[发明专利]拉扭复合微动疲劳试验设备及试验方法

说明书

本发明公开了拉扭复合微动疲劳试验设备及试验方法，该拉扭复合微动疲劳试验设备包括安装环、径向定位装置、加载装置、动力装置和采集试样轴径向图像的图像采集装置，每个径向定位装置与试样轴接触处设置有三维传感器；加载装置包括套筒，套筒的中部设置有环形凸台，其底部边缘开设有至少三个弧形槽，套筒内等间距设置有夹持板，每个夹持板通过其上固定设置的螺柱安装于套筒上的螺纹孔内；套筒的弧形槽内放置上滚珠后，将套筒的下端放置于收纳槽内，固定板通过联轴器与蜗杆固定连接；动力装置包括电动机，电动机的输出轴上设置的涡轮与蜗杆啮合；环形凸台上设置有一用于采集试样轴试验时的旋转角度的角度采集器。

技术领域

本发明属于轮轴过盈配合疲劳测试领域，具体涉及一种拉扭复合微动疲劳试验设备及试验方法。

背景技术

微动疲劳是指两个接触工件的接触面间由于机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下发生的极小振幅(微米量级)的相对位移，由此带来的高应力集中以及磨损的疲劳行为。

微动疲劳广泛存在于机械行业、铁路、核电、航空航天、桥梁、船舶等各个工业领域的紧固配合构件中，其危害是非常严重和极其可怕的，并且已经成为很多关键零部件失效的主要原因，例如：铆钉连接、螺纹连接、销轴连接等连接件，花键配合、榫槽配合、轮轴过盈配合，钢缆、高空导线等，这些疲劳现象都是由于连接件的某个位置受到微动疲劳而发生失效。

微动疲劳按试样的加载方式，可以分为拉压、拉扭复合和弯曲三种基本模式，对于点接触的微动疲劳形式，其试验接触模型可以是水平圆柱或垂直圆柱；对于线接触的微动疲劳形式，其试验接触模型可以是水平圆柱或平面。

目前，微动疲劳的研究主要集中在拉压模式，国际上关于轮轴材料的微动疲劳研究也都仅局限于拉压模式，在微动疲劳试验中对两侧微动垫施加水平(法向)载荷，以使两侧微动垫与试样保持压配合(紧配合)，目前就这种方式进行试验的设备复杂，试验结果较差，试样在加载的过程中容易发生参数弯曲现象，而且试验过程中应变位移变化测量较难。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的拉扭复合微动疲劳试验设备及试验方法能够在试验时，同时对试样轴实现拉伸和与扭转试验。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

在本发明的一个实施例中，提供一种拉扭复合微动疲劳试验设备，其包括安装环，至少三个等间距安装在安装环上、用于对试样轴的径向进行定位的径向定位装置，用于夹持试样轴端部、进行拉扭复合试验的加载装置和用于给加载装置提供动力的动力装置；相邻两个径向定位装置之间设置有用于对试样轴径向图像进行采集的图像采集装置，每个径向定位装置与试样轴接触处设置有三维传感器；

加载装置包括套筒，套筒的中部设置有环形凸台，其底部边缘开设有至少三个弧形槽，弧形槽的最深点与弧形槽圆心之间的连线与套筒侧壁之间的夹角小于90°；套筒内等间距设置有至少三块用于夹持试样轴端部、且呈弧形的夹持板，每个夹持板通过其上固定设置的螺柱安装于套筒上的螺纹孔内；

套筒的弧形槽内放置上滚珠后，将套筒的下端放置于收纳槽内，收纳槽的内径大于套筒与滚珠组成的结构的外径；收纳槽放置于固定板上，并通过连接固定板与环形凸台的螺栓将套筒固定在固定板上；固定板通过联轴器与蜗杆固定连接；动力装置包括电动机，电动机的输出轴上设置的涡轮与蜗杆啮合；

环形凸台上设置有一用于采集试样轴试验时的旋转角度的角度采集器，角度采集器包括固定于环形凸台上的支撑块和设置于支撑块上端、且紧贴于套筒外表面的弧形板；弧形板上开设有弧形槽，弧形槽上端的弧形板上设置有若干刻度线；弧形槽内放置有卡装于试样轴的安装孔内的测量轴，测量轴的自由端设置有指示旋转角度的指针；支撑块上设置有一用于采集指针旋转情况的图像采集器；图像采集装置、三维传感器、图像采集器和电动机均与控制模块连接。

在本发明的另一个实施例中，提供一种拉扭复合微动疲劳试验设备的试验方法，该方法包括以下步骤：