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一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，本發(fā)明的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置包括與試樣直接接觸的微動(dòng)橋，環(huán)面與試樣軸向垂直的加載環(huán)，穿過加載環(huán)環(huán)壁與微動(dòng)橋接觸的加載螺栓，所述試樣穿過加載環(huán)的環(huán)面中心，所述微動(dòng)橋與試樣的接觸面上設(shè)置有凸弧面形的微動(dòng)橋腳，所述微動(dòng)橋或加載螺栓上設(shè)置有應(yīng)變片并連有應(yīng)變儀；通過微動(dòng)橋的微動(dòng)橋腳與試樣直接接觸，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)橋與試樣的點(diǎn)接觸，通過調(diào)節(jié)加載螺栓對(duì)微動(dòng)橋加載壓力，能夠使試樣接觸表面產(chǎn)生微幅相對(duì)運(yùn)動(dòng)并對(duì)試樣接觸表面施加法向壓力，該裝置配合疲勞試驗(yàn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)拉壓、扭轉(zhuǎn)和拉扭復(fù)合微動(dòng)疲勞模式的理論研究。
【專利說明】一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，特別涉及一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在工程實(shí)際中，零構(gòu)件的損傷往往來源于拉扭復(fù)合微動(dòng)疲勞的作用，因此設(shè)計(jì)多參數(shù)可調(diào)的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞裝置研究拉壓、扭轉(zhuǎn)和拉扭復(fù)合微動(dòng)疲勞零構(gòu)件的損傷行為，找到模型上危險(xiǎn)區(qū)域和避免損傷造成的危害是十分必要的。目前，對(duì)微動(dòng)疲勞的研究基本都是以實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行的，定性地通過實(shí)驗(yàn)來得出一些規(guī)律，從而應(yīng)用到工程實(shí)際中。對(duì)于微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)研究，多集中在拉壓微動(dòng)疲勞和扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞且多采用實(shí)物研究或面接觸的方式進(jìn)行研究，而拉扭復(fù)合微動(dòng)疲勞模式比較罕見，而實(shí)際工況中零構(gòu)件承受單一的拉壓應(yīng)力或者扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的情況卻比較少見。
[0003]在微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)研究中，存在著許多形式不一和研究對(duì)象不一的微動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備，國際上還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)臺(tái)。微動(dòng)疲勞是微動(dòng)磨損和疲勞聯(lián)合作用的過程，涉及到摩擦磨損、疲勞和腐蝕三種失效形式，影響微動(dòng)疲勞的主要因素有接觸應(yīng)力、頻率、位移幅值和應(yīng)力幅值等；研究微動(dòng)疲勞必須結(jié)合摩擦學(xué)理論和疲勞理論，對(duì)于微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)研究，多集中在拉壓微動(dòng)疲勞和扭轉(zhuǎn)微動(dòng)疲勞且多采用實(shí)物研究或面接觸的方式進(jìn)行研究，這樣能夠較好運(yùn)用疲勞理論，而摩擦學(xué)理論的運(yùn)用相對(duì)困難，無法對(duì)微動(dòng)磨損中粘著區(qū)、滑移區(qū)和張開區(qū)進(jìn)行研究。同時(shí)拉扭復(fù)合微動(dòng)疲勞模式比較罕見，采用實(shí)物研究或者面接觸的方式不能更好的進(jìn)行理論研究。而現(xiàn)有技術(shù)不能較好解決設(shè)備的問題，對(duì)于微動(dòng)疲勞理論的深入研究將受到制約。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種在MTS809型拉扭組合電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，能夠使試樣接觸表面產(chǎn)生微幅相對(duì)運(yùn)動(dòng)并對(duì)試樣接觸表面施加法向壓力，形成點(diǎn)接觸的方式以更好使用摩擦學(xué)和疲勞斷裂的方式對(duì)其進(jìn)行研究。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，包括與試樣直接接觸的微動(dòng)橋，環(huán)面與試樣軸向垂直的加載環(huán)，穿過加載環(huán)環(huán)壁與微動(dòng)橋接觸的加載螺栓，和設(shè)置在加載環(huán)內(nèi)的裝配框，所述試樣穿過加載環(huán)的環(huán)面中心，所述微動(dòng)橋上與試樣的接觸面處設(shè)置有凸弧面形的微動(dòng)橋腳，所述加載環(huán)或加載螺栓上設(shè)置有應(yīng)變片并連有應(yīng)變儀。
[0006]作為優(yōu)選，所述裝配框的一對(duì)稱側(cè)面中空貫穿，所述中空貫穿腔用來放置微動(dòng)橋，沿裝配框上下面中心連線開有能讓試樣穿過的孔；通過裝配框來固定微動(dòng)橋的位置以及微動(dòng)橋和試樣之間的相對(duì)位置；裝配框裝在試樣上，利用中空貫穿腔的一面來放置微動(dòng)橋，保證兩微動(dòng)橋在同一平面且受到的接觸應(yīng)力一致。
[0007]作為優(yōu)選，所述微動(dòng)橋?yàn)殚L條形方塊，微動(dòng)橋的數(shù)量為兩個(gè)，所述微動(dòng)橋受裝配框固定均勻?qū)ΨQ地壓在試樣的兩邊，每塊微動(dòng)橋上的凸弧面形的微動(dòng)橋腳的數(shù)量為兩個(gè)且均勻布置；兩個(gè)微動(dòng)橋均勻地設(shè)置在試樣的兩邊，使試樣兩個(gè)方向受力均勻，而呈凸弧面形的微動(dòng)橋腳，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)橋與試樣的點(diǎn)接觸形式，用于研究點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞。
[0008]作為優(yōu)選，所述加載環(huán)環(huán)壁上均布開有四個(gè)螺紋孔，螺紋孔的中心線與加載環(huán)中心線垂直；四個(gè)螺紋孔用于安裝加載螺栓和固定加載環(huán)及整個(gè)裝置。
[0009]作為優(yōu)選，所述加載螺栓的數(shù)量為兩個(gè)，加載螺栓穿過加載環(huán)環(huán)壁上對(duì)稱的兩螺紋孔與微動(dòng)橋接觸；加載螺栓穿過螺紋孔與微動(dòng)橋接觸，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)加載螺栓即可改變螺栓對(duì)微動(dòng)橋施加的壓力大小，進(jìn)而改變微動(dòng)橋與試樣點(diǎn)接觸應(yīng)力。
[0010]作為優(yōu)選，所述加載環(huán)上與安裝加載螺栓孔對(duì)稱的兩孔外設(shè)置有固定支持板，所述固定支持板長度方向與試樣軸向垂直，通過螺栓將加載環(huán)與固定支持板連接，固定支持板兩端與疲勞試驗(yàn)機(jī)的固定豎直軸固定連接；固定支持板用于將整個(gè)點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞裝置固定。
[0011]作為優(yōu)選，所述加載螺栓的螺紋段設(shè)置在螺栓端部與加載環(huán)接觸的部分，螺紋段的長度與加載環(huán)、試樣以及微動(dòng)橋的尺寸相適應(yīng)；螺紋段的位置和長度根據(jù)加載環(huán)、試樣和微動(dòng)橋的具體尺寸確定。
[0012]一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)前對(duì)試樣和微動(dòng)橋橋腳用超聲清洗，將經(jīng)過超聲清洗的試樣上部夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)的上夾具上，再將下夾具與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)通過螺紋固定，且下夾具的夾持腔的垂向中心線與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)中；將微動(dòng)橋與試樣緊密接觸，同時(shí)給一定的預(yù)壓力固定試樣和微動(dòng)橋的接觸部位，將試樣固定在微動(dòng)橋的中心位置，裝配裝配框，以固定微動(dòng)橋的位置，裝配粘貼好應(yīng)變片并連接好應(yīng)變儀的加載環(huán)和加載螺栓；用下夾具夾持試樣的下部；
疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)將平均拉應(yīng)力加到預(yù)定應(yīng)力水平，然后根據(jù)微動(dòng)橋上的應(yīng)變儀數(shù)據(jù)，調(diào)整加載環(huán)上的加載螺栓把接觸應(yīng)力加到預(yù)定要求并保證接觸壓力不變。通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具的上下移動(dòng)，使試樣夾緊并施加設(shè)定的載荷，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的控制使下夾具及其夾持的試樣下部以設(shè)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角進(jìn)行多次往復(fù)旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，通過與上夾具相連的傳感器測(cè)出軸向載荷和扭矩，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。
[0013]作為優(yōu)選，試樣所受接觸應(yīng)力通過加載環(huán)上的加載螺栓施加，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)加載螺栓來改變?cè)嚇颖砻媸艿降慕佑|應(yīng)力，其接觸應(yīng)力的大小通過加載環(huán)或加載螺栓上連接的應(yīng)變片和應(yīng)變儀來測(cè)量。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
1、通過微動(dòng)橋獨(dú)特設(shè)計(jì)的呈凸弧形的微動(dòng)橋橋腳與試樣直接接觸，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)橋與試樣的點(diǎn)接觸，通過調(diào)節(jié)加載螺栓對(duì)微動(dòng)橋加載壓力，能夠使試樣接觸表面產(chǎn)生微幅相對(duì)運(yùn)動(dòng)并對(duì)試樣接觸表面施加法向壓力，形成微動(dòng)疲勞試驗(yàn)的條件，并形成點(diǎn)接觸的方式以更好使用摩擦學(xué)和疲勞斷裂的方式對(duì)其進(jìn)行研究；
2、該裝置配合疲勞試驗(yàn)機(jī)可對(duì)試樣施加拉應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和拉扭復(fù)合應(yīng)力，通過設(shè)置在微動(dòng)橋或加載螺栓上的應(yīng)變片和連接的應(yīng)變儀、疲勞試驗(yàn)機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集裝置和控制系統(tǒng)，并可以對(duì)微動(dòng)疲勞過程中位移幅值進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)控制接觸應(yīng)力、應(yīng)力幅值、頻率和位移幅值對(duì)拉壓、扭轉(zhuǎn)和拉扭復(fù)合微動(dòng)疲勞模式影響的試驗(yàn)研究。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置與MTS809電液伺服試驗(yàn)機(jī)配合使用的示意圖。
[0017]圖3為圖1中微動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為圖1中加載環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是圖1中加載螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為圖2中裝配框的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7為圖6的俯視圖。
[0022]圖8為試樣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標(biāo)記:1_試樣,2-微動(dòng)橋，3-加載環(huán)，4-加載螺栓，5-裝配框，6-固定支持板，7-下夾具，8-上夾具。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0025]實(shí)施例1
本實(shí)施例中所稱疲勞試驗(yàn)機(jī)是MTS809電液伺服試驗(yàn)機(jī)。
[0026]如圖1、圖2所示，一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，包括與試樣I直接接觸的微動(dòng)橋2，環(huán)面與試樣I軸向垂直的加載環(huán)3，穿過加載環(huán)環(huán)壁與微動(dòng)橋2接觸的加載螺栓4，和設(shè)置在加載環(huán)3內(nèi)的裝配框5，所述試樣I穿過加載環(huán)3的環(huán)面中心，所述微動(dòng)橋2與試樣I的接觸面上設(shè)置有凸弧面形的微動(dòng)橋腳，且加載環(huán)3上設(shè)置有應(yīng)變片并連有應(yīng)變儀。
[0027]如圖6、圖7所示，所述裝配框5的一對(duì)稱側(cè)面中空貫穿，所述中空貫穿腔用來放置微動(dòng)橋2，沿裝配框5上下面中心連線開有能讓試樣穿過的孔，所述微動(dòng)橋2放置在裝配框5的中空貫穿腔內(nèi)；通過裝配框來固定微動(dòng)橋的位置以及微動(dòng)橋和試樣之間的相對(duì)位置，裝配框裝在試樣上，利用中空貫穿腔的一面來放置微動(dòng)橋，保證兩微動(dòng)橋在同一平面且受到的接觸應(yīng)力一致。
[0028]在本實(shí)施例中，裝配框沿中心線分為兩半，裝配框只起支撐作用，不承受任何外加載荷，實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)套在微動(dòng)橋上后，用塑料帶輕輕系上固定即可。
[0029]如圖1、圖3所示,所述微動(dòng)橋2為長條形方塊,微動(dòng)橋2的數(shù)量為兩個(gè),所述微動(dòng)橋2受裝配框固定均勻?qū)ΨQ地壓在試樣I的兩邊，每塊微動(dòng)橋2上的凸弧面形的微動(dòng)橋腳的數(shù)量為兩個(gè)且均勻布置；兩個(gè)微動(dòng)橋均勻地設(shè)置在試樣的兩邊，使試樣兩個(gè)方向受力均勻，而呈凸弧面形的微動(dòng)橋腳，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)橋與試樣的點(diǎn)接觸形式，用于研究點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞。
[0030]如圖2、圖4所示，所述加載環(huán)3環(huán)壁上均布開有四個(gè)螺紋孔，螺紋孔的中心線與加載環(huán)3中心線垂直，開螺紋孔的加載環(huán)環(huán)壁處有加厚的設(shè)置；四個(gè)螺紋孔用于安裝加載螺栓和固定加載環(huán)及整個(gè)裝置。
[0031]如圖1、圖5所示，所述加載螺栓4的數(shù)量為兩個(gè)，加載螺栓4穿過加載環(huán)3環(huán)壁上對(duì)稱的兩螺紋孔與微動(dòng)橋2接觸；加載螺栓穿過螺紋孔與微動(dòng)橋接觸，旋轉(zhuǎn)加載螺栓即可改變螺栓對(duì)微動(dòng)橋施加的壓力大小，進(jìn)而改變微動(dòng)橋與試樣點(diǎn)接觸應(yīng)力。
[0032]如圖2所示，所述加載環(huán)3上與安裝加載螺栓孔對(duì)稱的兩孔外設(shè)置有固定支持板
6,所述固定支持板6長度方向與試樣I軸向垂直，通過螺栓將加載環(huán)3與固定支持板6連接，固定支持板6兩端與疲勞試驗(yàn)機(jī)的固定豎直軸固定連接；固定支持板用于將整個(gè)點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞裝置固定。
[0033]如圖5所示，所述加載螺栓4的螺紋段設(shè)置在螺栓端部與加載環(huán)接觸的部分，螺紋段的長度與加載環(huán)3、試樣2以及微動(dòng)橋2的尺寸相適應(yīng)；螺紋段的位置和長度根據(jù)加載環(huán)、試樣和微動(dòng)橋的具體尺寸確定。
[0034]如圖1、圖2所示，一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)前對(duì)試樣I和微動(dòng)橋2橋腳用超聲清洗，將經(jīng)過超聲清洗的試樣I上部夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)的上夾具8上，再將下夾具7與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)通過螺紋固定，且下夾具7的夾持腔的垂向中心線與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)中；將微動(dòng)橋2與試樣I緊密接觸，同時(shí)給一定的預(yù)壓力固定試樣I和微動(dòng)橋2的接觸部位，將試樣I固定在微動(dòng)橋2的中心位置，裝配裝配框5，以固定微動(dòng)橋2的位置，裝配粘貼好應(yīng)變片并連接好應(yīng)變儀的加載環(huán)3和加載螺栓4 ;用下夾具夾持試樣2的下部；
疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)將平均拉應(yīng)力加到預(yù)定應(yīng)力水平，然后根據(jù)微動(dòng)橋2上的應(yīng)變儀數(shù)據(jù)，調(diào)整加載環(huán)3上的加載螺栓4把接觸應(yīng)力加到預(yù)定要求并保證接觸壓力不變。通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具8的上下移動(dòng)，使試樣I夾緊并施加設(shè)定的載荷，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的控制使下夾具7及其夾持的試樣I下部以設(shè)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角進(jìn)行多次往復(fù)旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，通過與上夾具8相連的傳感器測(cè)出軸向載荷和扭矩，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。
[0035]作為優(yōu)選，試樣所受接觸應(yīng)力通過加載環(huán)3上的加載螺栓4施加，通過旋轉(zhuǎn)加載螺栓4來改變?cè)嚇覫表面受到的接觸應(yīng)力，其接觸應(yīng)力的大小通過微動(dòng)橋2上連接的應(yīng)變片和應(yīng)變儀來測(cè)量。
[0036]本實(shí)施例中，試樣為Al-Zn-Mg合金的軸，如圖8所示，試驗(yàn)采用對(duì)稱循環(huán)載荷(R=-1),試驗(yàn)頻率9Hz，應(yīng)力控制。在不同的應(yīng)力幅值下(72MPa，132MPa，192MPa，252MPa，312MPa，372MPa)，通過點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞裝置控制接觸應(yīng)力，進(jìn)行單軸拉_壓加載下的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)。
[0037]實(shí)施例2
本實(shí)施例中所稱疲勞試驗(yàn)機(jī)是MTS809電液伺服試驗(yàn)機(jī)。
[0038]如圖1、圖2所示，一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，包括與試樣I直接接觸的微動(dòng)橋2，環(huán)面與試樣I軸向垂直的加載環(huán)3，穿過加載環(huán)環(huán)壁與微動(dòng)橋2接觸的加載螺栓4，和設(shè)置在加載環(huán)3內(nèi)的裝配框5，所述試樣I穿過加載環(huán)3的環(huán)面中心，所述微動(dòng)橋2與試樣I的接觸面上設(shè)置有凸弧面形的微動(dòng)橋腳，且加載螺栓4上設(shè)置有應(yīng)變片并連有應(yīng)變儀。
[0039]如圖6、圖7所示，所述裝配框5的一對(duì)稱側(cè)面中空貫穿，所述中空貫穿腔用來放置微動(dòng)橋2，沿裝配框5上下面中心連線開有能讓試樣穿過的孔，所述微動(dòng)橋2放置在裝配框5的中空貫穿腔內(nèi)；通過裝配框來固定微動(dòng)橋的位置以及微動(dòng)橋和試樣之間的相對(duì)位置，裝配框裝在試樣上，利用中空貫穿腔的一面來放置微動(dòng)橋，保證兩微動(dòng)橋在同一平面且受到的接觸應(yīng)力一致。
[0040]如圖1、圖3所示,所述微動(dòng)橋2為長條形方塊,微動(dòng)橋2的數(shù)量為兩個(gè),所述微動(dòng)橋2受裝配框固定均勻?qū)ΨQ地壓在試樣I的兩邊，每塊微動(dòng)橋2上的凸弧面形的微動(dòng)橋腳的數(shù)量為兩個(gè)且均勻布置；兩個(gè)微動(dòng)橋均勻地設(shè)置在試樣的兩邊，使試樣兩個(gè)方向受力均勻，而呈凸弧面形的微動(dòng)橋腳，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)橋與試樣的點(diǎn)接觸形式，用于研究點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞。
[0041]如圖2、圖4所示，所述加載環(huán)3環(huán)壁上均布開有四個(gè)螺紋孔，螺紋孔的中心線與加載環(huán)3中心線垂直，開螺紋孔的加載環(huán)環(huán)壁處有加厚的設(shè)置；四個(gè)螺紋孔用于安裝加載螺栓和固定加載環(huán)及整個(gè)裝置。
[0042]如圖1、圖5所示，所述加載螺栓4的數(shù)量為兩個(gè)，加載螺栓4穿過加載環(huán)3環(huán)壁上對(duì)稱的兩螺紋孔與微動(dòng)橋2接觸；加載螺栓穿過螺紋孔與微動(dòng)橋接觸，旋轉(zhuǎn)加載螺栓即可改變螺栓對(duì)微動(dòng)橋施加的壓力大小，進(jìn)而改變微動(dòng)橋與試樣點(diǎn)接觸應(yīng)力。
[0043]如圖2所示，所述加載環(huán)3上與安裝加載螺栓孔對(duì)稱的兩孔外設(shè)置有固定支持板
6,所述固定支持板6長度方向與試樣I軸向垂直，通過螺栓將加載環(huán)3與固定支持板6連接，固定支持板6兩端與疲勞試驗(yàn)機(jī)的固定豎直軸固定連接；固定支持板用于將整個(gè)點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞裝置固定。
[0044]如圖5所示，所述加載螺栓4的螺紋段設(shè)置在螺栓端部與加載環(huán)接觸的部分，螺紋段的長度與加載環(huán)3、試樣2以及微動(dòng)橋2的尺寸相適應(yīng)；螺紋段的位置和長度根據(jù)加載環(huán)、試樣和微動(dòng)橋的具體尺寸確定。
[0045]如圖1、圖2所示，一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)前對(duì)試樣I和微動(dòng)橋2橋腳用超聲清洗，將經(jīng)過超聲清洗的試樣I上部夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)的上夾具8上，再將下夾具7與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)通過螺紋固定，且下夾具7的夾持腔的垂向中心線與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)中；將微動(dòng)橋2與試樣I緊密接觸，同時(shí)給一定的預(yù)壓力固定試樣I和微動(dòng)橋2的接觸部位，將試樣I固定在微動(dòng)橋2的中心位置，裝配裝配框5，以固定微動(dòng)橋2的位置，裝配粘貼好應(yīng)變片并連接好應(yīng)變儀的加載螺栓4和加載環(huán)3 ;用下夾具夾持試樣2的下部；
疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)將平均拉應(yīng)力加到預(yù)定應(yīng)力水平，然后根據(jù)微動(dòng)橋2上的應(yīng)變儀數(shù)據(jù)，調(diào)整加載環(huán)3上的加載螺栓4把接觸應(yīng)力加到預(yù)定要求并保證接觸壓力不變。通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具8的上下移動(dòng)，使試樣I夾緊并施加設(shè)定的載荷，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的控制使下夾具7及其夾持的試樣I下部以設(shè)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角進(jìn)行多次往復(fù)旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，通過與上夾具8相連的傳感器測(cè)出軸向載荷和扭矩，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。
[0046]作為優(yōu)選，試樣所受接觸應(yīng)力通過加載環(huán)3上的加載螺栓4施加，通過旋轉(zhuǎn)加載螺栓4來改變?cè)嚇覫表面受到的接觸應(yīng)力，其接觸應(yīng)力的大小通過微動(dòng)橋2上連接的應(yīng)變片和應(yīng)變儀來測(cè)量。
[0047]如圖8所示，本實(shí)施例中，試樣為Al-Zn-Mg合金的軸，試驗(yàn)采用對(duì)稱循環(huán)載荷(R=-1),試驗(yàn)頻率9Hz，應(yīng)力控制。在不同的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅值下，通過點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞裝置控制接觸應(yīng)力，進(jìn)行單軸扭轉(zhuǎn)加載下的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)。扭轉(zhuǎn)頻率為1Hz，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力比均r=0.1，加載波形為正弦波，試驗(yàn)環(huán)境為室溫靜態(tài)空氣介質(zhì)，溫度為22°C左右，相對(duì)濕度為40%左右。
[0048]實(shí)施例3 本實(shí)施例中，點(diǎn)接觸微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同。
[0049]如圖8所示，本實(shí)施例中，試樣為LZ50車軸鋼，在圓形路徑加載下微動(dòng)疲勞的測(cè)試在添加點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置的MTS809型拉扭組合電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，在圓形路徑加載下拉扭復(fù)合微動(dòng)在軸向及扭向均在控制載荷模式下進(jìn)行，對(duì)試樣分別施加 300Mpa、400Mpa、450Mpa、500Mpa 的軸向應(yīng)力幅值，173MPa、231MPa、260MPa、289MPa 的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅值，接觸壓力通過加載螺栓與應(yīng)變儀控制并保持恒定，軸向和扭轉(zhuǎn)頻率均為1Hz，軸向和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力比均為r=0.1，加載波形為正弦波，試驗(yàn)環(huán)境為室溫靜態(tài)空氣介質(zhì)，溫度為220C左右，相對(duì)濕度為40%左右。
[0050]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0051]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
【權(quán)利要求】
1.一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括與試樣直接接觸的微動(dòng)橋，環(huán)面與試樣軸向垂直的加載環(huán)，穿過加載環(huán)環(huán)壁與微動(dòng)橋接觸的加載螺栓，和設(shè)置在加載環(huán)內(nèi)的裝配框，所述試樣穿過加載環(huán)的環(huán)面中心，所述微動(dòng)橋上與試樣的接觸面處設(shè)置有凸弧面形的微動(dòng)橋腳，所述加載環(huán)或加載螺栓上設(shè)置有應(yīng)變片并連有應(yīng)變儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝配框的一對(duì)稱側(cè)面中空貫穿，所述中空貫穿腔用來放置微動(dòng)橋，沿裝配框上下面中心連線開有能讓試樣穿過的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述微動(dòng)橋?yàn)殚L條形方塊，微動(dòng)橋的數(shù)量為兩個(gè)，所述微動(dòng)橋受裝配框固定均勻?qū)ΨQ地壓在試樣的兩邊，每塊微動(dòng)橋上的凸弧面形的微動(dòng)橋腳的數(shù)量為兩個(gè)且均勻布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載環(huán)環(huán)壁上均布開有四個(gè)螺紋孔，螺紋孔的中心線與加載環(huán)中心線垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載螺栓的數(shù)量為兩個(gè)，加載螺栓穿過加載環(huán)環(huán)壁上對(duì)稱的兩螺紋孔與微動(dòng)橋接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載環(huán)上與安裝加載螺栓孔對(duì)稱的兩孔外設(shè)置有固定支持板，所述固定支持板長度方向與試樣軸向垂直，通過螺栓將加載環(huán)與固定支持板連接，固定支持板兩端與疲勞試驗(yàn)機(jī)的固定豎直軸固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載螺栓的螺紋段設(shè)置在螺栓端部與加載環(huán)接觸的部分，螺紋段的長度與加載環(huán)、試樣以及微動(dòng)橋的尺寸相適應(yīng)。
8.一種點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)前對(duì)試樣和微動(dòng)橋橋腳用超聲清洗，將經(jīng)過超聲清洗的試樣上部夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)的上夾具上，再將下夾具與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)通過螺紋固定，且下夾具的夾持腔的垂向中心線與高精低速轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)中；將微動(dòng)橋與試樣緊密接觸，同時(shí)給一定的預(yù)壓力固定試樣和微動(dòng)橋的接觸部位，將試樣固定在微動(dòng)橋的中心位置，裝配裝配框，以固定微動(dòng)橋的位置，裝配粘貼好應(yīng)變片并連接好應(yīng)變儀的加載環(huán)和加載螺栓；用下夾具夾持試樣的下部； 疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)將平均拉應(yīng)力加到預(yù)定應(yīng)力水平，然后根據(jù)微動(dòng)橋上的應(yīng)變儀數(shù)據(jù)，調(diào)整加載環(huán)上的加載螺栓把接觸應(yīng)力加到預(yù)定要求并保證接觸壓力不變；通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具的上下移動(dòng)，使試樣夾緊并施加設(shè)定的載荷，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的控制使下夾具及其夾持的試樣下部以設(shè)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角進(jìn)行多次往復(fù)旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，通過與上夾具相連的傳感器測(cè)出軸向載荷和扭矩，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的點(diǎn)接觸式微動(dòng)疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于，試樣所受接觸應(yīng)力通過加載環(huán)上的加載螺栓施加,通過旋轉(zhuǎn)加載螺栓來改變?cè)嚇颖砻媸艿降慕佑|應(yīng)力，其接觸應(yīng)力的大小通過加載環(huán)或加載螺栓上連接的應(yīng)變片和應(yīng)變儀來測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK104181031SQ201410454125
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】蔣小松, 李俊, 蔣佳芯, 劉晚霞, 李景潤, 朱德貴, 邵甄胰 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)