一种多参数多轴微动疲劳试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及材料的疲劳寿命试验装置和方法，具体涉及一种弯曲‑轴向‑径向载荷作用下的多参数多轴微动疲劳试验装置及方法。本发明专利技术包括内框部件、外框部件、微动疲劳部件、支座部件和疲劳试件，所述内框部件设置在外框部件内，所述支座部件同时设置在内框部件和外框部件左右两端，所述疲劳试件轴线与支座部件的水平中心轴线方向一致，并设置在支座部件内，所述微动疲劳部件设置在支座部件内，并平行设置在疲劳试件上，本发明专利技术根据不同疲劳试验样件和微动块的材料，灵活配置两个导向座内的压缩弹簧的刚度系数，以满足微动疲劳试验中轴向载荷的加载需求，提高试验的合理性和科学性。

A Multi-parameter Multi-Axis Fretting Fatigue Testing Device and Method

The invention relates to a fatigue life testing device and method for materials, in particular to a multi-parameter multi-axis fretting fatigue testing device and method under bending, axial and radial loads. The invention comprises an inner frame component, an outer frame component, a fretting fatigue component, a support component and a fatigue specimen. The inner frame component is arranged in the outer frame component, and the support component is simultaneously arranged at both left and right ends of the inner frame component and the outer frame component. The axis of the fatigue specimen is in line with the horizontal central axis of the support component, and is arranged in the support component, and the fretting fatigue component is arranged in the support component. Based on the materials of different fatigue test samples and fretting blocks, the stiffness coefficients of compression springs in two guide seats are flexibly arranged to meet the loading requirements of axial loads in fretting fatigue test, and to improve the rationality and scientificity of the test.

【技术实现步骤摘要】
一种多参数多轴微动疲劳试验装置及方法
本专利技术涉及材料的疲劳寿命试验装置和方法，具体涉及一种弯曲-轴向-径向载荷作用下的多参数多轴微动疲劳试验装置及方法。
技术介绍
微动现象广泛存在于承受机械振动、电磁振动、疲劳载荷或热循环等工况的名义上“紧固”的机械配合件中。微动疲劳失效常发生在压装或缩装接头、铆接接头、螺栓接头、轮轴总成、花键轴、燃气轮机部件(叶轮叶片的燕尾槽结构)、钢丝绳等机械连接结构中。微动疲劳中发生的微小相对运动情形十分复杂，影响微动疲劳的因素很多，使得对微动疲劳问题的研究面临诸多困难。其中，缺少能较为接近地模拟构件服役过程中的连接方式和所承受的实际载荷的试验台架和试验装置就是原因之一。专利CN103900916A中揭示了一种拉弯扭多轴加载普通疲劳试验机，将拉伸组件、弯曲组件和扭转组件结合在一起，实现拉弯扭多轴疲劳试验；专利CN103471843A揭示了一种拉弯多轴疲劳试验机构，对试样施加轴向拉伸载荷的同时，用激振器对试验样件施加弯曲振动载荷，实现拉弯载荷的加载，同样该结构只能进行拉弯载荷下的普通疲劳试验；专利US6718833B2揭示了一种高频疲劳试验机，但分别采用三个独立的驱动器产生拉弯扭载荷；专利CN104297046A中揭示一种针对钢丝的多轴微动疲劳试验装置，能够开展拉-拉疲劳、扭转和变交叉角摆动等复合运动模式下钢丝的多轴微动疲劳实验；专利CN108627389A公开了一种由齿轮驱动的载荷加载疲劳试验机，能够独立施加弯曲和扭转载荷。总之，上述专利揭示的现有技术存在的不足有：①现有的多轴疲劳试验的装置大多数只针对普通疲劳试验，而针对微动疲劳的多轴试验装置还很少；②针对刚性结构件，大多只能进行普通的多轴疲劳试验，并未涉及微动疲劳问题；③采用独立施加载荷方式实现多轴载荷模拟，难以复现真实构件服役过程中产生的随机载荷；④为实现多轴微动，需设计专用微动疲劳试验机，用途单一，成本高；⑤微动疲劳试验中，一般只能就一种材料、一种几何尺寸、一种几何形状的微动块进行逐次试验，每改变一个参数，就需要重复一次试验，导致多参数对比时的试验周期长；⑥为了实现微动疲劳中轴向载荷的加载，需要单独配置一台电机作为驱动源，使得试验装置体积庞大，不够紧凑；⑦对于单独配置驱动源的情形而言，施加的载荷通常都较大，并不能很好的表征微小运动载荷。因此，针对现有多轴微动疲劳装置尚存在的不足，需要进一步改进和完善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提出一种多参数多轴微动疲劳试验装置及方法，利用普通疲劳试验机的载荷激振器，通过本专利技术提出的装置，实现“弯曲-轴向-径向”耦合载荷加载下构件的微动，模拟构件在服役环境中的受载问题；设置多组微动块，在一次试验加载中，获得不同几何尺寸、不同材料和不同形状的微动块与样件接触产生的微动疲劳现象，实现单次加载获得多组不同参数组合的试验结果。为解决以上技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术包括内框部件、外框部件、微动疲劳部件、支座部件和疲劳试件，所述内框部件设置在外框部件内，所述支座部件同时设置在内框部件和外框部件左右两端，所述疲劳试件轴线与支座部件的水平中心轴线方向一致，并设置在支座部件内，所述微动疲劳部件设置在支座部件内，并平行设置在疲劳试件上；所述微动疲劳部件包括设有微动块安装槽的微动座、设有导槽的微动侧支座、螺柱、弹簧、第一销钉、导向轴承、设有导向头的导向座、内柱面微动块、微动块应变片和法向载荷应变片；所述微动块安装槽设有两个，并沿着疲劳试件的轴线方向对称设置在微动座下端面；所述微动块设置在安装槽中，微动块的侧表面水平方向设有微动块应变片，垂直方向设有法向载荷应变片；所述侧支座设有两个，并通过螺柱对称地设置在微动座的两端面上；所述导向座通过其下部的导向头与导槽配合滑动，所述螺柱的悬伸端沿导向头滑动的方向设置在导向座上的盲孔内，所述弹簧设置在螺柱的悬伸端上，第一销钉穿过导向轴承，并将导向轴承设置在导向座的自由端的凹槽内。进一步地，所述支座部件包括两组外侧端支座、两组内侧端支座、U形支座、第二销钉、滚针轴承、U形框、紧固螺母、紧固螺钉、楔块和安装螺钉；所述外侧端支座和内侧端支座的横截面均为长方形，所述外侧端支座底端设有通孔；所述U形支座的两个垂直面上同轴设有一个通孔，水平的底面下部设有两个盲孔；所述U形支座的通孔中设有第二销钉；所述U形框通过其上下两端的滚针轴承分别设置在外侧端支座和内侧端支座内；所述紧固螺钉穿过紧固螺母设置于U形支座的盲孔内；所述楔块通过螺钉安装在内侧端支座相对朝内一侧，且所述楔块的楔面相对朝下。进一步地，所述内框部件包括内框前板、上支座、设有第一销孔的内框后板和内框连杆和连接螺钉；所述上支座侧面设有螺纹孔，所述内框前板、上支座和内框后板的上端通过螺钉依次连接；所述内框连杆设置在内框前板和内框后板的下端，并通过螺钉连接；所述外框部件包括外框前板、外框上连杆、设有第二销孔的外框后板、下支座和连接螺钉；所述外框前板和外框后板上端通过外框上连杆连接，并利用螺钉固定；所述外框前板和外框后板下端通过下支座杆连接，并利用螺钉固定。进一步地，所述支座部件中的外侧端支座和内侧端支座的前端面和后端面均设有通孔，并通过销钉分别穿过通孔、内框后板第一销孔和外框后板第二销孔设置在内框后板、外框后板、内框前板和外框前板上。进一步地，所述微动疲劳部件和支座部件通过楔块和导向轴承将微动疲劳部件压紧在疲劳试件的外表面，并通过楔块的三个面形成的凹槽将微动疲劳部件限位。进一步地，建立评估构件的微动疲劳寿命的方法，所述设置在微动疲劳部件中的弹簧的刚度系数由下式确定：式(一)中，k1和k2，x1和x2分别为微动疲劳部件中左侧和右侧的弹簧的刚度系数和变形量；所述疲劳试件的轴向、径向的受力以及与微动块接触区域的应力计算方式为：式(二)和式(三)中，α为所述支座部件中楔块的楔面角度，β为导向座曲端的仰角，E1和ν1分别为疲劳试件的材料的杨氏模量和泊松比，E2和ν2分别为微动块的材料的杨氏模量和泊松比，P为加载载荷，Fx和Fy分别为传递到疲劳试件上的轴向载荷和径向载荷；评估构件的微动疲劳寿命：式(四)中，Ni待评估的微动疲劳寿命，σ′f为疲劳强度系数，ε′f为疲劳延性系数，b为疲劳强度指数，c为疲劳延性指数，为最大法向应力，Δεn为法向应变范围。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术利用现有的普通疲劳试验机为平台，直接加装本装置即可进行微动疲劳或普通多点弯曲疲劳试验，节省专用疲劳试验设备的成本；本专利技术采用框架结构设计，结构紧凑，刚性好，确保循环加载中装置的稳定性和精度，从而保证试验结果的准确性；本专利技术采用模块化多组件设计，拆除微动疲劳部件后，该装置同样能用于普通多点弯曲疲劳试验，实现装置的多功能多用途应用；本专利技术内外框部件之间采用嵌合式结构且预留相应的运动间隙，以保证驱动载荷加载中，二者的运动不发生干涉；本专利技术通过楔块的设计，将内外框的相对运动有效实现分解并传递到疲劳试验样件的轴向和径向，以复现构件服役环境中的受载情况，同时将导向轴承沿轴线方向限制在由凸台和楔面构成的槽内，防止导向轴承沿其轴线窜动，实现可靠的机械限位；本专利技术通过在导向座内布置套接于导向螺柱上的压缩弹簧，可以确保载荷加载过程中，导向轴承始终本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多参数多轴微动疲劳试验装置，其特征在于其包括：内框部件(1)、外框部件(2)、微动疲劳部件(3)、支座部件(4)和疲劳试件(5)，所述内框部件(1)设置在外框部件(2)内，所述支座部件(4)同时设置在内框部件(1)和外框部件(2)左右两端，所述疲劳试件(5)轴线与支座部件(4)的水平中心轴线方向一致，并设置在支座部件(4)内，所述微动疲劳部件(3)设置在支座部件(4)内，并平行设置在疲劳试件(5)上；所述微动疲劳部件(3)包括设有安装槽(301a)的微动座(301)、设有导槽(302a)的微动侧支座(302)、螺柱(303)、弹簧(304)、第一销钉(305)、导向轴承(306)、设有导向头(307a)的导向座(307)、微动块(308)、法向载荷应变片(7)和微动块应变片(8)；所述安装槽(301a)设有两个，并沿着疲劳试件(5)的轴线方向对称设置在微动座(301)下端面；所述微动块(308)设置在安装槽(301a)中；所述微动块(308)的侧表面垂直方向设有法向载荷应变片(7)，水平方向设有微动块应变片(8)，所述侧支座(302)设有两个，并通过螺柱(303)对称地设置在微动座(301)的两端面上；所述导向座(307)通过其下部的导向头(307a)与导槽(302a)配合滑动，所述螺柱(303)的悬伸端沿导向头(307a)滑动的方向设置在导向座(307)上的盲孔内，所述弹簧(304)设置在螺柱(303)的悬伸端上，第一销钉(305)穿过导向轴承(306)，并将导向轴承(306)设置在导向座(307)的自由端的凹槽内。...

【技术特征摘要】
1.一种多参数多轴微动疲劳试验装置，其特征在于其包括：内框部件(1)、外框部件(2)、微动疲劳部件(3)、支座部件(4)和疲劳试件(5)，所述内框部件(1)设置在外框部件(2)内，所述支座部件(4)同时设置在内框部件(1)和外框部件(2)左右两端，所述疲劳试件(5)轴线与支座部件(4)的水平中心轴线方向一致，并设置在支座部件(4)内，所述微动疲劳部件(3)设置在支座部件(4)内，并平行设置在疲劳试件(5)上；所述微动疲劳部件(3)包括设有安装槽(301a)的微动座(301)、设有导槽(302a)的微动侧支座(302)、螺柱(303)、弹簧(304)、第一销钉(305)、导向轴承(306)、设有导向头(307a)的导向座(307)、微动块(308)、法向载荷应变片(7)和微动块应变片(8)；所述安装槽(301a)设有两个，并沿着疲劳试件(5)的轴线方向对称设置在微动座(301)下端面；所述微动块(308)设置在安装槽(301a)中；所述微动块(308)的侧表面垂直方向设有法向载荷应变片(7)，水平方向设有微动块应变片(8)，所述侧支座(302)设有两个，并通过螺柱(303)对称地设置在微动座(301)的两端面上；所述导向座(307)通过其下部的导向头(307a)与导槽(302a)配合滑动，所述螺柱(303)的悬伸端沿导向头(307a)滑动的方向设置在导向座(307)上的盲孔内，所述弹簧(304)设置在螺柱(303)的悬伸端上，第一销钉(305)穿过导向轴承(306)，并将导向轴承(306)设置在导向座(307)的自由端的凹槽内。2.根据权利要求1所述的一种多参数多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：所述支座部件(4)包括两组外侧端支座(401)、两组内侧端支座(402)、U形支座(403)、第二销钉(404)、滚针轴承(405)、U形框(406)、紧固螺母(407)、紧固螺钉(408)、楔块(34)和安装螺钉；所述外侧端支座(401)和内侧端支座(402)的横截面均为长方形，所述外侧端支座(401)底端设有通孔；所述U形支座(403)的两个垂直面上同轴设有一个通孔，水平的底面下部设有两个盲孔；所述U形支座(403)的通孔中设有第二销钉(404)；所述U形框(406)通过其上下两端的滚针轴承(405)分别设置在外侧端支座(401)和内侧端支座(402)内；所述紧固螺钉(408)穿过紧固螺母(407)设置于U形支座(403)的盲孔内；所述楔块(34)通过螺钉安装在内侧端支座(402)相对朝内一侧，且所述楔块(34)的楔面相对朝下。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦黎，顾慧卿，王西彬，刘志兵，陈仕齐，冯吕晨，颜培，梁志强，解丽静，周天丰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11