仪(8)；所述手动液压杆(7)连接至所述液压缸(6)；所述三坐标测量仪测头(10)通过框架(1)上的腰型通孔、压板(2)上的圆形通孔接触所述试件(3)的接触面；所述方向调节部件(5)用于调节液压缸力的输出方向使其垂直向上输出。...

【技术特征摘要】
1.一种金属零件间接触形变及接触应力测量装置，其特征在于，包括：框架(1)、压板(2)、试件(3)、力传感器(4)、方向调节部件(5)、液压缸(6)、手动液压杆(7)、应变仪(8)、应变计连接线(9)以及三坐标测量仪测头(10)；所述框架(1)为矩形框架，其底部两侧凸出形成固定台，用于所述框架(1)的固定，框架(1)上端开有腰型通孔，框架(1)内底面带有螺钉孔；所述压板(2)具有4个圆形通孔，圆形通孔的位置与框架(1)上腰型通孔的位置相对应；压板(2)的下表面上具有与所述试件(2)接触面上的接触区域相匹配的接触凸台，除接触凸台以外区域开设线槽，所述线槽用于容纳所述应变计连接线(9)所述液压缸(6)底部开设沉头孔，该沉头孔与所述框架(1)底面上的螺钉孔相匹配对应；所述试件(3)上表面为接触面，接触面上的非接触区域处粘贴应变计；所述液压缸(6)通过所述沉头孔固定在框架(1)底面上螺钉孔对应部位；所述压板(2)、粘贴应变计的试件(3)、力传感器(4)以及方向调节部件(5)，按照由下至上的顺序放置在液压缸上；其中压板(2)的下表面与所述试件(3)的接触面匹配贴合，压板(2)上表面与所述框架(1)上端内表面贴合；所述应变计通过应变计连接线(9)连接至所述应变仪(8)；所述手动液压杆(7)连接至所述液压缸(6)；所述三坐标测量仪测头(10)通过框架(1)上的腰型通孔、压板(2)上的圆形通孔接触所述试件(3)的接触面；所述方向调节部件(5)用于调节液压缸力的输出方向使其垂直向上输出。2.如权利要求1所述的一种金...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖木峥，张之敬，房燕，金鑫，黄晨灿，陈骁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11