[实用新型]一种谐振式内燃机微动疲劳模拟实验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种谐振式内燃机微动疲劳模拟实验系统，属于内燃机疲劳强度技术领域。

背景技术

在内燃机工作状态下，机体隔板和主轴承盖接触面承受预紧力和交变法向和切向载荷的共同作用，容易在接触面附近发生微动损伤，加速零部件的失效。研究表明，在相同的交变外载荷作用下，微动疲劳的作用会降低试件的疲劳寿命30％～50％。微动疲劳损伤规律的研究近年来逐渐成为相关研究领域内的研究热点。

实验研究是微动疲劳损伤研究中最重要的研究手段。微动疲劳实验有多种方式，其中的差异主要集中在压头的形状上。压头的形状有很多种，不同压头会导致不同的应力分布。现阶段最常用的压头有桥式压头、圆柱式压头和球形压头等。通常能够为标准疲劳试件提供固定的法向压力和可控的循环变化体力。但是，该实验很难模拟周期性法向压力与周期性切向力共同作用下的微动疲劳失效过程。牛沣大学的Ruiz开发的燕尾榫结构微动疲劳实验台，该实验系统的基础是一台电液伺服疲劳实验机。通过双轴非比例激励分别模拟航空发动机工作状态下的离心力和空气对叶片的作用力，通过一个附加的高周疲劳激励实现微动幅值的控制。实现了叶片结构件的微动疲劳实验。(参考文献Ruiz C，Boddington PHB，Chen KC.An investigation on fatigue and fretting in a dovetail joint.Exp Mech 1984；24：208-17.)现阶段还没有关于内燃机典型特征载荷作用下结构件的谐振微动疲劳实验系统的相关论文和报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了能够充分模拟内燃机载荷特征下的微动疲劳损伤过程，研制一种谐振式内燃机微动疲劳模拟实验系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的一种谐振式内燃机微动疲劳模拟实验系统，该系统包括微动疲劳装置1、加速度计2、电子控制部件3、电动激振器4、激振器推杆5和两块惯性振板6；两块惯性振板6通过钢丝绳悬挂在轨道上；微动疲劳装置1通过法兰固定在两块惯性振板6之间；激振器推杆5的一端固定在电动激振器4上；激振器推杆5的另一端固定在一块惯性振板6上；加速度计2通过磁力粘在另一块惯性振板6上，其位置与激振器推杆5相对称；电子控制部件3用于控制电动激振器4；

其中，微动疲劳装置1包括试件7、预紧螺栓8、压头9、U型连接器10、基座11、加载推杆12和载荷施加轴13；基座11为整体为一个柱体；在柱体的下侧面挖有两个对称凹槽，两个凹槽之间形成一个梯形支撑架，柱体两端的剩余部分用于与惯性振板6固定连接；梯形支撑架的两侧各有一个试件安装槽，用于固定和安装试件7，试件7的一侧有一个半圆孔，压头9的一侧有一个半圆孔，压头9放在试件7的上表面，压头9的半圆孔与试件7的半圆孔整好形成一个圆孔；试件7与压头9通过预紧螺栓8固定连接在梯形支撑架的两侧；载荷施加轴13穿过压头9和试件7形成的圆孔；载荷施加轴13的两端固定在U型连接器10的两臂上；U型连接器与基座11通过加载推杆12固定连接。

电子控制部件3在试验过程中对曲轴弯曲疲劳模拟系统的谐振幅度和谐振频率进行闭环控制，形成闭环控制电路；首先信号发生器将信号输入给伺服控制器，伺服控制器通过功率放大器向电动激振器4发出一个标准的正弦型指令信号，使电动激振器4激起系统谐振，然后安装在惯性振板6上的加速度计2将测得的加速度信号通过电荷放大器后一部分作为系统的响应信号反馈回伺服控制器，一部分通过谐振跟踪单元反馈给信号发生器，每循环一次计数器累加一次。伺服控制器对指令信号和响应信号的幅值和频率进行比较，以修正指令信号或中止试验；控制电路中还设置了载荷幅值限制和谐振频率限制两个单元，当载荷幅值和频率的变化超出限制单元的预定值时，限制单元可以中止试验以保护试验装置；计数器能够记录试验中止时的循环加载次数，测得相应的疲劳寿命。