悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统。包括离心主机、转子系统、实验腔、升降系统和上驱式主轴复合体；转子系统和上驱式主轴复合体装在实验腔内，实验腔底部装在装置底座上，离心主机装在升降系统上并上驱式主轴复合体连接，上驱式主轴复合体和转子系统驱动连接，升降系统装在装置底座且在实验腔上方，升降系统和实验盖连接；挂杯装保温装置，保温装置装有加热装置，加热装置装承力装置，挂杯通过吊耳铰接悬挂在超重力离心机的旋转臂端部。本发明专利技术可实现离心超重力环境下拉伸、持久、蠕变、疲劳等材料性能的高通量测试，能给试样施加均匀应力梯度、不均匀应力梯度，以最大限度模拟试样的工况环境，操作方便且安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统
本专利技术涉及材料性能测试
的一种超重力材料性能测试试验机，尤其涉及了一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统。
技术介绍
叶片类机械是航天航空、冶金、能源行业的关键设备，如航空发动机、压缩机、汽轮机、水轮机等，这类机械的设计、运行、维护关系到重大工程项目的安全稳定，对国民经济，国家安全有着重大的意义。涡轮工作叶片作为航空发动机高温燃气做功的核心部件，通常设计为变截面、强扭面(扭曲度超60度)、薄壁曲面(缘头最薄处不足3mm)、复杂拓扑形状的几何结构。特殊的几何结构和复杂的工况环境使涡轮工作叶片成为航空发动机热端部件中可靠性最低、故障率较高的部件。虽然叶片-轮盘系统属于圆周循环对称结构，但由于加工误差、装配、工作时磨损不均匀等因素，导致该系统周期性对称结构失谐，使叶片模态振型不能沿圆周方向均匀地传递到所有叶片上，而是将振动能量集中在几个叶片上，使它们的振幅及应力显著大于其他叶片，从而发生严重的振动模态局部化现象，极易诱发叶片的高周疲劳断裂。美国军方统计数据表明，近20年来，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统，其特征在于：/n包括离心主机(1)、转子系统(2)、实验腔(3)和升降系统(4)和上驱式主轴复合体(5)；转子系统(2)和上驱式主轴复合体(5)安装在实验腔(3)内，实验腔(3)底部安装在装置底座上，离心主机(1)安装在实验腔(3)上方的升降系统(4)上并上驱式主轴复合体(5)上端连接，上驱式主轴复合体(5)下端和转子系统(2)驱动连接，升降系统(4)安装在装置底座上且位于实验腔(3)上方，升降系统(4)和实验腔(3)的腔盖连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统，其特征在于：
包括离心主机(1)、转子系统(2)、实验腔(3)和升降系统(4)和上驱式主轴复合体(5)；转子系统(2)和上驱式主轴复合体(5)安装在实验腔(3)内，实验腔(3)底部安装在装置底座上，离心主机(1)安装在实验腔(3)上方的升降系统(4)上并上驱式主轴复合体(5)上端连接，上驱式主轴复合体(5)下端和转子系统(2)驱动连接，升降系统(4)安装在装置底座上且位于实验腔(3)上方，升降系统(4)和实验腔(3)的腔盖连接。


2.根据权利要求1所述的一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的实验腔(3)包括实验腔体(3-1)、保护壳(3-2)、实验腔盖(3-3)、立式肘夹(3-4)和支座(3-6)；实验腔体(3-1)底部通过支座(3-6)固定安装在装置底座上，实验腔体(3-1)顶部开口并设有实验腔盖(3-3)；实验腔盖(3-3)周围的实验腔体(3-1)顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹(3-4)，实验腔盖(3-3)通过立式肘夹(3-4)与实验腔体(3-1)固定，立式肘夹(3-4)具体为卡扣式连接锁紧结构；实验腔盖(3-3)和实验腔体(3-1)接触面之间用O型橡胶圈(3-5)密封，实验腔体(3-1)侧壁开设有真空接口(3-9)，真空接口(3-7)与外部的地面真空系统或充气系统相连；实验腔体(3-1)内周围设有三层防护壳(3-2)；
所述的升降系统(4)包括驱动电机(4-1)、联轴器(4-2)、丝杠导轨(4-3)、支架(4-4)、螺母块(4-5)、竖直导轨(4-6)；升降支架(4-4)安装在实验腔(3)侧方的装置底座上，驱动电机(4-1)固定在升降支架(4-4)顶部，驱动电机(4-1)输出轴朝下经联轴器(4-2)和丝杠(4-3)传动连接，丝杠(4-3)竖直布置，丝杠(4-3)上通过螺纹安装有螺母块(4-5)，螺母块(4-5)同时轴向活动套装于丝杠(4-3)旁平行布置的竖直导轨(4-6)上，形成丝杠螺母副；驱动电机(4-1)工作带动丝杠(4-3)旋转进而带动螺母块(4-5)沿竖直导轨(4-6)导向上下升降移动；
所述的离心主机(1)包括离心电机(1-1)、上轴承支架(1-3)、转速传感器(1-4)、位移传感器(1-5)和电机支座(1-7)；电机支座(1-7)固定于升降系统(4)的螺母块侧面，离心电机(1-1)固定安装在电机支座(1-7)上，电机支座(1-7)底部固定连接于实验腔(3)的实验腔盖(3-3)，离心电机(1-1)侧旁安装有上驱式主轴复合体(5)，上驱式主轴复合体(5)支撑安装于上轴承支架(1-3)上，上轴承支架(1-3)固定连接电机支座(1-7)，离心电机(1-1)的输出轴朝下经带传动结构和上驱式主轴复合体(5)连接，带动上驱式主轴复合体(5)旋转运动；实验腔盖(3-3)内顶面在上驱式主轴复合体(5)侧方旁固定装有转速传感器(1-4)，上驱式主轴复合体(5)下部固定连接安装有位移传感器(1-5)，上驱式主轴复合体(5)下端和转子系统(2)连接；
所述的上驱式主轴复合体(5)包括滑环(51)、滑环轴(52)、主轴(59)、小带轮(510)、磁流体密封结构(511)、密封法兰(513)、连接法兰(515)和胀紧套(516)；主轴(59)上部套装从上倒下依次设有滑环轴(52)和轴环部；滑环轴(52)下端和主轴(59)上端同轴固接，滑环轴(52)外套装有滑环(51)；所述滑环轴(52)下方的主轴(59)局部设置有环形外凸缘作为轴环部，轴环部的外周面设置为倾斜向下的外圆锥面，小带轮(510)的内周面设置为倾斜向下的内圆锥面，小带轮(510)通过内外圆锥面同轴套装于主轴(59)的轴环部上，小带轮(510)经皮带和离心电机(1-1)的输出轴同步连接传动，滑环轴(52)和轴环部之间的主轴(59)通过轴承套装于离心主机(1)的上轴承支架(1-3)的通孔中；主轴(59)中部从上到下依次套装有磁流体密封结构(511)和密封法兰(513)；磁流体密封结构(511)包括轴承盖(511-2)、深沟球轴承(511-3)、壳体(511-4)和O型圈(511-7)；壳体(511-4)套装在主轴(59)外，壳体(511-4)和主轴(59)中部之间具有径向间隙形成游动腔(511-5)，游动腔内部的上侧和下侧均安装有深沟球轴承(511-3)，使得壳体(511-4)和主轴(59)之间通过深沟球轴承(511-3)转动连接，游动腔(511-5)上端口处的壳体(511-4)开口并安装有轴承盖(511-2)，轴承盖(511-2)套装于主轴(59)外并轴向对深沟球轴承(511-3)限位；壳体(511-4)在下端处的壳体(511-4)封闭形成封闭端，壳体(511-4)下端封闭端和主轴(59)之间密封连接；壳体(511-4)的下端部设有外凸缘，外凸缘开设连接孔(511-6)，螺栓穿过连接孔(511-6)连接到实验腔盖(3-3)顶面，从而将壳体(511-4)的下端部固定连接到实验腔盖(3-3)顶面，且壳体(511-4)的下端面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装O型圈(511-7)，通过O型圈(511-7)使得壳体(511-4)的下端面和实验腔盖(3-3)顶面密封配合；密封法兰(513)位于实验腔体(3-1)内且固定在实验腔盖(3-3)底面，在顶部内圈周面开设有环形缺口槽，环形缺口槽中安装有油封(513-1)，油封(513-1)上侧设有孔用弹性挡圈(513-2)，孔用弹性挡圈(513-2)嵌装在密封法兰(513)环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽中；密封法兰(513)顶面设有环形台阶，环形台阶表面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装密封圈(513-3)，通过密封圈(513-3)使得密封法兰(513)顶面和实验腔盖(3-3)底面密封配合；主轴(59)下端经胀紧套(516)和连接法兰(515)同轴固接，连接法兰(515)下端连接离心超重力装置的转子系统；
所述的转子系统(2)包括挂杯臂(2-1)、挂杯(61)和挂销(2-3)；上驱式主轴复合体(5)主轴(59)下端穿过实验腔盖(3-3)的中心通孔伸入到实验腔体(3-1)内，挂臂(2-1)顶面中心和主轴(59)底端的密封法兰(513)同轴固接，挂臂(2-1)的两端对称铰接安装有挂杯(61)，挂杯(61)均通过挂销(2-3)铰接安装于挂臂(2-1)的末端；挂臂(2-1)底面中心可旋转活动地承托在中心支承轴(1-6)顶端，支承轴(1-6)底端竖直固定于实验腔体(3-1)底部中心。


3.根据权利要求1所述的一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的实验腔体(3-1)底面上开有视窗(3-8)，视窗(3-8)下方的装置底座上安装监视器(3-7)，监视器(3-7)朝向视窗(3-8)并透过视窗(3-8)向实验腔体(3-1)内拍摄实验状况。


4.根据权利要求1所述的一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统，其特征在于：每个所述的挂杯(61)中安装有材料性能测试系统，材料性能测试系统包括加热装置(62)、保温装置(63)和承力装置(64)；挂杯(61)中安装保温装置(63)，保温装置(63)中装有加热装置(62)，加热装置(62)中装有承力装置(64)，挂杯(61)顶部两侧设有吊耳(61-1)，挂杯(61)通过两侧的吊耳(61-1)铰接地悬挂在超重力离心机的旋转臂端部上。


5.根据权利要求4所述的一种悬臂式离心超重力环境下的材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的保温装置(63)包括保护壳(63-1)、上段气凝胶层(63-2)、上段陶瓷纤维层(63-3)、上段绝缘环(63-4)、上固定环隔热层(63-5)、中段气凝胶层(63-6)、中段陶瓷纤维层(63-7)、下段绝缘环(63-8)、下固定环隔热层(63-9)、下段气凝胶层(63-10)、下段陶瓷纤维层(63-11)、隔热支撑座(63-12)、保温盖(63-13)、炉顶气凝胶层(63-14)、上进线安装环道(63-15)、上出线安装孔(63-16)、下进线安装环道(63-17)、下出线安装孔(63-18)、上环形间隔(63-19)和下环形间隔(63-20)；保护壳(63-1)固定放置在挂杯(61)底部，保护壳(63-1)的内周壁布置有环状沿圆周一圈的气凝胶层，气凝胶层从下到上分为下段气凝胶层(63-10)、中段气凝胶层(63-6)和上段气凝胶层(63-2)，下段气凝胶层(63-10)和中段气凝胶层(63-6)之间设有下环形间隔(63-20)，下环形间隔(63-20)处布置下段加热结构的下段固定环(62-9)；中段气凝胶层(63-6)和上段气凝胶层(63-2)之间设有上环形间隔(63-...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦华，张泽，陈云敏，林伟岸，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33