一种动态测量微动疲劳过程中微动副摩擦系数的试验装置及试验方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种动态测量微动疲劳过程中微动副摩擦系数的试验装置及试验方法，其属于材料及结构件寿命评估试验技术领域。
【背景技术】
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[0002]航空发动机是飞机的心脏，结构复杂，相当大的一部分零部件都存在微动疲劳，其中有些是关键件，如压气机和涡轮盘与叶片的联接，盘和轴的联接等，对于某些高寿命的构件，由于微动疲劳的影响，寿命会下降30%以上，若对此现象估计不足，就可能成为事故产生的根源。微动疲劳属于接触问题，影响微动疲劳寿命的主要因素有:滑移幅值、接触压力、载荷频率、气体环境和湿度、外载大小和类型，摩擦状态等。如若摩擦系数为零，微动表面没有摩擦力的传递，也就没有微动损伤，足以见得摩擦状态对微动疲劳寿命的影响巨大。在微动疲劳寿命预测中，其他主要影响因素受到广大学者的关注与研究，但其摩擦状态都假定其保持不变，然而在整个微动疲劳过程中，其摩擦状态是发生变化的。那么对微动疲劳过程中微动副摩擦系数进行测量能够更精确的预测微动疲劳寿命，具有重要意义。
[0003]对微动疲劳过程中微动副摩擦系数进行测量较为困难，主要因为三个方面的技术问题:
[0004](I)微动疲劳为多轴疲劳问题，常用的摩擦系数测量工具如:球盘式摩擦副、往复式摩擦副无法提供微动疲劳工况，只能测量常规接触副之间的摩擦系数。
[0005](2)为了得到微动疲劳过程中微动副摩擦系数的大小及其变化情况，需要全程对其监测，这要求摩擦系数的测量和微动疲劳试验同时进行且全程记录，这一点实现起来具有难度。
[0006](3)为了保证测得的数据的有效性，必须保证在微动疲劳试验进行的同时进行测量且不能影响微动疲劳工况，反过来也不能干扰摩擦力的采集。
[0007]在现有技术中，就算是造价昂贵的双轴疲劳机也不能全部满足以上要求，现有的配合单轴疲劳试验机进行微动疲劳试验的加载装置，多采用应力环结构，通过螺栓加载，但螺纹加载方案驱动力小，且在疲劳过程中由于振动容易导致螺纹连接松动，从而导致加载法向力发生变化。为了降低试验成本且达到试验目的，需要针对微动疲劳过程中微动副摩擦系数的测量进行夹持装置的设计。
【发明内容】
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[0008]本发明提供一种动态测量微动疲劳过程中微动副摩擦系数的试验装置及试验方法，其配合普通单轴拉压疲劳试验机，进行双向加载微动疲劳试验，动态测量微动疲劳过程中试验件和微动垫之间的摩擦系数。
[0009]本发明采用如下技术方案:一种动态测量微动疲劳过程中微动副摩擦系数的试验装置，包括摩擦系数测量组件、法向加载组件及上端固定组件，其中:
[0010]摩擦系数测量组件包括夹具体、M6压紧螺栓、微动垫夹持滑块、固定于微动垫夹持滑块中的微动垫、以及装配于微动垫夹持滑块上表面上的第一压紧盖板和第二压紧盖板，所述夹具体包括位于其上末端的且左右相间隔开的第一悬挂部分和第二悬挂部分、自第一悬挂部分的下末端和第二悬挂部分的下末端分别向下延伸形成的第一工作部分和第二工作部分、位于第一工作部分和第二工作部分下方的支撑底座以及贯穿于支撑底座上下表面的竖直方向延伸且位于第一工作部分和第二工作部分之间的通槽，所述通槽中安装有试验件，所述支撑底座包括台阶部及位于台阶部上表面上的安装部，所述安装部上位于通槽左右两侧分别设有一滑槽，所述微动垫夹持滑块位于滑槽中且能够左右沿水平方向运动；
[0011]法向力加载组件包括液压缸、与液压缸焊接于一起的法兰、设置于液压缸中的液压缸活塞杆、法兰拉杆以及将法兰拉杆固定于法兰上的M12螺母，所述液压缸活塞杆的末端延伸超出法兰之外且液压缸活塞杆的末端抵靠于微动垫夹持滑块上以提供法向载荷，所述法兰的下表面支撑于台阶部上；
[0012]上端固定组件包括音叉、销钉及M14螺母，所述销钉穿设于音叉、上夹具体及试验件后通过所述M14螺母将音叉、上夹具体及试验件安装于一起。
[0013]进一步地，所述第一工作部分和第二工作部分对称的前后两侧面上分别粘贴有应变片。
[0014]进一步地，在所述支撑底座的前表面上开设有一用以观察穿设于通槽中的试验件是否有裂纹出现的观察窗。
[0015]进一步地，所述安装部上位于第一悬挂部分右侧的位置及位于第二悬挂部分左侧的位置分别形成有两个前后方向排列的与M6压紧螺栓相配合的螺纹孔。
[0016]进一步地，所述微动垫夹持滑块上开设有用来固定微动垫的卡槽。
[0017]进一步地，在所述第一悬挂部分和第二悬挂部分上分别形成有一圆孔。
[0018]进一步地，所述音叉包括夹持段及位于夹持段下方的连接段，所述连接段包括有相间隔开的第一连接段和第二连接段，在第一连接段和第二连接段上分别形成有一穿孔，所述试验件包括连接部及位于连接部下方的微动段，在连接部上形成有一开孔，所述穿孔、圆孔以及开孔在左右相对齐，所述销钉穿设于穿孔、圆孔及开孔后通过M14螺母拎紧。
[0019]本发明还采用如下技术方案:一种动态测量微动疲劳过程中微动副摩擦系数的试验装置的试验方法，其包括如下步骤:
[0020](a)在夹具体的第一工作部分和第二工作部分对称的前后两侧面上分别粘贴应变片，并接入应变仪，用来测量工作段发生的变形，通过销钉和M14螺母将音叉、夹具体及试验件安装于一起，将音叉的上末端与疲劳试验机上夹头连为一体；
[0021](b)将装有微动垫的微动垫夹持滑块塞入夹具体在水平方向的左右滑槽内，左右对称各塞入一个，将法兰放置于夹具体的台阶部上，法向拉杆通过M12螺母连接于法兰上；
[0022](c)调节疲劳试验机上横梁的位置，使得试验件下端落入疲劳试验机下夹头内，先对疲劳试验机负荷传感器清零，消除加载装置本身重量引起的初始载荷，然后将下夹头夹紧试验件的下端，将试验机控制程序设定为负荷控制模式，施加初始载荷但低于疲劳载荷最小值；
[0023](d)缓慢调节水平方向液压缸的调压阀，使液压缸活塞杆缓慢伸出并压紧至微动垫夹持滑块上，使两个微动垫夹持滑块同时向中心运动，直到安装于微动垫夹持滑块中的微动垫抵至验件的两侧，观察精密压力表读数，逐渐增加压力，直至预定的载荷值；
[0024](e)法向载荷施加结束后，通过M6压紧螺栓将第一压紧盖板和第二压紧盖板装配到夹具体上，压紧左右两侧的微动垫夹持滑块的上端面；
[0025](f)控制试验机伺服作动器，使疲劳试验机活塞向下运动，对试验件施加初始拉力，观察负荷传感器读数，加载至疲劳载荷的均值时停止，控制试验机控制程序的疲劳程序模块，设定好疲劳载荷的均值和幅值，开始进行微动疲劳试验；
[0026](g)通过第一压紧盖板和第二压紧盖板使得微动垫与夹具体连为一体，由于试验机活塞的上下运动，导致试验件上下运动，试验件与微动垫的接触面之间产生小幅度相对滑移，在一定循环次数后，即可出现微动疲劳裂纹，开始试验后，应变仪记录的便是由于试验件与微动垫之间摩擦力引起的应变，事先对夹具体第一工作部分和第二工作部分进行标定，便可根据应变仪记录的应变大小算出对应的摩擦力大小，试验过程中，水平方向载荷大小保持不变，通过库伦摩擦定律即可计算微动疲劳实验过程中微动副摩擦系数的大小。
[0027]本发明具有如下有益效果:
[0028](I)本发明在单轴拉压疲劳试验机的配合下即可进行微动疲劳试验，不需要再引进双轴疲劳试验机，降低了试验成本；
[0029](2)压紧盖板和微动垫夹持滑块上表面过盈配合后通过4个M6的内六角螺栓紧固，防止了试验过程中微动垫在水平