本發(fā)明涉及一種外載荷加載測(cè)試臺(tái)，尤其涉及一種柔性體扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試臺(tái)。

背景技術(shù)：

柔性體與彈性軸承結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其內(nèi)襯與外殼均是金屬材料，內(nèi)部為金屬片與橡膠夾層的結(jié)構(gòu)，鋼板與橡膠之間添加粘合劑，最后通過(guò)高溫硫化的方式制成。

張力腿平臺(tái)中的頂部與底部筋腱連接器中均有柔性體為筋腱提供柔性，從而在張力腿平臺(tái)受到海上風(fēng)浪影響時(shí)為其提供支撐，是其核心受力部件。然而，橡膠是一種高分子材料，其材料特性是典型的超彈性，與普通的金屬材料不同，橡膠材料受力以后，只采用電腦仿真無(wú)法精準(zhǔn)的計(jì)算出其力學(xué)特性，故需設(shè)計(jì)特定的剛度測(cè)試臺(tái)，從而保證柔性體的性能。

類(lèi)似的測(cè)試臺(tái)，如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN 204495559 U，授權(quán)公告日2015年7月22日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱(chēng)為一種彈性軸承扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試裝置，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種螺旋槳用彈性軸承測(cè)試裝置，其不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需將試件成對(duì)放置才能使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種柔性體扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試臺(tái)，可以將豎直載荷利用柔性體的受壓變形特性轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)載荷，滿足對(duì)于較大測(cè)試力的要求，且噪聲低、振動(dòng)小。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括底座、倒置在底座上的柔性體、設(shè)置在柔性體上端的加載蓋板，還包括頂板、豎直設(shè)置在頂板下端的限位柱，頂板的下端面由上至下還依次設(shè)置固定塊、上轉(zhuǎn)軸、力傳感器、下轉(zhuǎn)軸和加載塊，固定塊的兩側(cè)分別通過(guò)螺栓連接有一上側(cè)板，加載塊的兩側(cè)分別通過(guò)螺栓連接有一下側(cè)板，每個(gè)上側(cè)板和下側(cè)板上均設(shè)置有圓形通孔，所述固定塊的上端面與頂板的下端面固連，固定塊的下端面設(shè)置有與上轉(zhuǎn)軸配合的半圓形凹槽，上轉(zhuǎn)軸與力傳感器的上端固連且上轉(zhuǎn)軸設(shè)置在兩個(gè)上側(cè)板之間，所述下轉(zhuǎn)軸與力傳感器的下端固連且下轉(zhuǎn)軸設(shè)置在兩個(gè)下側(cè)板之間，所述加載塊的上端面設(shè)置有與下轉(zhuǎn)軸配合的半圓形凹槽，所述加載蓋板的一端設(shè)置有與限位柱配合的限位塊，限位塊的上表面是楔形面，所述加載蓋板的另一端設(shè)置有與加載塊下端面配合加載塊卡槽，所述加載蓋板上還設(shè)置有角度傳感器。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.所述柔性體由外至內(nèi)依次是柔性體外殼、柔性體鋼板、柔性體橡膠、柔性體內(nèi)襯，加載蓋板中心設(shè)置有線纜口，所述柔性體橡膠的表面設(shè)置有應(yīng)變片，所述柔性體內(nèi)襯的上端與加載蓋板下表面設(shè)置的圈楔形凹槽契合。

2.所述上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸均是兩端直徑小于中間部分直徑的階梯軸，且中間部分的長(zhǎng)度與力傳感器的長(zhǎng)度、固定塊的長(zhǎng)度以及加載塊的長(zhǎng)度相等，且階梯軸的兩端部分別與對(duì)應(yīng)的側(cè)板上的圓形通孔配合，加載塊和固定塊上的半圓形凹槽的直徑大于階梯軸中間部分的直徑。

3.所述底座的下端安裝在壓力試驗(yàn)機(jī)的下平臺(tái)上、所述頂板的上端安裝在壓力試驗(yàn)機(jī)的上平臺(tái)上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1.本發(fā)明可以通過(guò)更換柔性體底座和蓋板來(lái)對(duì)不同型號(hào)的柔性體進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)測(cè)試臺(tái)上對(duì)不同型號(hào)柔性體剛度特性的檢測(cè)，通用型好；2.本發(fā)明采用厚度一定的加載蓋板可以使得柔性體扭轉(zhuǎn)軸線與柔性體半球形鋼板球心重疊，消除了軸線球心之差帶來(lái)的額外轉(zhuǎn)矩，提高了試驗(yàn)精準(zhǔn)度；3.本發(fā)明采用與壓力試驗(yàn)機(jī)配合加載的形式，壓力僅通過(guò)三次接觸傳遞到柔性體上并轉(zhuǎn)化為扭矩，配合力、角度傳感器，具有較高的傳遞效率及測(cè)量精度，并且省略加力裝置，節(jié)約了空間及成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的軸測(cè)圖；

圖2為本發(fā)明的右45°結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的剖視圖；

圖4為本發(fā)明加載裝置主要部件的分解圖；

圖5為本發(fā)明的上(下)轉(zhuǎn)軸的軸測(cè)圖。

圖6為本發(fā)明的工作原理圖。

圖中：11.底座、12.柔性體、120.柔性體外殼、121.柔性體鋼板、122.柔性體橡膠、123.柔性體內(nèi)襯、13.加載塊卡槽、14.加載蓋板、15.角度傳感器、16.線纜口、17.螺釘、21.加載塊、22.下轉(zhuǎn)軸、23.力傳感器、24.上轉(zhuǎn)軸、25.固定塊、26.側(cè)板、27.頂板、28.法蘭螺栓孔、31.限位柱、32.限位塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明的一種用于對(duì)柔性體進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試的測(cè)試臺(tái)，包括底座部分、加載裝置及限位裝置，其中，底座部分包括底座11、柔性體12、加載蓋板14以及位于加載蓋板上的加載塊卡槽13、角度傳感器15、線纜出口16；加載裝置包括水平安裝的頂板27、加載塊21、固定塊25、側(cè)板26、力傳感器23、上轉(zhuǎn)軸24及下轉(zhuǎn)軸25；限位裝置由一組限位柱31和限位塊32組成。所述測(cè)試臺(tái)的頂板及底座均有法蘭螺紋孔，分別通過(guò)螺釘固定在壓力試驗(yàn)機(jī)的上、下平臺(tái)。所述限位裝置由固定在加載蓋板的限位塊及頂板上限位柱組成，限位塊上表面為楔形面，限位柱下表面為平面，楔形面的角度即為測(cè)試臺(tái)的最大轉(zhuǎn)角。所述加載裝置固定塊與頂板焊接，上轉(zhuǎn)軸上側(cè)面與固定塊圓弧槽配合并留有微小間隙，兩側(cè)面的側(cè)板安裝在固定塊上對(duì)上轉(zhuǎn)軸進(jìn)行徑向、軸向約束，上轉(zhuǎn)軸下側(cè)面與力傳感器固定連接，形成以轉(zhuǎn)軸軸心為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)副；下轉(zhuǎn)軸及加載塊的布置方式與上轉(zhuǎn)軸及固定塊相對(duì)稱(chēng)，上轉(zhuǎn)軸與下轉(zhuǎn)軸軸心投影重合，加載塊以下轉(zhuǎn)軸軸心為轉(zhuǎn)動(dòng)副中心轉(zhuǎn)動(dòng)。所述上轉(zhuǎn)軸與下轉(zhuǎn)軸均為階梯軸，其兩端直徑與側(cè)板圓孔直徑相同，略小于中間部分直徑，并采用間隙配合，便于拆裝與定位；加載塊及固定塊圓弧槽的直徑略大于轉(zhuǎn)軸中間部分直徑，其有益效果是在轉(zhuǎn)軸在工作受壓時(shí)，與圓弧槽呈線接觸，減小摩擦。所述加載蓋板在加載塊一側(cè)有“L”形槽，為加載塊卡槽，槽側(cè)面與加載塊側(cè)面平行。加載蓋板底部有一圈楔形凹槽，與柔性體外殼相契合，并通過(guò)螺釘緊固

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：

底座部分由底座11、柔性體12及加載蓋板14組成。底座11為圓形板結(jié)構(gòu)，內(nèi)開(kāi)有同心圓凹槽。待測(cè)柔性體12倒置放置于底座11凹槽內(nèi)，通過(guò)過(guò)盈配合卡緊，內(nèi)部橡膠一側(cè)貼有應(yīng)變片，便于觀測(cè)橡膠力學(xué)數(shù)據(jù)。加載蓋板14為圓形板結(jié)構(gòu)，板中間設(shè)有線纜口16，為圓形通孔，便于應(yīng)變片走線；頂部一側(cè)有倒“L”形槽，為加載塊卡槽13，槽側(cè)面與加載塊21側(cè)面平行，另一側(cè)焊接一個(gè)上表面為楔形面的限位塊32，并安裝角度傳感器15；加載蓋板14底部有一圈楔形凹槽，與柔性體內(nèi)襯123相契合，柔性體內(nèi)襯123端部設(shè)有螺紋孔，兩者通過(guò)螺釘17緊固。

結(jié)合圖1、圖4、圖5，加載裝置由兩組鉸鏈轉(zhuǎn)軸組成，其上方的頂板27有法蘭螺紋孔28，通過(guò)螺釘緊固在壓力試驗(yàn)機(jī)上。頂板27下方依次為固定塊25、上轉(zhuǎn)軸24、力傳感器23、下轉(zhuǎn)軸22及加載塊21，轉(zhuǎn)軸兩側(cè)有側(cè)板26。固定塊25與加載塊21同為一面有圓形凹槽的矩形塊，凹槽直徑略大于轉(zhuǎn)軸直徑。上轉(zhuǎn)軸24及下轉(zhuǎn)軸22為階梯軸，軸兩端直徑略小于中間部分直徑，且轉(zhuǎn)軸中間部分的長(zhǎng)度與力傳感器23上下兩端、固定塊25及加載塊21的長(zhǎng)度相等。

固定塊25上端與頂板27焊接固定，固定塊25兩側(cè)面均有側(cè)板26通過(guò)螺栓固定，上轉(zhuǎn)軸24兩端卡在兩側(cè)板26的圓孔中，對(duì)上轉(zhuǎn)軸24進(jìn)行徑向、軸向約束，上轉(zhuǎn)軸24下端與力傳感器23底部焊接固定，由此形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。同樣地，力傳感器23下方對(duì)稱(chēng)的安裝下轉(zhuǎn)軸22、側(cè)板26及加載塊21，形成另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

限位裝置由固定在加載蓋板14的限位塊32及頂板27上限位柱31組成，限位柱31為圓柱體，固定在頂板27上，四周有加強(qiáng)筋，其圓柱下表面為平面。限位塊32楔形面的角度即為測(cè)試臺(tái)的最大轉(zhuǎn)角。

加載過(guò)程中，柔性體12將會(huì)發(fā)生一定角度的扭轉(zhuǎn)，兩組轉(zhuǎn)軸可以使加載塊21隨著柔性體12扭轉(zhuǎn)，將豎直載荷利用柔性體12的受壓變形特性轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)載荷，并通過(guò)限位裝置中的限位塊32及限位柱31對(duì)測(cè)試角度進(jìn)行限制。

下面結(jié)合附圖1、圖3和圖6對(duì)本發(fā)明工作原理進(jìn)行詳細(xì)地描述：

因柔性體12在張力腿平臺(tái)中外殼固定在筋腱連接器里，筋腱與柔性體內(nèi)襯123固定，受力時(shí)筋腱發(fā)生擺動(dòng)，即筋腱帶動(dòng)柔性體內(nèi)襯123擺動(dòng)，從而柔性體12發(fā)生形變。因此將柔性體內(nèi)襯123朝上倒置放置在底座11上，有利于模擬真實(shí)工況。

將柔性體12倒置放置在底座11上后，在柔性體橡膠122表面安裝應(yīng)變片，以監(jiān)控測(cè)試時(shí)橡膠的應(yīng)變情況。接著，安裝加載蓋板14，應(yīng)變片的線纜從線纜出口導(dǎo)出，并用螺釘18將加載蓋板14與柔性體12緊固。

測(cè)試時(shí)，該裝置的頂板27、底座11分別固定于壓力試驗(yàn)機(jī)的上、下平臺(tái)，且同心放置。需要注意的是，要保證加載塊卡槽13階梯面與加載塊21側(cè)面平行。利用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)其豎直施加壓載荷，載荷方向始終保持豎直向下，如圖4箭頭所示。使得頂板27及安裝在頂板27上的部件緩慢下降。加載塊21與加載塊卡槽13首先接觸，此時(shí)繼續(xù)施壓，柔性體12由于自身結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生形變，受壓側(cè)降低，對(duì)側(cè)升高，帶動(dòng)加載蓋板14轉(zhuǎn)動(dòng)，加載塊21上方雙鉸鏈轉(zhuǎn)軸會(huì)根據(jù)加載蓋板14的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，使得載荷始終垂直于加載蓋板14，直至限位裝置接觸，完成測(cè)試。

柔性體12轉(zhuǎn)動(dòng)剛度通過(guò)下式可以得出：

柔性體12提供的反力F由力傳感器23得到，根據(jù)角度傳感器15得到擺角θ，測(cè)量加載蓋板14圓心至下轉(zhuǎn)軸22軸心的水平距離L，可得轉(zhuǎn)動(dòng)剛度K。