疲勞試驗力的加載方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種疲勞試驗力的加載方法及其裝置，通過伺服液壓缸對十字加力盤施加復(fù)合力，從而實現(xiàn)試件力的加載；施力裝置主要包括加載機構(gòu)：十字加力盤、第一伺服液壓缸、第二伺服液壓缸，第一伺服液壓缸固定于固定板上，其活塞桿連接力傳感器，并固定于十字加力盤的上端面，第二伺服液壓缸固定于固定框的內(nèi)側(cè)邊上，其活塞桿連接力傳感器，并固定于十字加力盤的一側(cè)。本發(fā)明力的加載方法通過將十字加力盤上平面施加的力轉(zhuǎn)換為彎矩、扭矩、循環(huán)彎矩，從而實現(xiàn)了復(fù)合力的加載；本發(fā)明力的加載裝置通過伺服液壓缸實現(xiàn)對試件力的加載，由于伺服液壓缸出力大、體積小、控制精度高，且可靠性較高，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】疲勞試驗力的加載方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于力學(xué)試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及疲勞試驗力的加載方法，以及采用此方法的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]疲勞是指材料或結(jié)構(gòu)在交變載荷循環(huán)作用下的損傷累積直至破壞的現(xiàn)象。疲勞行為根據(jù)發(fā)生疲勞破壞所需的載荷循環(huán)周次，分為低周疲勞(循環(huán)周次少于105)、高周疲勞(循環(huán)周次在105到107之間)以及超高周疲勞(循環(huán)周次在107以上)。
[0003]例如，飛機發(fā)動機風(fēng)扇軸是飛機的關(guān)鍵零件之一，其在高速、高溫、受力復(fù)雜的條件下運轉(zhuǎn)，其質(zhì)量和性能直接影響到發(fā)動機性能、壽命和可靠性。為了保證發(fā)動機主軸的質(zhì)量和性能，其在工作時必須具備足夠的疲勞強度。通常，對疲勞試驗測試主要力包括軸向力、扭矩、彎矩、循環(huán)彎矩等。
[0004]常見的疲勞試驗力的加載方法是通過步進電機或伺服電機或普通電機配備加減速箱及輔助機構(gòu)來實現(xiàn)力的加載。但是，當(dāng)扭矩加載值較大時，步進電機或伺服電機常常達不到出力要求；采用普通電機配備加減速箱的方式加載力，其機構(gòu)整體體積較大、控制精度較低，且能以實現(xiàn)高周循環(huán)。因而，以上加載力的方法都存在一定的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、控制精度高，且可靠性較高的疲勞試驗力的加載方法及其裝置。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種疲勞試驗力的加載方法，包括以下步驟:
(1)將試件固設(shè)于十字加力盤的底端，通過伺服液壓缸對十字加力盤施加復(fù)合力，以作用于試件上，具體施加的復(fù)合力包括:
a.軸向施力伺服液壓缸對十字加力盤的上端面施加垂直向上的拉力F4；
b.彎矩施力伺服液壓缸對十字加力盤的上端面的縱向?qū)ΨQ地施加一對方向相反、大小相等的拉力Fl和推力F1’ ；
c.彎矩施力伺服液壓缸對十字加力盤的上端面的橫向?qū)ΨQ地施加一對方向相反、大小相等的拉力F2和推力F2’ ；
d.扭矩施力伺服液壓缸對十字加力盤的橫向或縱向的側(cè)邊對稱地施加一對方向相反、大小相等的拉力F3和推力F3’ ；
(2)步驟(I)中施加在十字加力盤上的各力分別作用于試件，則試件所承受的軸向力為F4，試件所承受的拉力Fl和推力F1’以一推一拉的形式形成彎矩Ml，M1=F1*L1，或M1=F1’ *L1，試件所承受的拉力F2和推力F2’以一推一拉的形式形成彎矩M2，M2=F2*L2，或M2=F2’ *L2，試件所承受的拉力F3和推力F3’以一推一拉的形式形成扭矩M3，M3=F3*L3，其中，L1、L2、L3為對應(yīng)力的力臂； (3)彎矩Ml和彎矩M2的方向成90度交叉，彎矩Ml為正弦變化彎矩，M2為余弦變化彎矩，當(dāng)彎矩Ml和彎矩M2同時施加，且頻率相同時，根據(jù)李薩如圖形定理，運動方向相互垂直的兩個簡諧信號可合成穩(wěn)定的運動軌跡，且其運動軌跡為橢圓，則彎矩Ml和彎矩M2根據(jù)所述李薩如圖形定理可合成循環(huán)彎矩MO，MO的運動軌跡為橢圓。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，當(dāng)Ml和M2的幅值相等時，MO的運動軌跡為圓形，MO的幅值即等于Ml和M2的幅值。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，步驟(I)中施加在所述十字加力盤上的各力通過力傳感器感應(yīng)，所述力傳感器將力信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號傳遞給與之相連接的采集控制系統(tǒng)，采集控制系統(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳遞給與之相連的計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)字信號進行處理及計算，以直接得出F1、M1、M2、M3、M0的值。
[0009]一種疲勞試驗力的加載裝置，包括底座、導(dǎo)柱、固定平臺、力加載機構(gòu)，四根所述導(dǎo)柱對稱地固設(shè)于所述底座上，該些導(dǎo)柱的頂端部固連一頂蓋板上，所述導(dǎo)柱上位于所述頂蓋板的下方還依次套設(shè)有一固定板和固定框，所述固定平臺固設(shè)于所述底座上，其上設(shè)置有用于固定試件的固定組件，且所述固定平臺位于該些導(dǎo)柱的中間；
所述力加載機構(gòu)包括位于所述固定組件上方的十字加力盤、第一伺服液壓缸、第二伺服液壓缸，所述第一伺服液壓缸經(jīng)連接件垂直固定于所述固定板上，其活塞桿連接力傳感器，并經(jīng)連接件固定于所述十字加力盤的上端面，所述第二伺服液壓缸經(jīng)連接件固定于所述固定框的內(nèi)側(cè)邊上，其活塞桿連接力傳感器，并經(jīng)連接件固定于所述十字加力盤的一側(cè)。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述第一伺服液壓缸包括一固設(shè)于所述十字加力盤上端面中間區(qū)域的軸向施力伺服液壓缸、固設(shè)有所述十字加力盤四個角處的彎矩施力伺服液壓缸，所述第二伺服液壓缸包括固定于所述十字加力盤一側(cè)的一對扭矩施力伺服液壓缸。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，該加載裝置還包括一用于調(diào)節(jié)試件高度的提升機構(gòu)，所述提升機構(gòu)包括兩個對稱地固設(shè)于所述底座上的調(diào)節(jié)器，且所述調(diào)節(jié)器的活塞桿與所述固定框相固連。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述固定組件包括固設(shè)于所述固定平臺上的軸承以及軸承座。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述連接件包括一球形鉸鏈。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述底座的兩端分別固設(shè)有一側(cè)板，所述側(cè)板的頂端面與所述頂蓋板相固連。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點至少在于:本發(fā)明的疲勞試驗力的加載方法通過將十字加力盤上平面施加的力轉(zhuǎn)換為彎矩、扭矩、循環(huán)彎矩，從而實現(xiàn)了疲勞試驗復(fù)合力的加載；本發(fā)明的疲勞試驗力的加載裝置通過伺服液壓缸將力施加于十字加力盤上從而實現(xiàn)對試件力的加載，由于伺服液壓缸出力大、體積小、控制精度高，且可靠性較高，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要點，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例所公開的一種疲勞試驗力的加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例所公開的一種疲勞試驗力的加載裝置的主視圖；
圖3為本發(fā)明實施例所公開的一種疲勞試驗力的加載裝置的俯視圖；
圖4為本發(fā)明實施例所公開的固定組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實施例所公開的連接件與伺服液壓缸連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實施例所公開的疲勞試驗系統(tǒng)框架圖；
圖7為本發(fā)明實施例所公開的復(fù)合力的加載示意圖。
[0018]附圖標(biāo)記說明:11_底座，12-導(dǎo)柱，13-固定平臺，14-頂蓋板，15-固定板，16-固定框，17-十字加力盤，181-軸向施力伺服液壓缸，182-彎矩施力伺服液壓缸，19-扭矩施力伺服液壓缸，20-連接件，21-調(diào)節(jié)器，22-固定組件，23-側(cè)板，24-試件。

【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進行具體、清楚、完整地描述。
[0020]參見圖1-7所示，一種疲勞試驗力的加載方法，包括以下步驟:
(1)將試件24固設(shè)于十字加力盤17的底端，通過伺服液壓缸對十字加力盤17施加復(fù)合力，以作用于試件24 (飛機發(fā)動機風(fēng)扇軸)上,具體施加的復(fù)合力包括:
a.軸向施力伺服液壓缸181對十字加力盤17的上端面施加垂直向上的拉力F4；
b.彎矩施力伺服液壓缸182對十字加力盤17的上端面的縱向?qū)ΨQ地施加一對方向相反、大小相等的拉力Fl和推力F1’ ；
c.彎矩施力伺服液壓缸182對十字加力盤17的上端面的橫向?qū)ΨQ地施加一對方向相反、大小相等的拉力F2和推力F2’ ；
d.扭矩施力伺服液壓缸19對十字加力盤17的橫向或縱向的側(cè)邊對稱地施加一對方向相反、大小相等的拉力F3和推力F3’，以如圖7所示的復(fù)合力的加載示意圖為例,扭矩施力伺服液壓缸19對十字加力盤17的縱向的側(cè)邊對稱地施加一對方向相反、大小相等的拉力F3和推力F3’ ；
(2)步驟(I)中施加在十字加力盤17上的各力分別作用于試件24，則試件24所承受的軸向力為F4，試件24所承受的拉力Fl和推力F1’以一推一拉的形式形成彎矩M1，M1=F1*L1,或M1=F1’ *L1,試件24所承受的拉力F2和推力F2’以一推一拉的形式形成彎矩M2，M2=F2*L2，或M2=F2’ *L2，試件24所承受的拉力F3和推力F3’以一推一拉的形式形成扭矩M3，M3=F3*L3，其中，L1、L2、L3為對應(yīng)力的力臂，如圖7所示的復(fù)合力的加載示意圖，L3=L1，則 M3=F3*L1 ；
(3)彎矩Ml和彎矩M2的方向成90度交叉，彎矩Ml為正弦變化彎矩，M2為余弦變化彎矩，當(dāng)彎矩Ml和彎矩M2同時施加，且頻率相同時，根據(jù)李薩如圖形定理，運動方向相互垂直的兩個簡諧信號可合成穩(wěn)定的運動軌跡，且其運動軌跡為橢圓，則彎矩Ml和彎矩M2根據(jù)李薩如圖形定理可合成循環(huán)彎矩MO，MO的運動軌跡為橢圓。
[0021]當(dāng)Ml和M2的幅值相等時，MO的運動軌跡為圓形，MO的幅值即等于Ml和M2的幅值。
[0022]步驟(I)中施加在十字加力盤17上的各力通過力傳感器感應(yīng)，力傳感器將力信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號傳遞給與之相連接的采集控制系統(tǒng)，采集控制系統(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳遞給與之相連的計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)字信號進行處理及計算，以直接得出F1、Ml、M2、M3、MO的值。
[0023]本發(fā)明的疲勞試驗力的加載方法通過將十字加力盤17上平面施加的力(即施加在十字加力盤17上端面和側(cè)端的力)通過已知的力學(xué)公式以及力學(xué)原理將其轉(zhuǎn)換為彎矩、扭矩、循環(huán)彎矩，從而實現(xiàn)了疲勞試驗力的加載。
[0024]參見圖1-5所示，一種疲勞試驗力的加載裝置，包括底座11、導(dǎo)柱12、固定平臺13、力加載機構(gòu)，四根導(dǎo)柱12對稱地固設(shè)于底座11上，該些導(dǎo)柱12的頂端部固設(shè)于一頂蓋板14上，導(dǎo)柱12上位于頂蓋板14的下方還依次套設(shè)有一固定板15和固定框16，固定平臺13固設(shè)于底座11上，其上設(shè)置有用于定位及固定試件24的固定組件22，且固定平臺13位于該些導(dǎo)柱12的中間；
力加載機構(gòu)包括位于固定組件22上方的十字加力盤17、第一伺服液壓缸、第二伺服液壓缸，第一伺服液壓缸經(jīng)連接件20垂直固定于固定板15上，其活塞桿連接力傳感器，并經(jīng)連接件20固定于十字加力盤17的上端面，第二伺服液壓缸經(jīng)連接件20固定于固定框16的內(nèi)側(cè)邊上，其活塞桿連接力傳感器，并經(jīng)連接件20固定于十字加力盤17的一側(cè)。底座11的兩端分別固設(shè)有一側(cè)板23，側(cè)板23的頂端面與頂蓋板14相固連。
[0025]具體的，參見圖1所示，第一伺服液壓缸包括一固設(shè)于十字加力盤17上端面中間區(qū)域的軸向施力伺服液壓缸181、位于軸向施力伺服液壓缸181兩側(cè)的一對彎矩施力伺服液壓缸182。第二伺服液壓缸包括一對設(shè)于十字加力盤17側(cè)端的扭矩施力伺服液壓缸19。其中，軸向力通過軸向施力伺服液壓缸181加載實現(xiàn)，加載力為拉力；彎矩通過一對彎矩施力伺服液壓缸182加載的兩個相反方向的拉力和推力來實現(xiàn)，加載點也可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。扭矩通過一對扭矩施力伺服液壓缸19加載的兩個相反方向的拉力和推力來實現(xiàn)。
[0026]該加載裝置還包括一用于調(diào)節(jié)試件24高度的提升機構(gòu)，優(yōu)選的，提升機構(gòu)包括兩個對稱地固設(shè)于固定框16底端的調(diào)節(jié)器21，當(dāng)調(diào)節(jié)器21的活塞桿伸長時，固定框16向上運動，如此能夠?qū)⒃确胖玫妮^短的風(fēng)扇軸取下，換上較長的風(fēng)扇軸。反之同樣適用，如此，通過提升機構(gòu)，本裝置能夠適應(yīng)于不同長度的風(fēng)扇軸。
[0027]參見圖4所示，固定組件22包括固設(shè)于固定平臺13上的軸承以及軸承座。固定組件22能夠保證在十字加力盤17上施加力時，風(fēng)扇軸不會出現(xiàn)晃動的現(xiàn)象。
[0028]參見圖5所示，所有伺服液壓缸的兩端都與連接件20相連接，連接件20為一球形鉸鏈，用以補償扭矩和彎矩試驗偏轉(zhuǎn)角。
[0029]參見圖1所不，固定板15和固定框16中設(shè)有軸套,導(dǎo)柱12穿設(shè)于軸套中,便于導(dǎo)向。
[0030]本復(fù)合力的加載裝置，在使用時還需要與習(xí)知的機構(gòu)及系統(tǒng)相連接，具體如圖6所示疲勞試驗系統(tǒng)框架圖，伺服液壓缸依次與液壓伺服閥和液壓泵站相連接，力傳感器依次與采集控制系統(tǒng)和計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，且采集控制系統(tǒng)還與液壓伺服閥相連接。
[0031]本發(fā)明通過伺服液壓缸對十字加力盤17施加力從而實現(xiàn)對試件24力的加載，由于伺服液壓缸出力大、體積小、控制精度高，且可靠性較高，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。此夕卜，本發(fā)明還適用于其它類似軸類零件，因而本發(fā)明的適用范圍具有一定的廣泛性。
[0032]上述【具體實施方式】，僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和結(jié)構(gòu)特征，目的在于讓熟悉此項技術(shù)的相關(guān)人士能夠據(jù)以實施，但以上所述內(nèi)容并不限制本發(fā)明的保護范圍，凡是依據(jù)本發(fā)明的精神實質(zhì)所作的任何等效變化或修飾，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.疲勞試驗力的加載方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將試件固設(shè)于十字加力盤的底端，通過伺服液壓缸對十字加力盤施加復(fù)合力，以作用于試件上，具體施加的復(fù)合力包括: a.軸向施力伺服液壓缸對十字加力盤的上端面施加垂直向上的拉力F4； b.彎矩施力伺服液壓缸對十字加力盤的上端面的縱向?qū)ΨQ地施加一對方向相反、大小相等的拉力Fl和推力F1’ ； c.彎矩施力伺服液壓缸對十字加力盤的上端面的橫向?qū)ΨQ地施加一對方向相反、大小相等的拉力F2和推力F2’ ； d.扭矩施力伺服液壓缸對十字加力盤的橫向或縱向的側(cè)邊對稱地施加一對方向相反、大小相等的拉力F3和推力F3’ ； (2)步驟(I)中施加在十字加力盤上的各力分別作用于試件，則試件所承受的軸向力為F4，試件所承受的拉力Fl和推力F1’以一推一拉的形式形成彎矩Ml，M1=F1*L1，或M1=F1’ *L1，試件所承受的拉力F2和推力F2’以一推一拉的形式形成彎矩M2，M2=F2*L2，或M2=F2’ *L2，試件所承受的拉力F3和推力F3’以一推一拉的形式形成扭矩M3，M3=F3*L3，其中，L1、L2、L3為對應(yīng)力的力臂； (3)彎矩Ml和彎矩M2的方向成90度交叉，彎矩Ml為正弦變化彎矩，M2為余弦變化彎矩，當(dāng)彎矩Ml和彎矩M2同時施加，且頻率相同時，根據(jù)李薩如圖形定理，運動方向相互垂直的兩個簡諧信號可合成穩(wěn)定的運動軌跡，且其運動軌跡為橢圓，則彎矩Ml和彎矩M2根據(jù)所述李薩如圖形定理可合成循環(huán)彎矩MO，MO的運動軌跡為橢圓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗力的加載方法，其特征在于，當(dāng)Ml和M2的幅值相等時，MO的運動軌跡為圓形，MO的幅值即等于Ml和M2的幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗力的加載方法，其特征在于，步驟(I沖施加在所述十字加力盤上的各力通過力傳感器感應(yīng)，所述力傳感器將力信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號傳遞給與之相連接的采集控制系統(tǒng)，采集控制系統(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳遞給與之相連的計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)字信號進行處理及計算，以直接得出F1、Ml、M2、M3、MO的值。
4.一種疲勞試驗力的加載裝置，其特征在于，包括底座、導(dǎo)柱、固定平臺、力加載機構(gòu)，四根所述導(dǎo)柱對稱地固設(shè)于所述底座上，該些導(dǎo)柱的頂端部固連一頂蓋板上，所述導(dǎo)柱上位于所述頂蓋板的下方還依次套設(shè)有一固定板和固定框，所述固定平臺固設(shè)于所述底座上，其上設(shè)置有用于固定試件的固定組件，且所述固定平臺位于該些導(dǎo)柱的中間； 所述力加載機構(gòu)包括位于所述固定組件上方的十字加力盤、第一伺服液壓缸、第二伺服液壓缸，所述第一伺服液壓缸經(jīng)連接件垂直固定于所述固定板上，其活塞桿連接力傳感器，并經(jīng)連接件固定于所述十字加力盤的上端面，所述第二伺服液壓缸經(jīng)連接件固定于所述固定框的內(nèi)側(cè)邊上，其活塞桿連接力傳感器，并經(jīng)連接件固定于所述十字加力盤的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疲勞試驗力的加載裝置，其特征在于，所述第一伺服液壓缸包括一固設(shè)于所述十字加力盤上端面中間區(qū)域的軸向施力伺服液壓缸、固設(shè)有所述十字加力盤四個角處的彎矩施力伺服液壓缸，所述第二伺服液壓缸包括固定于所述十字加力盤一側(cè)的一對扭矩施力伺服液壓缸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疲勞試驗力的加載裝置，其特征在于，該加載裝置還包括一用于調(diào)節(jié)試件高度的提升機構(gòu)，所述提升機構(gòu)包括兩個對稱地固設(shè)于所述底座上的調(diào)節(jié)器，且所述調(diào)節(jié)器的活塞桿與所述固定框相固連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疲勞試驗力的加載裝置，其特征在于，所述固定組件包括固設(shè)于所述固定平臺上的軸承以及軸承座。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疲勞試驗力的加載裝置，其特征在于，所述連接件包括一球形鉸鏈。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疲勞試驗力的加載裝置，其特征在于，所述底座的兩端分別固設(shè)有一側(cè)板，所述側(cè)板的頂端面與所述頂蓋板相固連。
【文檔編號】G01N3/10GK104266910SQ201410554034
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】吳國雄, 仝寧可 申請人:蘇州東菱振動試驗儀器有限公司