一種端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其中試驗(yàn)裝置包括凹齒固定組件、凸齒夾持組件及法向力加載組件，凹齒固定組件實(shí)現(xiàn)凹齒試驗(yàn)件的固定，凸齒夾持組件實(shí)現(xiàn)凸齒試驗(yàn)件的加載，法向力加載組件實(shí)現(xiàn)水平方向載荷的施加，微動(dòng)疲勞試驗(yàn)水平加載裝置采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)布局，載荷采用液壓加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，液壓加載系統(tǒng)采用封閉力系框架結(jié)構(gòu)，無外力輸出，不影響疲勞試驗(yàn)機(jī)在豎直方向上的加載，凹齒試驗(yàn)件在水平方向受到預(yù)緊力載荷，豎直方向由凹齒壓板壓緊，保證在加載過程中水平方向加載方向的保持不變。本實(shí)用新型可近似模擬端齒在實(shí)際工作環(huán)境下受力情況，配合普通單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)，即可進(jìn)行端齒結(jié)構(gòu)模擬件的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)，降低實(shí)驗(yàn)成本。
【專利說明】一種端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其屬于材料及結(jié)構(gòu)件壽命評(píng)估試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
:
[0002]端齒結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于航空機(jī)械渦輪引擎?zhèn)鲃?dòng)主軸以及各種高速、大型重載機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置中，其具有傳動(dòng)齒數(shù)少、結(jié)構(gòu)緊湊、高承載能力等優(yōu)點(diǎn)，但是在端齒接觸副傳動(dòng)過程中，凹凸端齒配合接觸面之間存在的微動(dòng)疲勞會(huì)導(dǎo)致疲勞壽命的大幅下降。然而針對(duì)端齒三維結(jié)構(gòu)件進(jìn)行微動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究較為困難，這主要因?yàn)閮蓚€(gè)方面的技術(shù)問題:(I)端齒結(jié)構(gòu)需要由專門的磨齒機(jī)進(jìn)行加工，三維結(jié)構(gòu)件加工成本過高；(2)三維結(jié)構(gòu)件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，需要考慮到端齒結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況，主要有軸向預(yù)緊力、扭矩和離心力，如果要完全模擬出其真實(shí)三維結(jié)構(gòu)的受力情況，需要旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)，在非旋轉(zhuǎn)測試中，單考慮預(yù)緊力和扭矩時(shí)，也需采用多軸疲勞試驗(yàn)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的雙軸微動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)造價(jià)較高。
[0003]為了降低試驗(yàn)成本，需要將端齒三維結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行等效，采用等效模擬件進(jìn)行微動(dòng)疲勞試驗(yàn)，同時(shí)為了能夠在普通單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行端齒結(jié)構(gòu)模擬件的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)，需要一種能夠同時(shí)模擬上述載荷效果的專用加載裝置。
[0004]現(xiàn)有的配合單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行微動(dòng)疲勞試驗(yàn)的加載裝置，多采用加載環(huán)結(jié)構(gòu)，通過螺栓加載，但螺紋加載方案驅(qū)動(dòng)力小，且在疲勞過程中的振動(dòng)等各種因素容易導(dǎo)致螺紋連接松動(dòng)，從而導(dǎo)致加載法向力發(fā)生變化。此外，現(xiàn)有的微動(dòng)試驗(yàn)輔助裝置多用于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件進(jìn)行的設(shè)計(jì)，因此需要針對(duì)端齒結(jié)構(gòu)件的微動(dòng)進(jìn)行專用的加載裝置設(shè)計(jì)。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0005]本實(shí)用新型提供一種能夠配合普通單軸拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行端齒模擬結(jié)構(gòu)件的雙向加載微動(dòng)疲勞試驗(yàn)的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置。
[0006]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，包括凹齒固定組件、凸齒夾持組件及法向力加載組件，其中:
[0007]所述凹齒固定組件包括上夾具體及安裝于上夾具體上的凹齒試驗(yàn)件和凹齒壓板，所述上夾具體包括空心狀的下部及位于下部上方的上部，所述下部上形成有貫穿于下部前、后表面及下表面的矩形孔，所述上夾具體上位于矩形孔左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有矩形滑動(dòng)槽，所述凹齒試驗(yàn)件放置于矩形滑動(dòng)槽中且沿著矩形滑動(dòng)槽水平方向自由滑動(dòng)，所述凹齒壓板放置于矩形滑動(dòng)槽中且凹齒壓板的底面壓緊于凹齒試驗(yàn)件的頂面，所述上夾具體上位于矩形滑動(dòng)槽正上方設(shè)置有用于壓緊凹齒壓板的MlO壓緊螺栓；
[0008]所述凸齒夾持組件包括下夾具體以及安裝于下夾具體上的凸齒試驗(yàn)件、楔形塊及凸齒定位蓋板，所述凸齒夾持組件放置于上夾具體的矩形孔內(nèi)，所述下夾具體的左右側(cè)壁上與矩形滑動(dòng)槽相對(duì)的位置對(duì)稱設(shè)置有凹槽，所述凸齒試驗(yàn)件放置于凹槽中，所述楔形塊放置于凹槽中且楔形塊的頂面緊貼于凸齒試驗(yàn)件的底面，所述凸齒試驗(yàn)件的厚度小于下夾具體的厚度，所述凸齒定位蓋板共包括兩個(gè)，其分別安裝于下夾具體和凸齒試驗(yàn)件前表面和后表面上，自所述下夾具體的上表面上沿著下夾具體中軸線的位置設(shè)置有一貫穿下夾具體前后表面的狹槽；
[0009]所述法向力加載組件包括液壓缸、與液壓缸焊接為一體的法蘭、設(shè)置于液壓缸中的液壓缸活塞桿、法蘭拉桿及將法蘭支撐于其上的支撐座，所述液壓缸活塞桿的末端延伸超出法蘭之外且液壓缸活塞桿的末端抵靠于凹齒試驗(yàn)件上以使得所述凹齒試驗(yàn)件能夠沿著矩形滑動(dòng)槽水平方向自由滑動(dòng)，所述凹齒試驗(yàn)件與凸齒試驗(yàn)件相接觸壓緊，所述上夾具體與支撐座固定于一起。
[0010]進(jìn)一步地，所述液壓缸包括位于上夾具體左右兩側(cè)的第一液壓缸和第二液壓缸，所述法蘭包括焊接于第一液壓缸的右末端的第一法蘭和焊接于第二液壓缸左末端的第二法蘭，所述法蘭拉桿連接于第一法蘭和第二法蘭之間。
[0011]進(jìn)一步地，法蘭拉桿共有四根。
[0012]進(jìn)一步地，所述狹槽的下末端延伸至與所述凸齒試驗(yàn)件下端水平面水平高度相一致的位置。
[0013]進(jìn)一步地，所述凹齒試驗(yàn)件的頂面與凹齒壓板的底面均呈水平狀態(tài)。
[0014]進(jìn)一步地，所述下夾具體上所設(shè)凹槽的下壁面為斜面，所述楔形塊的底面為與凹槽的下壁面相配合的斜面狀。
[0015]進(jìn)一步地，所述凸齒夾持組件上還包括有將凸齒定位蓋板安裝于下夾具體上的M5蓋板螺栓和M5螺母以及將楔形塊和下夾具體緊固于一起的M6緊固螺釘。
[0016]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0017](I)本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置中水平方向載荷模擬端齒三維結(jié)構(gòu)的軸向預(yù)緊力，豎直方向載荷模擬端齒的扭矩載荷，使用本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置可以模擬端齒在實(shí)際工作環(huán)境下的受力情況，可近似代替端齒的三維疲勞試驗(yàn)，大大節(jié)省試驗(yàn)件成本；利用本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置，在單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)的配合下即可進(jìn)行端齒結(jié)構(gòu)模擬件的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)，不需要再引進(jìn)雙軸疲勞試驗(yàn)機(jī)，降低了試驗(yàn)成本；
[0018](2)采用四個(gè)MlO壓緊螺栓壓緊到凹齒壓板上，凹齒壓板再壓到凹齒試驗(yàn)件上，可以保證凹齒受到凸齒向下的作用力時(shí)，不會(huì)發(fā)生翹彎，即不會(huì)改變凹齒和凸齒的裝配位置關(guān)系，從而不會(huì)影響到水平方向液壓缸活塞桿施加力的方向；同時(shí)上夾具體的光滑滑槽和凹齒壓板的光滑底面，可保證凹齒試驗(yàn)件左右方向滑動(dòng)，液壓缸活塞桿在施加作用力于凹齒試驗(yàn)件時(shí)，僅僅提供水平方向載荷，水平方向液壓加載系統(tǒng)采用封閉力系框架結(jié)構(gòu)，水平方向上無外力輸出，不會(huì)影響到豎直方向疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載；
[0019](3)水平方向的法向預(yù)緊力施加采用液壓加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，液壓加載可提供穩(wěn)定持續(xù)的載荷，比普通螺栓加載可提供更大的驅(qū)動(dòng)力，且疲勞過程中不會(huì)由于振動(dòng)而導(dǎo)致施加載荷發(fā)生變化，左右兩個(gè)液壓缸采用兩路獨(dú)立的液壓鎖控制元件來保證壓力的穩(wěn)定，兩個(gè)液壓缸內(nèi)的壓力不會(huì)相互影響，不會(huì)由于加載過程中兩個(gè)液壓缸內(nèi)液壓油互相往返流動(dòng)而引起凹齒與凸齒裝配體的左右整體剛體位移；
[0020](4)下夾具體設(shè)置狹槽，采用不同的狹槽尺寸，即可控制下夾具體的剛性，模擬不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式以及不同工作環(huán)境下的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞工況。【專利附圖】

【附圖說明】:
[0021]圖1為本實(shí)用新型端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為圖1所示端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的剖視圖。
[0023]圖3為圖1中的凹齒固定組件中的上夾具體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為圖1中的凸齒夾持組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為圖4中的凸齒夾持組件的俯視示意圖。
[0026]圖6為圖4中的凸齒夾持組件的左視示意圖。
[0027]圖7為圖5中的凸齒夾持組件沿A-A向的剖視示意圖。
[0028]圖8為本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的法向力加載組件的液壓系統(tǒng)原理圖。
[0029]圖9為本實(shí)用新型端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置裝配于單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)上的示意圖。其中:
[0030]1-凹齒固定組件；11_凹齒試驗(yàn)件；110_第一凹齒試驗(yàn)件；111_第二凹齒試驗(yàn)件；
12-上夾具體；120_下部；121_上部；122_矩形孔；13_M10壓緊螺栓；14_凹齒壓板；140_第一凹齒壓板；141_第二凹齒壓板；2_凸齒夾持組件；21_凸齒試驗(yàn)件；210_第一凸齒試驗(yàn)件；211_第二凸齒試驗(yàn)件；22_下夾具體；23_楔形塊；230_第一楔形塊；231_第二楔形塊；24-M6緊固螺釘；25_凸齒定位蓋板；250_第一凸齒定位蓋板；251_第二凸齒定位蓋板；26-M5蓋板螺栓；27-M5螺母；28_狹槽；3_法向力加載組件；31_液壓缸；310_第一液壓缸；311-第二液壓缸；32_液壓缸活塞桿；320_第一液壓缸活塞桿；321_第二液壓缸活塞桿；33-支撐座；330_第一支撐座；331_第二支撐座；34_M8固定螺釘；35_法蘭拉桿；36_法蘭；360-第一法蘭；361_第二法蘭；37-M14螺母；41_試驗(yàn)機(jī)上橫梁；42_負(fù)荷傳感器；43_試驗(yàn)機(jī)上夾頭；44_驗(yàn)機(jī)下夾頭；45_伺服作動(dòng)器；46_位移傳感器。

【具體實(shí)施方式】
:
[0031]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖7所示，本實(shí)用新型端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置包括凹齒固定組件1、凸齒夾持組件2和法向力加載組件3。
[0032]凹齒固定組件I包括上夾具體12及安裝于上夾具體12上的凹齒試驗(yàn)件11、MlO壓緊螺栓13和凹齒壓板14，其中上夾具體12包括空心狀的下部120及位于下部120上方的上部121，其中上部121的上末端可夾持在普通單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)上夾頭43上，與試驗(yàn)機(jī)上橫梁41構(gòu)成一體，可隨之在豎直方向升降。下部120上形成有貫穿于下部120前、后表面及下表面的矩形孔122。在上夾具體12上位于矩形孔122左右兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)矩形滑動(dòng)槽(未標(biāo)示)，其分別為左矩形滑動(dòng)槽和右矩形滑動(dòng)槽，其中左矩形滑動(dòng)槽和右矩形滑動(dòng)槽沿著上夾具體12的左右對(duì)稱面呈對(duì)稱分布，且左矩形滑動(dòng)槽和右矩形滑動(dòng)槽的底部處于同一水平位置，進(jìn)而確保試驗(yàn)加載的對(duì)稱性。凹齒試驗(yàn)件11包括有分別設(shè)置于左矩形滑動(dòng)槽和右矩形滑動(dòng)槽中的第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111，其中第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111可分別在左矩形滑動(dòng)槽和右矩形滑動(dòng)槽內(nèi)水平方向自由滑動(dòng)。凹齒壓板14包括設(shè)置于左矩形滑動(dòng)槽中的且通過MlO壓緊螺栓13壓緊于第一凹齒試驗(yàn)件110上方的第一凹齒壓板140和設(shè)置于右矩形滑動(dòng)槽中的且通過MlO壓緊螺栓13壓緊于第二凹齒試驗(yàn)件111上方的第二凹齒壓板141。MlO壓緊螺栓13共有四個(gè)，其設(shè)置在下夾具體12上且其位于矩形滑動(dòng)槽的正上方，其中兩個(gè)壓緊于第一凹齒壓板140的上方，另外兩個(gè)壓緊于第二凹齒壓板141的上方，通過MlO壓緊螺栓13將第一凹齒壓板140和第一凹齒試驗(yàn)件110壓緊于一起以及將第二凹齒壓板141與第二凹齒試驗(yàn)件111壓緊于一起，可保證凹齒試驗(yàn)件11在受到豎直向下的載荷時(shí)仍保持水平狀態(tài)，同時(shí)凹齒試驗(yàn)件11頂面與凹齒壓板14底面均呈水平狀態(tài)，表面光潔度較高，要求接近無摩擦觸面，可保證水平方向法向載荷施加時(shí)不受MlO壓緊螺栓13壓緊的影響。
[0033]凸齒夾持組件2包括下夾具體22以及安裝于下夾具體22上的凸齒試驗(yàn)件21、楔形塊23、M6緊固螺釘24、凸齒定位蓋板25、M5蓋板螺栓26以及M5螺母27。下夾具體22的左右兩側(cè)壁分別向內(nèi)凹陷形成有凹槽，其為左右相對(duì)稱的左凹槽和右凹槽，其中左凹槽和右凹槽的下壁面均為斜面。凸齒試驗(yàn)件21包括有分別設(shè)置于左右側(cè)凹槽中的第一凸齒試驗(yàn)件210和第二凸齒試驗(yàn)件211，其中第一凸齒試驗(yàn)件210和第二凸齒試驗(yàn)件211左右對(duì)稱的布置于下夾具體22上可保證加載試驗(yàn)過程中無附加彎矩和扭矩的產(chǎn)生。楔形塊23包括有安裝于左凹槽中的且位于第一凸齒試驗(yàn)件210下方的以將第一凸齒試驗(yàn)件210與下夾具體22連接于一起的第一楔形塊230以及安裝于右凹槽中的且位于第二凸齒試驗(yàn)件211下方的以將第二凸齒試驗(yàn)件211與下夾具體22連接于一起的第二楔形塊231。其中第一楔形塊230的底部斜面與左凹槽的下壁面相配合，第二楔形塊231的底部斜面與右凹槽的下壁面相配合，且第一楔形塊230和第二楔形塊231均通過M6緊固螺釘24以螺紋連接固定于下夾具體22上。下夾具體22的厚度大于凸齒試驗(yàn)件21的厚度，這樣可以保證下夾具體22具備足夠的強(qiáng)度和剛度。下夾具體22和凸齒試驗(yàn)件21的前后厚度方向的裝配定位通過凸齒定位蓋板25來實(shí)現(xiàn)，其中凸齒定位蓋板25包括有安裝于下夾具體22和凸齒試驗(yàn)件21前表面上的第一凸齒定位蓋板250及安裝于下夾具體22和凸齒試驗(yàn)件21后表面上的第二凸齒定位蓋板251。第一凸齒定位蓋板250和第二凸齒定位蓋板251前后對(duì)稱于凸齒試驗(yàn)件21放置，可保證凸齒試驗(yàn)件21厚度方向?qū)ΨQ面與下夾具體22厚度方向?qū)ΨQ面重合。第一凸齒定位蓋板250、第二凸齒定位蓋板251及下夾具體22之間通過M5蓋板螺栓26和M5螺母27固定連接。
[0034]在下夾具體22的上表面上沿著中軸線位置設(shè)置有一貫穿下夾具體22前后表面的細(xì)長的狹槽28，其中狹槽28的下末端延伸至與凸齒試驗(yàn)件21下端水平面水平高度相一致。通過該狹槽28可以保證在加載時(shí)，下夾具體22的上半部分在水平方向產(chǎn)生微小變形，也即凹齒試驗(yàn)件11和凸齒試驗(yàn)件21配合面會(huì)產(chǎn)生微小的相對(duì)滑移，即微動(dòng)磨損的產(chǎn)生，對(duì)下夾具體22施加交變的循環(huán)疲勞載荷，就可以在凹齒和凸齒接觸面產(chǎn)生往復(fù)微動(dòng)磨損疲勞。選用不同尺寸的狹槽28的下夾具體22，即可實(shí)現(xiàn)不同接觸狀況的端齒微動(dòng)疲勞試驗(yàn)。
[0035]凸齒夾持組件2的裝配順序?yàn)?，首先通過四組M5蓋板螺栓26和M5螺母27，將凸齒定位蓋板25置于下夾具體22上，不擰緊M5螺母27，凸齒定位蓋板25和下夾具體22之間在厚度方向留有空隙，此時(shí)將凸齒試驗(yàn)件21放置于下夾具體22的凹槽內(nèi)，再將楔形塊23通過M6緊固螺釘24連接到下夾具體22上，逐漸擰緊M5螺母27和M6緊固螺釘24，在保證凸齒試驗(yàn)件21與下夾具體22厚度方向?qū)ΨQ面重合的同時(shí)，兩者又緊密連接；其中M6緊固螺釘24與楔形塊23之間放置彈簧墊圈，可以防止疲勞過程中螺紋連接松動(dòng)現(xiàn)象，保證凸齒試驗(yàn)件21與下夾具體22之間的緊固連接。
[0036]法向力加載組件3包括液壓缸31、液壓缸活塞桿32、支撐座33、M8固定螺釘34、法蘭拉桿35、與液壓缸焊接為一體的法蘭36及M14螺母37。液壓缸31包括位于上夾具體12左右兩側(cè)的第一液壓缸310和第二液壓缸311，其中在第一液壓缸310的右末端和第二液壓缸311的左末端分別焊接有第一法蘭360和第二法蘭361，第一法蘭360與上夾具體12的左側(cè)面相間隔開，第二法蘭361與上夾具體12的右側(cè)面相間隔開。支撐座33包括用來放置第一法蘭360的第一支撐座330和用來放置第二法蘭361的第二支撐座331，同時(shí)上夾具體12的左下末端放置于第一支撐座330上且通過M8固定螺釘34與第一支撐座330固定于一起，上夾具體12的右下末端放置于第二支撐座331上且通過M8固定螺釘34與第二支撐座331固定于一起。液壓缸活塞桿32包括設(shè)置于第一液壓缸310中的第一液壓缸活塞桿320及設(shè)置于第二液壓缸311中的第二液壓缸活塞桿321。其中第一液壓缸活塞桿320和第二液壓缸活塞桿321的軸線沿水平方向，且通過凹齒試驗(yàn)件11和凸齒試驗(yàn)件21的裝配中心。法蘭拉桿35包括有通過M14螺母37連接第一法蘭360和第二法蘭361的四個(gè)。本實(shí)用新型中法向力由法向力液壓系統(tǒng)加載，其可提供持續(xù)穩(wěn)定的較大驅(qū)動(dòng)力，水平方向法向力加載至凹齒試驗(yàn)件11，其反作用力由液壓缸傳遞至法蘭，最終傳遞到四根法蘭拉桿上，在水平方向上構(gòu)成一個(gè)完整的封閉力系框架結(jié)構(gòu)。液壓系統(tǒng)原理圖，請(qǐng)參見圖8，其中法向力液壓系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、先導(dǎo)式減壓閥、三位四通電磁換向閥、疊加液控單向閥和疊加單向節(jié)流閥構(gòu)成的液壓鎖控制元件進(jìn)行控制，可保證液壓缸31內(nèi)無桿腔(A腔)油壓穩(wěn)定，對(duì)外可提供持續(xù)穩(wěn)定的載荷，相對(duì)比于傳統(tǒng)螺紋加載方式，可以克服螺紋加載驅(qū)動(dòng)力小，以及疲勞過程中振動(dòng)引起螺紋連接松動(dòng)載荷下降的現(xiàn)象。
[0037]在水平方向通過法向力加載組件3進(jìn)行加載時(shí)，為了保證水平加載裝置不會(huì)對(duì)上夾具體12產(chǎn)生水平方向上的附加力，采用四根法蘭拉桿35將第一法蘭360和第二法蘭361通過M14螺母37直接相連，液壓缸31、法蘭36、液壓缸活塞桿32以及法蘭拉桿35整體形成一個(gè)封閉的力系框架結(jié)構(gòu)。因此，整個(gè)封閉力系框架結(jié)構(gòu)內(nèi)兩側(cè)的第一液壓缸310和第二液壓缸311受到的水平推力將被四根法蘭拉桿35分擔(dān)掉，每根拉桿兩端將受到大小相等的水平拉力作用而保持平衡狀態(tài)，保證了液壓缸所提供的法向載荷穩(wěn)定地施加在凹齒試驗(yàn)件11上，同時(shí)在水平方向上無外力輸出。
[0038]本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置水平方向施加載荷模擬端齒的軸向預(yù)緊力載荷，豎直方向疲勞載荷模擬端齒扭矩的等效載荷，雙向載荷呈相互垂直。下夾具體設(shè)置狹槽，提供微動(dòng)磨損環(huán)境，以便考核凹凸齒配合面微動(dòng)磨損疲勞情況。
[0039]上夾具體上端可夾持于普通單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)上夾頭上，且可以隨著試驗(yàn)機(jī)上橫梁在豎直方向升降，便于在試驗(yàn)過程中對(duì)其裝拆或者調(diào)整位置。法向力加載組件與上夾具體連為一體，水平方向上不會(huì)對(duì)普通疲勞試驗(yàn)機(jī)造成附加力。
[0040]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖8并結(jié)合圖9所示，利用上述端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，具體步驟如下:
[0041](a)提供單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)，將端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置安裝于單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)上，單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)包括夾持上夾具體的上末端的試驗(yàn)機(jī)上夾頭43、與試驗(yàn)機(jī)上夾頭43連接于一起的試驗(yàn)機(jī)上橫梁41、夾持下夾具體22下末端的試驗(yàn)機(jī)下夾頭44、負(fù)載傳感器42、位于試驗(yàn)機(jī)下夾頭44下方的伺服作動(dòng)器45和位移傳感器46，將上夾具體12的上部121的上末端夾持在單軸疲勞試驗(yàn)機(jī)上夾頭43內(nèi)，上夾具體12以及法向力加載組件3與試驗(yàn)機(jī)上夾頭43連接為一體，升起試驗(yàn)機(jī)上橫梁41，水平方向法向力加載組件3隨著上夾具體12與試驗(yàn)機(jī)上橫梁41 一起上升；
[0042]松開四個(gè)MlO壓緊螺栓13，將第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111分別放置于上夾具體12的左、右矩形滑動(dòng)槽內(nèi)，并且輕輕的左右推動(dòng)第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111，保證其能夠分別在左、右矩形滑動(dòng)槽內(nèi)沿水平方向左右移動(dòng)，然后將第一凹齒壓板140和第二凹齒壓板141分別放置于左、右矩形滑動(dòng)槽中的第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111的上方，調(diào)整好大概位置；
[0043](b)裝配凸齒夾持組件2:首先將前后兩個(gè)凸齒定位蓋板(即第一凸齒定位蓋板250和第二凸齒定位蓋板251)用四組M5蓋板螺栓26和M5螺母27裝配到下夾具體22上，但M5蓋板螺栓26不進(jìn)行緊固，將兩個(gè)凸齒試驗(yàn)件(即第一凸齒試驗(yàn)件210和第二凸齒試驗(yàn)件211)分別放置于下夾具體22的左右側(cè)壁凹陷形成的左凹槽和右凹槽中，將兩個(gè)楔形塊23 (即第一楔形塊230和第二楔形塊231)分別放置于左凹槽和右凹槽中，其中第一楔形塊230位于第一凸齒試驗(yàn)件210的下方且第一楔形塊230上安裝有用于將第一楔形塊230和下夾具體12緊固于一起的M6緊固螺釘24，第二楔形塊231位于第二凸齒試驗(yàn)件211的下方且第二楔形塊231上安裝有用于將第二楔形塊231和下夾具體12緊固于一起的M6緊固螺釘24，逐漸擰緊四個(gè)M5蓋板螺栓26，保證凸齒試驗(yàn)件21和下夾具體22在前后厚度方向的對(duì)稱面重合，最后擰緊M6緊固螺釘24，保證凸齒試驗(yàn)件與下夾具體緊密固定，最后將四組M5蓋板螺栓26與M5螺母27松開，但不必完全拆除，這是由于之前擰緊是為了定位厚度方向的前后位置，保證凸齒試驗(yàn)件21和下夾具體22在裝配厚度方向?qū)ΨQ面重合，但在試驗(yàn)過程中若凸齒定位蓋板25仍緊密壓緊在下夾具體22上，則對(duì)于狹槽28產(chǎn)生的微變形效果產(chǎn)生抑制作用，即微動(dòng)磨損的效果減緩，甚至消失。
[0044](c)將上述裝配好的凸齒加載組件2放置于上夾具體12的矩形孔內(nèi)，將電控柜上控制液壓缸活塞桿32運(yùn)動(dòng)方向的旋鈕開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“壓緊”位置，然后緩慢調(diào)節(jié)電控柜上控制水平方向液壓缸的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，使左右兩個(gè)液壓缸活塞桿(即第一液壓缸活塞桿320和第二液壓缸活塞桿321)緩慢伸出并壓緊至凹齒試驗(yàn)件(即第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111)上，同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)第一凹齒試驗(yàn)件110和第二凹齒試驗(yàn)件111向中心移動(dòng)，直至與安裝于下夾具體22左、右側(cè)的凸齒試驗(yàn)件(即第一凸齒試驗(yàn)件210和第二凸齒試驗(yàn)件211)相接觸壓緊，控制過程具體工作原理如下:
[0045]結(jié)合圖8所示進(jìn)行說明，電控柜上“壓緊”旋鈕(未示出)為電磁換向閥的控制開關(guān)，當(dāng)旋鈕處于“壓緊”位置時(shí)，三位四通電磁換向閥與液壓缸31的無桿腔(A腔)相連接的閥口打開，液壓系統(tǒng)的進(jìn)油口與液壓缸31的無桿腔(A腔)連通，同時(shí)疊加液控單向閥將液壓系統(tǒng)回油口與液壓缸的有桿腔(B腔)相連通，這樣無桿腔(A腔)進(jìn)油，有桿腔(B腔)回油，液壓缸活塞桿32會(huì)向中心移動(dòng)，緩慢調(diào)節(jié)電控柜上的與兩個(gè)液壓缸(即第一液壓缸310和第二液壓缸311)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，控制先導(dǎo)減壓閥的壓力，使得左右兩個(gè)液壓缸的無桿腔(A腔)內(nèi)持續(xù)充油并增壓，液壓缸活塞桿32緩慢伸出并壓緊至凹齒試驗(yàn)件11的外側(cè)端面(其中第一液壓缸活塞桿320壓緊至第一凹齒試驗(yàn)件110的左側(cè)端面，第二液壓缸活塞桿321壓緊至第二凹齒試驗(yàn)件111的右側(cè)端面)，仔細(xì)觀察電控柜上的與無桿腔(A腔)連通的精密壓力表讀數(shù)。由于采用了電磁換向閥和液控單向閥以及單向節(jié)流閥組成的疊加控制元件，在加壓的過程中無桿腔(A腔)壓力油為單向流動(dòng)，即不換向時(shí)無桿腔(A腔)壓力只增不減，所以調(diào)壓過程一定要緩慢并且均勻，直至調(diào)節(jié)至預(yù)定壓力，保持I至2分鐘，觀察精密壓力表讀數(shù)，確保壓力保持持續(xù)穩(wěn)定；
[0046](d)將位于上夾具體12內(nèi)的四個(gè)MlO壓緊螺栓13擰緊，使得兩個(gè)凹齒壓板14壓緊凹齒試驗(yàn)件11頂面，則凹齒試驗(yàn)件11底面與上夾具體12的矩形滑動(dòng)槽底部保持緊密接觸，保證凹齒試驗(yàn)件呈水平狀態(tài)；
[0047](e)調(diào)節(jié)疲勞試驗(yàn)機(jī)上橫梁41的位置，使下夾具體22下末端進(jìn)入試驗(yàn)機(jī)下夾頭44的鉗口內(nèi)，先對(duì)疲勞試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷傳感器清零，消除試驗(yàn)裝置本身重量引起的初始載荷，然后將驗(yàn)機(jī)下夾頭44夾緊下夾具體22的下末端，將試驗(yàn)機(jī)控制程序設(shè)定為負(fù)荷控制模式，控制試驗(yàn)機(jī)伺服作動(dòng)器45，使疲勞試驗(yàn)機(jī)向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)凸齒試驗(yàn)件施加初始拉力，當(dāng)負(fù)荷傳感器46的讀數(shù)達(dá)到疲勞試驗(yàn)載荷的均值時(shí)暫停加載；
[0048](f)進(jìn)入疲勞試驗(yàn)機(jī)控制程序的疲勞試驗(yàn)程序模塊，設(shè)定好疲勞試驗(yàn)載荷的均值和幅值，即可開始進(jìn)行微動(dòng)疲勞試驗(yàn)，其中試驗(yàn)過程的疲勞載荷大小是由負(fù)荷傳感器42測出，伺服作動(dòng)器45的運(yùn)動(dòng)行程量由位移傳感器46測出；
[0049](g)疲勞試驗(yàn)機(jī)下夾頭的上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致凸齒試驗(yàn)件上下運(yùn)動(dòng)，凹齒試驗(yàn)件在水平方向預(yù)緊力載荷和MlO壓緊螺栓的共同作用下保持固定，因此與凸齒試驗(yàn)件連為一體的下夾具體上端會(huì)產(chǎn)生向中心方向的微小變形，從而使凹齒試驗(yàn)件和凸齒試驗(yàn)件齒配合面之間產(chǎn)生小幅度相對(duì)滑移，即微動(dòng)磨損，在一定循環(huán)次數(shù)之后，即可出現(xiàn)微動(dòng)疲勞裂紋。
[0050]在上述端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法步驟中，由于采用三位四通電磁換向閥與液控單向閥的組合，在加壓過程中無桿腔(A腔)單向進(jìn)油，有桿腔(B腔)單向回油，且液控單向閥會(huì)抑制液壓油的倒流，這樣就能保證無桿腔(A腔)壓力的穩(wěn)定，不會(huì)由于外界振動(dòng)的干擾而導(dǎo)致無桿腔(A腔)壓力波動(dòng)，能保證水平方向施加恒定的載荷。此外，左右兩個(gè)液壓缸(即第一液壓缸和第二液壓缸)由兩路獨(dú)立的液壓控制元件進(jìn)行控制，這樣可以保證在加壓的過程中兩路壓力不會(huì)相互干擾，不會(huì)由于左右液壓缸的無桿腔(A腔)壓力存在微小壓差時(shí)液壓油互相往返流動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致左右凹齒試驗(yàn)件左右整體移動(dòng)，引起試驗(yàn)件裝配結(jié)構(gòu)的剛體位移。
[0051]水平方向液壓加載過程中需要將單向節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)至盡量小，控制液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，保持水平左右方向液壓缸加載同步，保證液壓缸活塞桿以同樣的速度向中心移動(dòng)，且壓力保持相等。水平方向左右兩個(gè)液壓缸施加壓力載荷時(shí)產(chǎn)生的反作用力，通過中間四根法蘭拉桿35來抵消，構(gòu)成封閉力系框架結(jié)構(gòu)。此加載系統(tǒng)對(duì)上夾具體12水平方向上沒有作用力，豎直方向上僅僅存在由于液壓缸本身重量產(chǎn)生的負(fù)荷，此負(fù)荷通過支撐座33傳遞到上夾具體12，最終傳遞至試驗(yàn)機(jī)上夾頭43，在疲勞試驗(yàn)開始之前需將重量弓I起的負(fù)荷傳感器載荷讀數(shù)清零即可。
[0052]疲勞過程中豎直方向疲勞載荷的傳遞路徑為:以試驗(yàn)機(jī)施加拉力載荷時(shí)為例，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)的伺服作動(dòng)器45向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)試驗(yàn)機(jī)下夾頭44施加向下拉力，載荷通過下夾具體22傳遞到凸齒試驗(yàn)件21，凸齒試驗(yàn)件21與凹齒試驗(yàn)件11相配合，載荷通過配合面?zhèn)鬟f到凹齒試驗(yàn)件11，凹齒試驗(yàn)件11作用于上夾具體12的矩形滑動(dòng)槽，并通過上夾具體12傳遞到試驗(yàn)機(jī)上夾頭43，試驗(yàn)機(jī)上夾頭43與負(fù)荷傳感器42相連，且均固定于試驗(yàn)機(jī)上橫梁41，試驗(yàn)機(jī)上橫梁41調(diào)整好位置之后即鎖定在試驗(yàn)機(jī)左右兩根立柱上，伺服作動(dòng)器向下運(yùn)動(dòng)引起的拉力載荷，最終由中間兩根立柱承受壓力來抵消，即疲勞過程中，豎直方向上構(gòu)成封閉力系結(jié)構(gòu)。
[0053]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，包括凹齒固定組件(1)、凸齒夾持組件(2)及法向力加載組件(3)，其特征在于: 所述凹齒固定組件(1)包括上夾具體(12)及安裝于上夾具體(12)上的凹齒試驗(yàn)件(11)和凹齒壓板(14)，所述上夾具體(12)包括空心狀的下部(120)及位于下部(120)上方的上部(121)，所述下部(120)上形成有貫穿于下部(120)前、后表面及下表面的矩形孔(122)，所述上夾具體(12)上位于矩形孔(122)左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有矩形滑動(dòng)槽，所述凹齒試驗(yàn)件(11)放置于矩形滑動(dòng)槽中且沿著矩形滑動(dòng)槽水平方向自由滑動(dòng)，所述凹齒壓板(14)放置于矩形滑動(dòng)槽中且凹齒壓板(14)的底面壓緊于凹齒試驗(yàn)件(11)的頂面，所述上夾具體(12)上位于矩形滑動(dòng)槽正上方設(shè)置有用于壓緊凹齒壓板(14)的M10壓緊螺栓(13)； 所述凸齒夾持組件(2)包括下夾具體(22)以及安裝于下夾具體(22)上的凸齒試驗(yàn)件(21)、楔形塊(23)及凸齒定位蓋板(25)，所述凸齒夾持組件(2)放置于上夾具體(12)的矩形孔內(nèi)，所述下夾具體(22)的左右側(cè)壁上與矩形滑動(dòng)槽相對(duì)的位置對(duì)稱設(shè)置有凹槽，所述凸齒試驗(yàn)件(21)放置于凹槽中，所述楔形塊(23)放置于凹槽中且楔形塊(23)的頂面緊貼于凸齒試驗(yàn)件(21)的底面，所述凸齒試驗(yàn)件(21)的厚度小于下夾具體(22)的厚度，所述凸齒定位蓋板(25)共包括兩個(gè)，其分別安裝于下夾具體(22)和凸齒試驗(yàn)件(21)前表面和后表面上，自所述下夾具體(22)的上表面上沿著下夾具體(22)中軸線的位置設(shè)置有一貫穿下夾具體(22)前后表面的狹槽(28)； 所述法向力加載組件(3)包括液壓缸(31)、與液壓缸焊接為一體的法蘭(36)、設(shè)置于液壓缸(31)中的液壓缸活塞桿(32)、法蘭拉桿(35)及將法蘭(36)支撐于其上的支撐座(33)，所述液壓缸活塞桿(32)的末端延伸超出法蘭(36)之外且液壓缸活塞桿(32)的末端抵靠于凹齒試驗(yàn)件(11)上以使得所述凹齒試驗(yàn)件(11)能夠沿著矩形滑動(dòng)槽水平方向自由滑動(dòng)，所述凹齒試驗(yàn)件(11)與凸齒試驗(yàn)件(21)相接觸壓緊，所述上夾具體(12)與支撐座(33)固定于一起。
2.如權(quán)利要求1所述的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述液壓缸(31)包括位于上夾具體(12)左右兩側(cè)的第一液壓缸(310)和第二液壓缸(311)，所述法蘭(36)包括焊接于第一液壓缸(310)的右末端的第一法蘭(360)和焊接于第二液壓缸(311)左末端的第二法蘭(361)，所述法蘭拉桿(35)連接于第一法蘭(360)和第二法蘭(361)之間。
3.如權(quán)利要求2所述的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:法蘭拉桿(35)共有四根。
4.如權(quán)利要求1所述的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述狹槽(28)的下末端延伸至與所述凸齒試驗(yàn)件(21)下端水平面水平高度相一致的位置。
5.如權(quán)利要求1所述的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述凹齒試驗(yàn)件(11)的頂面與凹齒壓板(14)的底面均呈水平狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述下夾具體(22)上所設(shè)凹槽的下壁面為斜面，所述楔形塊(23)的底面為與凹槽的下壁面相配合的斜面狀。
7.如權(quán)利要求1所述的端齒結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述凸齒夾持組件(2)上還包括有將凸齒定位蓋板(25)安裝于下夾具體(22)上的M5蓋板螺栓(26)和M5螺母(27)以及將楔形塊(23)和下夾具體(22)緊固于一起的M6緊固螺釘(24)。
【文檔編號(hào)】G01N3/10GK204142591SQ201420533391
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】李愛民, 崔海濤, 李奇璇 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)