微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置及加载方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置及加载方法，其中通过在试样的径向两侧分别设置一组压紧垫片，并设置垫片导向板形成对两侧压紧垫片的导向，同时设置两组压持机构分别对两侧的压紧垫片进行压持，并通过两侧力传感器反馈至控制器的压力值数据控制两侧直线电机的工作状态，从而使得整个试验过程中法向力加载值均保持的设定范围内，从而实现稳定的加载。该恒定法向力加载装置可用于高温高压水或蒸汽、液体环境的疲劳试验中，实时地补偿压紧垫片与试样之间发生磨损后而损失的力值，保持法向力值得恒定，大大地提高了试验的精度。

Constant normal force loading device and loading method in fretting fatigue test

The invention discloses a fretting fatigue test of constant normal force loading device and loading method, which through a set of pressure pad are respectively arranged in the radial direction on both sides of specimen, and the guide plates are arranged on both sides of the gasket forming pressure pad guide, and set up two groups of clamping mechanism are respectively on both sides of the pressing shim of pressing and, through both sides of the force sensor feedback to the controller working state data control pressure value on both sides of the linear motor, so that the whole test process of normal force loading values were maintained within the set range, so as to realize the stable loading. The constant force device to load fatigue test method can be used for high temperature and high pressure steam, water or liquid environment, between the compensation pressure washer and the sample in real time after the occurrence of wear and loss of stress, maintain the normal force is constant, greatly improve the accuracy of the test.

【技术实现步骤摘要】
微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置及加载方法
本专利技术涉及疲劳试验设备
，尤其涉及一种适用于高温高压水或蒸汽环境中微动疲劳试验用恒定法向力加载装置及加载方法。
技术介绍
微动（fretting）就是在两个接触表面发生的一种磨损现象，通常出现在有微小的、连续的相对运动的接触表面上，一般其位移幅度为微米量级，通常在几十到一百多微米之间。微动疲劳是指构件在循环载荷的作用下，由于表面某一部位与其它接触表面产生小振幅相对滑动而导致构件疲劳强度降低或早期断裂的现象。微动疲劳（FrettingFatigue，FF）现象广泛存在于机械、交通、电力、航空航天，乃至生物医学工程等领域，它会加速零部件的疲劳裂纹萌生与扩展，从而明显降低服役寿命，甚至造成灾难性事故，因此微动损伤被称为工业中的癌症。研究表明，微动能使构件的疲劳寿命降低20%~80%，甚至更低。因此，系统地研究微动疲劳的损伤行为及防护措施，具有重要的理论意义和工程应用价值。在微动疲劳试验中，保持法向力长期稳定加载至关重要，这是定量表征微动对材料疲劳寿命影响的关键。而目前常用的微动疲劳法向力加载方法是螺栓加载或应力环加载，这种方法的缺点在于：随着试验的进行，垫片与试样之间将发生磨损，因此导致两者之间的法向力无法保持恒定，会持续减小，甚至出现法向力为零。这种方法在常温常压下或许能够采用人工进行调整补偿法向力的损失，但是在高温高压密闭环境中，人工无法进行调整补偿，而且人工调整补偿并不能做到实时调整。本专利技术旨在解决上述加载装置的缺陷，实时补偿因垫片与试样发生磨损后而损失的力值，保持法向力值的恒定。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，设置在微动疲劳试验机上用于对试样进行法向力加载，所述试样通过夹具固定地连接在所述疲劳试验机的主轴上，所述法向力加载装置包括设置在所述试样的相异两侧以分别沿径向压紧所述试样的两组压紧垫片、分别用于施加两组所述压紧垫片以压紧力的压持机构，所述压持机构包括固设在所述微动疲劳试验机机座上的直线电机、固接于所述直线电机的电机轴上的压力自平衡拉伸轴、固接于所述压力自平衡轴轴端的力传感器、以及一端与所述力传感器相固定连接且用于施加压紧力的连接轴，所述连接轴的另一端为用于推压所述压紧垫片以施加压紧力的压紧端，所述法向力加载装置还包括能够根据两组所述力传感器反馈的压力值控制两组所述直线电机工作状态的控制器。优选地，所述压紧垫片与所述试样相接触的接触端面为圆弧面、平面或球面，两侧所述压紧垫片的中心线共线且沿所述试样的径向中心线延伸。优选地，所述法向力加载装置还包括用于提供两组所述压紧垫片以运动导向的垫片导向板，所述垫片导向板相对所述机座固定地设置，所述垫片导向板上开设有可供所述试样沿径向穿入的收容槽、分别位于所述收容槽的两侧且与所述收容槽相连通的两个导向槽，两组所述压紧垫片分别滑动配合地设置在两侧的所述导向槽中。进一步地，所述连接轴的所述压紧端沿轴向伸入所述导向槽中而抵触在所述压紧垫片上以施加压紧力。进一步地，所述压紧垫片与所述导向槽之间间隙配合地设置。进一步地，所述垫片导向板呈圆盘状，所述收容槽呈开口朝向其径向外侧的U字型；所述垫片导向板固定在所述夹具上。优选地，所述疲劳试验机包括固定地设于所述机座上且具有密闭的环境腔室的压力容器，所述试样通过所述夹具设于所述环境腔室中，相应地，所述压紧垫片位于所述环境腔室中，所述压力自平衡拉伸轴的一端伸入所述环境腔室中并连接所述力传感器及所述连接轴。进一步地，所述压力容器为能够充盈高温高压气体或液体环境的高压釜，所述高压釜包括固定设置在所述机座上的釜体、设于所述釜体上方且可配合地启闭的釜盖，所述疲劳试验机的所述主轴穿过所述釜盖而插设在所述环境腔室中。本专利技术的另一目的是提供一种采用上述法向力加载装置的微动疲劳试验中恒定法向力的加载方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种微动疲劳试验中的恒定法向力加载方法，采用如上所述的法向力加载装置，所述加载方法包括如下步骤：（1）安装所述试样，使得两组所述的压紧垫片分别在所述试样的径向两侧与所述试样之间轻微接触；（2）所述控制器控制两组所述直线电机工作，使得两侧的连接轴相向运动而分别地逐渐靠近两侧的所述压紧垫片，两所述力传感器分别向所述控制器实时反馈检测到的压力值F0，当检测到的压力值F0小于试验预设的应力值F1时，所述控制器控制两所述直线电机工作而继续驱使两所述连接轴相向运动，直至所述力传感器反馈至所述控制器的压力值F0等于F1时，所述控制器控制两所述直线电机停止运动而保持该压力值，开始微动疲劳试验；（3）在所述微动疲劳试验的过程中，两所述力传感器分别向所述控制器实时反馈检测到的压力值F0，当F1-f≤F0≤F1+f时，所述控制器控制所述直线电机保持停止运动的状态，其中f为疲劳试验设定的法向力值波动幅度值；当F0≤F1-f时，所述控制器控制所述直线电机工作而驱使两所述连接轴相向运动而增加压力值；当F0≥F1-f时，所述控制器控制所述直线电机工作而驱使两所述连接轴朝相反的方向运动而减小压力值。优选地，所述步骤（2）包括先后如下两个步骤：ⅰ、初始时，确定所述连接轴的所述压紧端与所述压紧垫片端面之间的距离S，所述控制器采用位移控制，所述控制器控制两所述直线电机工作而使得所述连接轴的压紧端的位移达到S；ⅱ、所述控制器切换为力控制，所述控制器接收两所述力传感器反馈的压力值来控制两所述直线电机的工作状态。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置及加载方法，其中通过在试样的径向两侧分别设置一组压紧垫片，并设置垫片导向板形成对两侧压紧垫片的导向，同时设置两组压持机构分别对两侧的压紧垫片进行压持，并通过两侧力传感器反馈至控制器的压力值数据控制两侧直线电机的工作状态，从而使得整个试验过程中法向力加载值均保持的设定范围内，从而实现稳定的加载。该恒定法向力加载装置可用于高温高压水或蒸汽、液体环境的疲劳试验中，实时地补偿压紧垫片与试样之间发生磨损后而损失的力值，保持法向力值得恒定，大大地提高了试验的精度。附图说明附图1为本实施例采用的疲劳试验机的整体结构立体示意图；附图2为本实施例采用的疲劳试验机的主视图；附图3为本实施例采用的疲劳试验机的侧视剖视示意图；附图4为附图3中法向力加载装置部分的放大示意图；附图5为试样的安装示意图；附图6为垫片导向板的示意图；附图7、8、9、10分别为法向力加载装置的加载调整原理示意图。其中：10、机座；20、横梁；30、立柱；40、油缸；50、位移传感器；60、力传感器；70、连接法兰；80、连接立柱；1、高压釜；11、釜体；12、釜盖；2、主轴；3、试样；4、夹具；41、夹具座；42、连接柱；5、压紧垫片；6、垫片导向板；61、收容槽；62、导向槽；7、压持机构；71、直线电机；72、压力自平衡拉伸轴；73、力传感器；74、连接轴；8、控制器。具体实施方式下面结合附图合具体的实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。参见图1至6所示的一种高温高压微动疲劳试验机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，设置在微动疲劳试验机上用于对试样进行法向力加载，所述试样通过夹具固定地连接在所述疲劳试验机的主轴上，其特征在于：所述法向力加载装置包括设置在所述试样的相异两侧以分别沿径向压紧所述试样的两组压紧垫片、分别用于施加两组所述压紧垫片以压紧力的压持机构，所述压持机构包括固设在所述微动疲劳试验机机座上的直线电机、固接于所述直线电机的电机轴上的压力自平衡拉伸轴、固接于所述压力自平衡轴轴端的力传感器、以及一端与所述力传感器相固定连接且用于施加压紧力的连接轴，所述连接轴的另一端为用于推压所述压紧垫片以施加压紧力的压紧端，所述法向力加载装置还包括能够根据两组所述力传感器反馈的压力值控制两组所述直线电机工作状态的控制器。

【技术特征摘要】
1.一种微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，设置在微动疲劳试验机上用于对试样进行法向力加载，所述试样通过夹具固定地连接在所述疲劳试验机的主轴上，其特征在于：所述法向力加载装置包括设置在所述试样的相异两侧以分别沿径向压紧所述试样的两组压紧垫片、分别用于施加两组所述压紧垫片以压紧力的压持机构，所述压持机构包括固设在所述微动疲劳试验机机座上的直线电机、固接于所述直线电机的电机轴上的压力自平衡拉伸轴、固接于所述压力自平衡轴轴端的力传感器、以及一端与所述力传感器相固定连接且用于施加压紧力的连接轴，所述连接轴的另一端为用于推压所述压紧垫片以施加压紧力的压紧端，所述法向力加载装置还包括能够根据两组所述力传感器反馈的压力值控制两组所述直线电机工作状态的控制器。2.根据权利要求1所述的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，其特征在于：所述压紧垫片与所述试样相接触的接触端面为圆弧面、平面或球面，两侧所述压紧垫片的中心线共线且沿所述试样的径向中心线延伸。3.根据权利要求1所述的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，其特征在于：所述法向力加载装置还包括用于提供两组所述压紧垫片以运动导向的垫片导向板，所述垫片导向板相对所述机座固定地设置，所述垫片导向板上开设有可供所述试样沿径向穿入的收容槽、分别位于所述收容槽的两侧且与所述收容槽相连通的两个导向槽，两组所述压紧垫片分别滑动配合地设置在两侧的所述导向槽中。4.根据权利要求3所述的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，其特征在于：所述连接轴的所述压紧端沿轴向伸入所述导向槽中而抵触在所述压紧垫片上以施加压紧力。5.根据权利要求3所述的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，其特征在于：所述压紧垫片与所述导向槽之间间隙配合地设置。6.根据权利要求3所述的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，其特征在于：所述垫片导向板呈圆盘状，所述收容槽呈开口朝向其径向外侧的U字型；所述垫片导向板固定在所述夹具上。7.根据权利要求1所述的微动疲劳试验中的恒定法向力加载装置，其特征在于：所述疲劳试验机包括固定地设于所述机座上且具有密闭的环境腔室的压力容器，所述试样通过所述夹具...

【专利技术属性】
技术研发人员：池志远，安英辉，梅金娜，薛飞，张国栋，冯亚飞，窦国强，
申请(专利权)人：岭东核电有限公司，苏州热工研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44