本實用新型屬于輪軸過盈配合疲勞測試領(lǐng)域，具體涉及一種拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備。

背景技術(shù)：

微動疲勞是指兩個接觸工件的接觸面間由于機械振動、疲勞載荷、電磁振動或熱循環(huán)等交變載荷作用下發(fā)生的極小振幅（微米量級）的相對位移，由此帶來的高應(yīng)力集中以及磨損的疲勞行為。

微動疲勞廣泛存在于機械行業(yè)、鐵路、核電、航空航天、橋梁、船舶等各個工業(yè)領(lǐng)域的緊固配合構(gòu)件中，其危害是非常嚴重和極其可怕的，并且已經(jīng)成為很多關(guān)鍵零部件失效的主要原因，例如：鉚釘連接、螺紋連接、銷軸連接等連接件，花鍵配合、榫槽配合、輪軸過盈配合，鋼纜、高空導(dǎo)線等，這些疲勞現(xiàn)象都是由于連接件的某個位置受到微動疲勞而發(fā)生失效。

微動疲勞按試樣的加載方式，可以分為拉壓、拉扭復(fù)合和彎曲三種基本模式，對于點接觸的微動疲勞形式，其試驗接觸模型可以是水平圓柱或垂直圓柱；對于線接觸的微動疲勞形式，其試驗接觸模型可以是水平圓柱或平面。

目前，微動疲勞的研究主要集中在拉壓模式，國際上關(guān)于輪軸材料的微動疲勞研究也都僅局限于拉壓模式，在微動疲勞試驗中對兩側(cè)微動墊施加水平（法向）載荷，以使兩側(cè)微動墊與試樣保持壓配合（緊配合），目前就這種方式進行試驗的設(shè)備復(fù)雜，試驗結(jié)果較差，試樣在加載的過程中容易發(fā)生參數(shù)彎曲現(xiàn)象，而且試驗過程中應(yīng)變位移變化測量較難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本實用新型提供的拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備能夠在試驗時，同時對試樣軸實現(xiàn)拉伸和與扭轉(zhuǎn)試驗。

為了達到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

提供一種拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備，其包括安裝環(huán)，至少三個等間距安裝在安裝環(huán)上、用于對試樣軸的徑向進行定位的徑向定位裝置，用于夾持試樣軸端部、進行拉扭復(fù)合試驗的加載裝置和用于給加載裝置提供動力的動力裝置；相鄰兩個徑向定位裝置之間設(shè)置有用于對試樣軸徑向圖像進行采集的圖像采集裝置，每個徑向定位裝置與試樣軸接觸處設(shè)置有三維傳感器；

加載裝置包括套筒，套筒的中部設(shè)置有環(huán)形凸臺，其底部邊緣開設(shè)有至少三個弧形槽，弧形槽的最深點與弧形槽圓心之間的連線與套筒側(cè)壁之間的夾角小于90°；套筒內(nèi)等間距設(shè)置有至少三塊用于夾持試樣軸端部、且呈弧形的夾持板，每個夾持板通過其上固定設(shè)置的螺柱安裝于套筒上的螺紋孔內(nèi)；

套筒的弧形槽內(nèi)放置上滾珠后，將套筒的下端放置于收納槽內(nèi)，收納槽的內(nèi)徑大于套筒與滾珠組成的結(jié)構(gòu)的外徑；收納槽放置于固定板上，并通過連接固定板與環(huán)形凸臺的螺栓將套筒固定在固定板上；固定板通過聯(lián)軸器與蝸桿固定連接；動力裝置包括電動機，電動機的輸出軸上設(shè)置的渦輪與蝸桿嚙合；

環(huán)形凸臺上設(shè)置有一用于采集試樣軸試驗時的旋轉(zhuǎn)角度的角度采集器，角度采集器包括固定于環(huán)形凸臺上的支撐塊和設(shè)置于支撐塊上端、且緊貼于套筒外表面的弧形板；弧形板上開設(shè)有弧形槽，弧形槽上端的弧形板上設(shè)置有若干刻度線；弧形槽內(nèi)放置有卡裝于試樣軸的安裝孔內(nèi)的測量軸，測量軸的自由端設(shè)置有指示旋轉(zhuǎn)角度的指針；支撐塊上設(shè)置有一用于采集指針旋轉(zhuǎn)情況的圖像采集器；圖像采集裝置、三維傳感器、圖像采集器和電動機均與控制模塊連接。

本實用新型的有益效果為：加載裝置在受到拉伸力時，由于其內(nèi)部的滾珠位置的獨特設(shè)置，其能夠?qū)⑵涫艿搅Ψ纸鉃樨Q直方向和橫向的力，在橫向力作用下，滾珠帶動套筒旋轉(zhuǎn)，進而帶動試樣軸做輕微的旋轉(zhuǎn)，以到達拉扭復(fù)合試驗。

試樣軸旋轉(zhuǎn)的同時，固定于試樣軸上測量軸也跟著旋轉(zhuǎn)，測量軸上的指針與弧形板上的刻度線相配合而實現(xiàn)測量軸旋轉(zhuǎn)的最終角度的顯示；另外，圖像采集器能夠?qū)χ羔樀膭討B(tài)旋轉(zhuǎn)進行圖像采集，其采集的圖像結(jié)合圖像采集裝置采集的數(shù)據(jù)可以達到對測量軸的動態(tài)旋轉(zhuǎn)過程進行分析。

附圖說明

圖1為拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備的安裝環(huán)、徑向定位裝置和加載裝置組裝在一起夾持住試樣軸后的俯視圖。

圖2為沿圖1中線A-A方向的剖視圖。

圖3為拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備的加載裝置與動力裝置組裝在一起的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為角度采集器安裝在套筒的環(huán)形凸臺上的立體圖。

其中，1、徑向定位裝置；11、螺桿；12、安裝塊；13、支撐板；14、導(dǎo)軌；15、滑塊；16、微動塊；2、安裝環(huán)；3、試樣軸；4、加載裝置；41、套筒；411、測量軸；412、環(huán)形凸臺；42、夾持板；43、支撐塊；431、刻度線；432、弧形槽；44、固定板；45、聯(lián)軸器；46、蝸桿；47、滾珠；48、螺柱；5、動力裝置；51、電動機；52、渦輪。

具體實施方式

下面對本實用新型的具體實施方式進行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本實用新型，但應(yīng)該清楚，本實用新型不限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本實用新型構(gòu)思的實用新型創(chuàng)造均在保護之列。

參考圖1和圖3，圖1示出了拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備的安裝環(huán)2、徑向定位裝置1和加載裝置4組裝在一起夾持住試樣軸3后的俯視圖，圖3示出了拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備的加載裝置4與動力裝置6組裝在一起的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1和圖3所示，該拉扭復(fù)合微動疲勞試驗設(shè)備包括安裝環(huán)2，至少三個等間距安裝在安裝環(huán)2上、用于對試樣軸3的徑向進行定位的徑向定位裝置1，用于夾持試樣軸3端部、進行拉扭復(fù)合試驗的加載裝置4和用于給加載裝置4提供動力的動力裝置6；相鄰兩個徑向定位裝置1之間設(shè)置有用于對試樣軸3徑向圖像進行采集的圖像采集裝置，每個徑向定位裝置1與試樣軸3接觸處設(shè)置有三維傳感器。

實施時，優(yōu)選在安裝環(huán)2上等間距地安裝有徑向定位裝置1，多個徑向定位裝置1的選用可以使試樣軸3在徑向受到的夾緊力均勻分布，使試樣軸3在加載的過程不會出現(xiàn)參數(shù)彎曲現(xiàn)象，試驗重復(fù)性好。

所有徑向定位裝置1均安裝在安裝環(huán)2上，大大地減少了試驗設(shè)備的構(gòu)件數(shù)量，使得整個試驗設(shè)備更加簡單，輕便，并且可以方便的調(diào)整徑向定位裝置1的空間位置，適用于各種長度的試樣軸。

如圖3所示，加載裝置4包括套筒41，套筒41的中部設(shè)置有環(huán)形凸臺412，其底部邊緣開設(shè)有至少三個弧形槽432，弧形槽432的最深點與弧形槽432圓心之間的連線與套筒41側(cè)壁之間的夾角小于90°；上述角度的設(shè)置，可以使?jié)L珠47所受到的力不是位于直線上的，這樣該力能夠被分解成橫向和縱向的分力，這樣滾珠47在橫向的分力作用下，帶動套筒41做旋轉(zhuǎn)運動。

套筒41內(nèi)等間距設(shè)置有至少三塊用于夾持試樣軸3端部、且呈弧形的夾持板42，每個夾持板42通過其上固定設(shè)置的螺柱48安裝于套筒41上的螺紋孔內(nèi)；多個夾持板42的設(shè)置，在給試樣軸3施加拉伸力時，可以使試樣軸3受力相對均勻，從而保證試驗的準確性，另外其還可以適用于不同直徑的試樣軸。

套筒41的弧形槽432內(nèi)放置上滾珠47后，將套筒41的下端放置于收納槽內(nèi)，收納槽的內(nèi)徑略大于套筒41與滾珠47組成的結(jié)構(gòu)的外徑，設(shè)計時，優(yōu)選收納槽的內(nèi)徑比套筒41與滾珠47組成的結(jié)構(gòu)的外徑大0.2cm；上述尺寸的設(shè)計，可以避免滾珠47在收納槽內(nèi)不按一定規(guī)律滑動，從而提高了后面對試樣軸3旋轉(zhuǎn)角度采集的準確性。

收納槽放置于固定板44上，并通過連接固定板44與環(huán)形凸臺412的螺栓將套筒41固定在固定板44上；固定板44通過聯(lián)軸器45與蝸桿46固定連接；動力裝置6包括電動機51，電動機51的輸出軸上設(shè)置的渦輪52與蝸桿46嚙合。

如圖4所示，環(huán)形凸臺412上設(shè)置有一用于采集試樣軸3試驗時的旋轉(zhuǎn)角度的角度采集器，角度采集器包括固定于環(huán)形凸臺412上的支撐塊43和設(shè)置于支撐塊43上端、且緊貼于套筒41外表面的弧形板。

弧形板上開設(shè)有弧形槽432，弧形槽432上端的弧形板上設(shè)置有若干刻度線431；弧形槽432內(nèi)放置有卡裝于試樣軸3的安裝孔內(nèi)的測量軸411，測量軸411的自由端設(shè)置有指示旋轉(zhuǎn)角度的指針；支撐塊43上設(shè)置有一用于采集指針旋轉(zhuǎn)情況的圖像采集器。

試樣軸3旋轉(zhuǎn)的同時，固定于試樣軸3上測量軸411也跟著旋轉(zhuǎn)，測量軸上的指針與弧形板上的刻度線431相配合而實現(xiàn)測量軸旋轉(zhuǎn)的最終角度的顯示；另外，圖像采集器能夠?qū)χ羔樀膭討B(tài)旋轉(zhuǎn)進行圖像采集。

圖像采集裝置、三維傳感器、圖像采集器和電動機51均與控制模塊連接。圖像采集器采集的圖像結(jié)合圖像采集裝置采集的數(shù)據(jù)可以達到對測量軸的動態(tài)旋轉(zhuǎn)過程進行分析。

如圖2所示，徑向定位裝置1包括螺桿11及分別固定安裝在安裝環(huán)2上的安裝塊12和支撐板13，支撐板13上設(shè)置有兩條導(dǎo)軌14，導(dǎo)軌14上安裝有可沿其滑動的滑塊15；滑塊15的連接桿上設(shè)置有一微動塊16，三維傳感器安裝于微動塊16與試樣軸3之間；螺桿11穿過安裝塊12和安裝環(huán)2的端部固定于支撐板13上，支撐板13與螺桿11之間設(shè)置有一與控制模塊連接的壓力傳感器。

三維傳感器實時測出試樣軸3在試驗過程中受到的法向力以及摩擦力，并送至控制模塊，控制模塊通過分析得到試樣軸3在不同工況下摩擦系數(shù)的變化和微動疲勞壽命；

實施時，本方案優(yōu)選收納槽的深度等于環(huán)形凸臺412到安裝于弧形槽432內(nèi)滾珠47最低點的距離。這樣設(shè)置可以避免在拉伸試驗軸時，收納槽相對套筒41運動，致使扭轉(zhuǎn)測試不準確。

圖像采集裝置和圖像采集器均選用高速攝像機，高速攝像機提高了采集的圖像的質(zhì)量。

綜上所述，該試驗設(shè)備能方便模擬微動點接觸（水平圓柱/垂直圓柱）、線接觸（水平圓柱/平面）形式的接觸模型的微動疲勞進行法向加載，能很好的達到設(shè)定的法相載荷，試用范圍廣、操作簡單，試驗結(jié)果準確、可靠。

雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了詳細地描述，但不應(yīng)理解為對本專利的保護范圍的限定。在權(quán)利要求書所描述的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改和變形仍屬本專利的保護范圍。