一种端齿结构微动疲劳试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种端齿结构微动疲劳试验装置，其中试验装置包括凹齿固定组件、凸齿夹持组件及法向力加载组件，凹齿固定组件实现凹齿试验件的固定，凸齿夹持组件实现凸齿试验件的加载，法向力加载组件实现水平方向载荷的施加，微动疲劳试验水平加载装置采用对称结构布局，载荷采用液压加载系统实现，液压加载系统采用封闭力系框架结构，无外力输出，不影响疲劳试验机在竖直方向上的加载，凹齿试验件在水平方向受到预紧力载荷，竖直方向由凹齿压板压紧，保证在加载过程中水平方向加载方向的保持不变。本实用新型可近似模拟端齿在实际工作环境下受力情况，配合普通单轴疲劳试验机，即可进行端齿结构模拟件的微动疲劳试验，降低实验成本。
【专利说明】一种端齿结构微动疲劳试验装置
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种端齿结构微动疲劳试验装置，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]端齿结构广泛应用于航空机械涡轮引擎传动主轴以及各种高速、大型重载机械设备的传动装置中，其具有传动齿数少、结构紧凑、高承载能力等优点，但是在端齿接触副传动过程中，凹凸端齿配合接触面之间存在的微动疲劳会导致疲劳寿命的大幅下降。然而针对端齿三维结构件进行微动疲劳试验研究较为困难，这主要因为两个方面的技术问题:(I)端齿结构需要由专门的磨齿机进行加工，三维结构件加工成本过高；(2)三维结构件进行疲劳试验，需要考虑到端齿结构实际受力情况，主要有轴向预紧力、扭矩和离心力，如果要完全模拟出其真实三维结构的受力情况，需要旋转试验台，在非旋转测试中，单考虑预紧力和扭矩时，也需采用多轴疲劳试验机才能实现。在现有技术中，能够实现上述功能的双轴微动疲劳试验机造价较高。
[0003]为了降低试验成本，需要将端齿三维结构的受力情况进行等效，采用等效模拟件进行微动疲劳试验，同时为了能够在普通单轴疲劳试验机进行端齿结构模拟件的微动疲劳试验，需要一种能够同时模拟上述载荷效果的专用加载装置。
[0004]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，多采用加载环结构，通过螺栓加载，但螺纹加载方案驱动力小，且在疲劳过程中的振动等各种因素容易导致螺纹连接松动，从而导致加载法向力发生变化。此外，现有的微动试验辅助装置多用于标准试验件进行的设计，因此需要针对端齿结构件的微动进行专用的加载装置设计。
实用新型内容:
[0005]本实用新型提供一种能够配合普通单轴拉压疲劳试验机进行端齿模拟结构件的双向加载微动疲劳试验的端齿结构微动疲劳试验装置。
[0006]本实用新型采用如下技术方案:一种端齿结构微动疲劳试验装置，包括凹齿固定组件、凸齿夹持组件及法向力加载组件，其中:
[0007]所述凹齿固定组件包括上夹具体及安装于上夹具体上的凹齿试验件和凹齿压板，所述上夹具体包括空心状的下部及位于下部上方的上部，所述下部上形成有贯穿于下部前、后表面及下表面的矩形孔，所述上夹具体上位于矩形孔左右两侧对称设置有矩形滑动槽，所述凹齿试验件放置于矩形滑动槽中且沿着矩形滑动槽水平方向自由滑动，所述凹齿压板放置于矩形滑动槽中且凹齿压板的底面压紧于凹齿试验件的顶面，所述上夹具体上位于矩形滑动槽正上方设置有用于压紧凹齿压板的MlO压紧螺栓；
[0008]所述凸齿夹持组件包括下夹具体以及安装于下夹具体上的凸齿试验件、楔形块及凸齿定位盖板，所述凸齿夹持组件放置于上夹具体的矩形孔内，所述下夹具体的左右侧壁上与矩形滑动槽相对的位置对称设置有凹槽，所述凸齿试验件放置于凹槽中，所述楔形块放置于凹槽中且楔形块的顶面紧贴于凸齿试验件的底面，所述凸齿试验件的厚度小于下夹具体的厚度，所述凸齿定位盖板共包括两个，其分别安装于下夹具体和凸齿试验件前表面和后表面上，自所述下夹具体的上表面上沿着下夹具体中轴线的位置设置有一贯穿下夹具体前后表面的狭槽；
[0009]所述法向力加载组件包括液压缸、与液压缸焊接为一体的法兰、设置于液压缸中的液压缸活塞杆、法兰拉杆及将法兰支撑于其上的支撑座，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凹齿试验件上以使得所述凹齿试验件能够沿着矩形滑动槽水平方向自由滑动，所述凹齿试验件与凸齿试验件相接触压紧，所述上夹具体与支撑座固定于一起。
[0010]进一步地，所述液压缸包括位于上夹具体左右两侧的第一液压缸和第二液压缸，所述法兰包括焊接于第一液压缸的右末端的第一法兰和焊接于第二液压缸左末端的第二法兰，所述法兰拉杆连接于第一法兰和第二法兰之间。
[0011]进一步地，法兰拉杆共有四根。
[0012]进一步地，所述狭槽的下末端延伸至与所述凸齿试验件下端水平面水平高度相一致的位置。
[0013]进一步地，所述凹齿试验件的顶面与凹齿压板的底面均呈水平状态。
[0014]进一步地，所述下夹具体上所设凹槽的下壁面为斜面，所述楔形块的底面为与凹槽的下壁面相配合的斜面状。
[0015]进一步地，所述凸齿夹持组件上还包括有将凸齿定位盖板安装于下夹具体上的M5盖板螺栓和M5螺母以及将楔形块和下夹具体紧固于一起的M6紧固螺钉。
[0016]本实用新型具有如下有益效果:
[0017](I)本实用新型的试验装置中水平方向载荷模拟端齿三维结构的轴向预紧力，竖直方向载荷模拟端齿的扭矩载荷，使用本实用新型试验装置可以模拟端齿在实际工作环境下的受力情况，可近似代替端齿的三维疲劳试验，大大节省试验件成本；利用本实用新型的试验装置，在单轴疲劳试验机的配合下即可进行端齿结构模拟件的微动疲劳试验，不需要再引进双轴疲劳试验机，降低了试验成本；
[0018](2)采用四个MlO压紧螺栓压紧到凹齿压板上，凹齿压板再压到凹齿试验件上，可以保证凹齿受到凸齿向下的作用力时，不会发生翘弯，即不会改变凹齿和凸齿的装配位置关系，从而不会影响到水平方向液压缸活塞杆施加力的方向；同时上夹具体的光滑滑槽和凹齿压板的光滑底面，可保证凹齿试验件左右方向滑动，液压缸活塞杆在施加作用力于凹齿试验件时，仅仅提供水平方向载荷，水平方向液压加载系统采用封闭力系框架结构，水平方向上无外力输出，不会影响到竖直方向疲劳试验机的加载；
[0019](3)水平方向的法向预紧力施加采用液压加载系统实现，液压加载可提供稳定持续的载荷，比普通螺栓加载可提供更大的驱动力，且疲劳过程中不会由于振动而导致施加载荷发生变化，左右两个液压缸采用两路独立的液压锁控制元件来保证压力的稳定，两个液压缸内的压力不会相互影响，不会由于加载过程中两个液压缸内液压油互相往返流动而引起凹齿与凸齿装配体的左右整体刚体位移；
[0020](4)下夹具体设置狭槽，采用不同的狭槽尺寸，即可控制下夹具体的刚性，模拟不同材料、不同结构形式以及不同工作环境下的端齿结构微动疲劳工况。【专利附图】
【附图说明】:
[0021]图1为本实用新型端齿结构微动疲劳试验装置的整体结构示意图。
[0022]图2为图1所示端齿结构微动疲劳试验装置的剖视图。
[0023]图3为图1中的凹齿固定组件中的上夹具体的结构示意图。
[0024]图4为图1中的凸齿夹持组件的结构示意图。
[0025]图5为图4中的凸齿夹持组件的俯视示意图。
[0026]图6为图4中的凸齿夹持组件的左视示意图。
[0027]图7为图5中的凸齿夹持组件沿A-A向的剖视示意图。
[0028]图8为本实用新型试验装置的法向力加载组件的液压系统原理图。
[0029]图9为本实用新型端齿结构微动疲劳试验装置装配于单轴疲劳试验机上的示意图。其中:
[0030]1-凹齿固定组件；11_凹齿试验件；110_第一凹齿试验件；111_第二凹齿试验件；
12-上夹具体；120_下部；121_上部；122_矩形孔；13_M10压紧螺栓；14_凹齿压板；140_第一凹齿压板；141_第二凹齿压板；2_凸齿夹持组件；21_凸齿试验件；210_第一凸齿试验件；211_第二凸齿试验件；22_下夹具体；23_楔形块；230_第一楔形块；231_第二楔形块；24-M6紧固螺钉；25_凸齿定位盖板；250_第一凸齿定位盖板；251_第二凸齿定位盖板；26-M5盖板螺栓；27-M5螺母；28_狭槽；3_法向力加载组件；31_液压缸；310_第一液压缸；311-第二液压缸；32_液压缸活塞杆；320_第一液压缸活塞杆；321_第二液压缸活塞杆；33-支撑座；330_第一支撑座；331_第二支撑座；34_M8固定螺钉；35_法兰拉杆；36_法兰；360-第一法兰；361_第二法兰；37-M14螺母；41_试验机上横梁；42_负荷传感器；43_试验机上夹头；44_验机下夹头；45_伺服作动器；46_位移传感器。
【具体实施方式】
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[0031]请参照图1至图7所示，本实用新型端齿结构微动疲劳试验装置包括凹齿固定组件1、凸齿夹持组件2和法向力加载组件3。
[0032]凹齿固定组件I包括上夹具体12及安装于上夹具体12上的凹齿试验件11、MlO压紧螺栓13和凹齿压板14，其中上夹具体12包括空心状的下部120及位于下部120上方的上部121，其中上部121的上末端可夹持在普通单轴疲劳试验机上夹头43上，与试验机上横梁41构成一体，可随之在竖直方向升降。下部120上形成有贯穿于下部120前、后表面及下表面的矩形孔122。在上夹具体12上位于矩形孔122左右两侧分别设置有一个矩形滑动槽(未标示)，其分别为左矩形滑动槽和右矩形滑动槽，其中左矩形滑动槽和右矩形滑动槽沿着上夹具体12的左右对称面呈对称分布，且左矩形滑动槽和右矩形滑动槽的底部处于同一水平位置，进而确保试验加载的对称性。凹齿试验件11包括有分别设置于左矩形滑动槽和右矩形滑动槽中的第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111，其中第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111可分别在左矩形滑动槽和右矩形滑动槽内水平方向自由滑动。凹齿压板14包括设置于左矩形滑动槽中的且通过MlO压紧螺栓13压紧于第一凹齿试验件110上方的第一凹齿压板140和设置于右矩形滑动槽中的且通过MlO压紧螺栓13压紧于第二凹齿试验件111上方的第二凹齿压板141。MlO压紧螺栓13共有四个，其设置在下夹具体12上且其位于矩形滑动槽的正上方，其中两个压紧于第一凹齿压板140的上方，另外两个压紧于第二凹齿压板141的上方，通过MlO压紧螺栓13将第一凹齿压板140和第一凹齿试验件110压紧于一起以及将第二凹齿压板141与第二凹齿试验件111压紧于一起，可保证凹齿试验件11在受到竖直向下的载荷时仍保持水平状态，同时凹齿试验件11顶面与凹齿压板14底面均呈水平状态，表面光洁度较高，要求接近无摩擦触面，可保证水平方向法向载荷施加时不受MlO压紧螺栓13压紧的影响。
[0033]凸齿夹持组件2包括下夹具体22以及安装于下夹具体22上的凸齿试验件21、楔形块23、M6紧固螺钉24、凸齿定位盖板25、M5盖板螺栓26以及M5螺母27。下夹具体22的左右两侧壁分别向内凹陷形成有凹槽，其为左右相对称的左凹槽和右凹槽，其中左凹槽和右凹槽的下壁面均为斜面。凸齿试验件21包括有分别设置于左右侧凹槽中的第一凸齿试验件210和第二凸齿试验件211，其中第一凸齿试验件210和第二凸齿试验件211左右对称的布置于下夹具体22上可保证加载试验过程中无附加弯矩和扭矩的产生。楔形块23包括有安装于左凹槽中的且位于第一凸齿试验件210下方的以将第一凸齿试验件210与下夹具体22连接于一起的第一楔形块230以及安装于右凹槽中的且位于第二凸齿试验件211下方的以将第二凸齿试验件211与下夹具体22连接于一起的第二楔形块231。其中第一楔形块230的底部斜面与左凹槽的下壁面相配合，第二楔形块231的底部斜面与右凹槽的下壁面相配合，且第一楔形块230和第二楔形块231均通过M6紧固螺钉24以螺纹连接固定于下夹具体22上。下夹具体22的厚度大于凸齿试验件21的厚度，这样可以保证下夹具体22具备足够的强度和刚度。下夹具体22和凸齿试验件21的前后厚度方向的装配定位通过凸齿定位盖板25来实现，其中凸齿定位盖板25包括有安装于下夹具体22和凸齿试验件21前表面上的第一凸齿定位盖板250及安装于下夹具体22和凸齿试验件21后表面上的第二凸齿定位盖板251。第一凸齿定位盖板250和第二凸齿定位盖板251前后对称于凸齿试验件21放置，可保证凸齿试验件21厚度方向对称面与下夹具体22厚度方向对称面重合。第一凸齿定位盖板250、第二凸齿定位盖板251及下夹具体22之间通过M5盖板螺栓26和M5螺母27固定连接。
[0034]在下夹具体22的上表面上沿着中轴线位置设置有一贯穿下夹具体22前后表面的细长的狭槽28，其中狭槽28的下末端延伸至与凸齿试验件21下端水平面水平高度相一致。通过该狭槽28可以保证在加载时，下夹具体22的上半部分在水平方向产生微小变形，也即凹齿试验件11和凸齿试验件21配合面会产生微小的相对滑移，即微动磨损的产生，对下夹具体22施加交变的循环疲劳载荷，就可以在凹齿和凸齿接触面产生往复微动磨损疲劳。选用不同尺寸的狭槽28的下夹具体22，即可实现不同接触状况的端齿微动疲劳试验。
[0035]凸齿夹持组件2的装配顺序为，首先通过四组M5盖板螺栓26和M5螺母27，将凸齿定位盖板25置于下夹具体22上，不拧紧M5螺母27，凸齿定位盖板25和下夹具体22之间在厚度方向留有空隙，此时将凸齿试验件21放置于下夹具体22的凹槽内，再将楔形块23通过M6紧固螺钉24连接到下夹具体22上，逐渐拧紧M5螺母27和M6紧固螺钉24，在保证凸齿试验件21与下夹具体22厚度方向对称面重合的同时，两者又紧密连接；其中M6紧固螺钉24与楔形块23之间放置弹簧垫圈，可以防止疲劳过程中螺纹连接松动现象，保证凸齿试验件21与下夹具体22之间的紧固连接。
[0036]法向力加载组件3包括液压缸31、液压缸活塞杆32、支撑座33、M8固定螺钉34、法兰拉杆35、与液压缸焊接为一体的法兰36及M14螺母37。液压缸31包括位于上夹具体12左右两侧的第一液压缸310和第二液压缸311，其中在第一液压缸310的右末端和第二液压缸311的左末端分别焊接有第一法兰360和第二法兰361，第一法兰360与上夹具体12的左侧面相间隔开，第二法兰361与上夹具体12的右侧面相间隔开。支撑座33包括用来放置第一法兰360的第一支撑座330和用来放置第二法兰361的第二支撑座331，同时上夹具体12的左下末端放置于第一支撑座330上且通过M8固定螺钉34与第一支撑座330固定于一起，上夹具体12的右下末端放置于第二支撑座331上且通过M8固定螺钉34与第二支撑座331固定于一起。液压缸活塞杆32包括设置于第一液压缸310中的第一液压缸活塞杆320及设置于第二液压缸311中的第二液压缸活塞杆321。其中第一液压缸活塞杆320和第二液压缸活塞杆321的轴线沿水平方向，且通过凹齿试验件11和凸齿试验件21的装配中心。法兰拉杆35包括有通过M14螺母37连接第一法兰360和第二法兰361的四个。本实用新型中法向力由法向力液压系统加载，其可提供持续稳定的较大驱动力，水平方向法向力加载至凹齿试验件11，其反作用力由液压缸传递至法兰，最终传递到四根法兰拉杆上，在水平方向上构成一个完整的封闭力系框架结构。液压系统原理图，请参见图8，其中法向力液压系统通过远程调压阀、先导式减压阀、三位四通电磁换向阀、叠加液控单向阀和叠加单向节流阀构成的液压锁控制元件进行控制，可保证液压缸31内无杆腔(A腔)油压稳定，对外可提供持续稳定的载荷，相对比于传统螺纹加载方式，可以克服螺纹加载驱动力小，以及疲劳过程中振动引起螺纹连接松动载荷下降的现象。
[0037]在水平方向通过法向力加载组件3进行加载时，为了保证水平加载装置不会对上夹具体12产生水平方向上的附加力，采用四根法兰拉杆35将第一法兰360和第二法兰361通过M14螺母37直接相连，液压缸31、法兰36、液压缸活塞杆32以及法兰拉杆35整体形成一个封闭的力系框架结构。因此，整个封闭力系框架结构内两侧的第一液压缸310和第二液压缸311受到的水平推力将被四根法兰拉杆35分担掉，每根拉杆两端将受到大小相等的水平拉力作用而保持平衡状态，保证了液压缸所提供的法向载荷稳定地施加在凹齿试验件11上，同时在水平方向上无外力输出。
[0038]本实用新型试验装置水平方向施加载荷模拟端齿的轴向预紧力载荷，竖直方向疲劳载荷模拟端齿扭矩的等效载荷，双向载荷呈相互垂直。下夹具体设置狭槽，提供微动磨损环境，以便考核凹凸齿配合面微动磨损疲劳情况。
[0039]上夹具体上端可夹持于普通单轴疲劳试验机上夹头上，且可以随着试验机上横梁在竖直方向升降，便于在试验过程中对其装拆或者调整位置。法向力加载组件与上夹具体连为一体，水平方向上不会对普通疲劳试验机造成附加力。
[0040]请参照图1至图8并结合图9所示，利用上述端齿结构微动疲劳试验装置的试验方法，具体步骤如下:
[0041](a)提供单轴疲劳试验机，将端齿结构微动疲劳试验装置安装于单轴疲劳试验机上，单轴疲劳试验机包括夹持上夹具体的上末端的试验机上夹头43、与试验机上夹头43连接于一起的试验机上横梁41、夹持下夹具体22下末端的试验机下夹头44、负载传感器42、位于试验机下夹头44下方的伺服作动器45和位移传感器46，将上夹具体12的上部121的上末端夹持在单轴疲劳试验机上夹头43内，上夹具体12以及法向力加载组件3与试验机上夹头43连接为一体，升起试验机上横梁41，水平方向法向力加载组件3随着上夹具体12与试验机上横梁41 一起上升；
[0042]松开四个MlO压紧螺栓13，将第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111分别放置于上夹具体12的左、右矩形滑动槽内，并且轻轻的左右推动第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111，保证其能够分别在左、右矩形滑动槽内沿水平方向左右移动，然后将第一凹齿压板140和第二凹齿压板141分别放置于左、右矩形滑动槽中的第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111的上方，调整好大概位置；
[0043](b)装配凸齿夹持组件2:首先将前后两个凸齿定位盖板(即第一凸齿定位盖板250和第二凸齿定位盖板251)用四组M5盖板螺栓26和M5螺母27装配到下夹具体22上，但M5盖板螺栓26不进行紧固，将两个凸齿试验件(即第一凸齿试验件210和第二凸齿试验件211)分别放置于下夹具体22的左右侧壁凹陷形成的左凹槽和右凹槽中，将两个楔形块23 (即第一楔形块230和第二楔形块231)分别放置于左凹槽和右凹槽中，其中第一楔形块230位于第一凸齿试验件210的下方且第一楔形块230上安装有用于将第一楔形块230和下夹具体12紧固于一起的M6紧固螺钉24，第二楔形块231位于第二凸齿试验件211的下方且第二楔形块231上安装有用于将第二楔形块231和下夹具体12紧固于一起的M6紧固螺钉24，逐渐拧紧四个M5盖板螺栓26，保证凸齿试验件21和下夹具体22在前后厚度方向的对称面重合，最后拧紧M6紧固螺钉24，保证凸齿试验件与下夹具体紧密固定，最后将四组M5盖板螺栓26与M5螺母27松开，但不必完全拆除，这是由于之前拧紧是为了定位厚度方向的前后位置，保证凸齿试验件21和下夹具体22在装配厚度方向对称面重合，但在试验过程中若凸齿定位盖板25仍紧密压紧在下夹具体22上，则对于狭槽28产生的微变形效果产生抑制作用，即微动磨损的效果减缓，甚至消失。
[0044](c)将上述装配好的凸齿加载组件2放置于上夹具体12的矩形孔内，将电控柜上控制液压缸活塞杆32运动方向的旋钮开关旋转至“压紧”位置，然后缓慢调节电控柜上控制水平方向液压缸的远程调压阀，使左右两个液压缸活塞杆(即第一液压缸活塞杆320和第二液压缸活塞杆321)缓慢伸出并压紧至凹齿试验件(即第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111)上，同时进一步推动第一凹齿试验件110和第二凹齿试验件111向中心移动，直至与安装于下夹具体22左、右侧的凸齿试验件(即第一凸齿试验件210和第二凸齿试验件211)相接触压紧，控制过程具体工作原理如下:
[0045]结合图8所示进行说明，电控柜上“压紧”旋钮(未示出)为电磁换向阀的控制开关，当旋钮处于“压紧”位置时，三位四通电磁换向阀与液压缸31的无杆腔(A腔)相连接的阀口打开，液压系统的进油口与液压缸31的无杆腔(A腔)连通，同时叠加液控单向阀将液压系统回油口与液压缸的有杆腔(B腔)相连通，这样无杆腔(A腔)进油，有杆腔(B腔)回油，液压缸活塞杆32会向中心移动，缓慢调节电控柜上的与两个液压缸(即第一液压缸310和第二液压缸311)相对应的两个远程调压阀，控制先导减压阀的压力，使得左右两个液压缸的无杆腔(A腔)内持续充油并增压，液压缸活塞杆32缓慢伸出并压紧至凹齿试验件11的外侧端面(其中第一液压缸活塞杆320压紧至第一凹齿试验件110的左侧端面，第二液压缸活塞杆321压紧至第二凹齿试验件111的右侧端面)，仔细观察电控柜上的与无杆腔(A腔)连通的精密压力表读数。由于采用了电磁换向阀和液控单向阀以及单向节流阀组成的叠加控制元件，在加压的过程中无杆腔(A腔)压力油为单向流动，即不换向时无杆腔(A腔)压力只增不减，所以调压过程一定要缓慢并且均匀，直至调节至预定压力，保持I至2分钟，观察精密压力表读数，确保压力保持持续稳定；
[0046](d)将位于上夹具体12内的四个MlO压紧螺栓13拧紧，使得两个凹齿压板14压紧凹齿试验件11顶面，则凹齿试验件11底面与上夹具体12的矩形滑动槽底部保持紧密接触，保证凹齿试验件呈水平状态；
[0047](e)调节疲劳试验机上横梁41的位置，使下夹具体22下末端进入试验机下夹头44的钳口内，先对疲劳试验机负荷传感器清零，消除试验装置本身重量引起的初始载荷，然后将验机下夹头44夹紧下夹具体22的下末端，将试验机控制程序设定为负荷控制模式，控制试验机伺服作动器45，使疲劳试验机向下运动，对凸齿试验件施加初始拉力，当负荷传感器46的读数达到疲劳试验载荷的均值时暂停加载；
[0048](f)进入疲劳试验机控制程序的疲劳试验程序模块，设定好疲劳试验载荷的均值和幅值，即可开始进行微动疲劳试验，其中试验过程的疲劳载荷大小是由负荷传感器42测出，伺服作动器45的运动行程量由位移传感器46测出；
[0049](g)疲劳试验机下夹头的上下运动，导致凸齿试验件上下运动，凹齿试验件在水平方向预紧力载荷和MlO压紧螺栓的共同作用下保持固定，因此与凸齿试验件连为一体的下夹具体上端会产生向中心方向的微小变形，从而使凹齿试验件和凸齿试验件齿配合面之间产生小幅度相对滑移，即微动磨损，在一定循环次数之后，即可出现微动疲劳裂纹。
[0050]在上述端齿结构微动疲劳试验装置的试验方法步骤中，由于采用三位四通电磁换向阀与液控单向阀的组合，在加压过程中无杆腔(A腔)单向进油，有杆腔(B腔)单向回油，且液控单向阀会抑制液压油的倒流，这样就能保证无杆腔(A腔)压力的稳定，不会由于外界振动的干扰而导致无杆腔(A腔)压力波动，能保证水平方向施加恒定的载荷。此外，左右两个液压缸(即第一液压缸和第二液压缸)由两路独立的液压控制元件进行控制，这样可以保证在加压的过程中两路压力不会相互干扰，不会由于左右液压缸的无杆腔(A腔)压力存在微小压差时液压油互相往返流动，进而导致左右凹齿试验件左右整体移动，引起试验件装配结构的刚体位移。
[0051]水平方向液压加载过程中需要将单向节流阀的开度调节至尽量小，控制液压缸活塞杆的运动速度，保持水平左右方向液压缸加载同步，保证液压缸活塞杆以同样的速度向中心移动，且压力保持相等。水平方向左右两个液压缸施加压力载荷时产生的反作用力，通过中间四根法兰拉杆35来抵消，构成封闭力系框架结构。此加载系统对上夹具体12水平方向上没有作用力，竖直方向上仅仅存在由于液压缸本身重量产生的负荷，此负荷通过支撑座33传递到上夹具体12，最终传递至试验机上夹头43，在疲劳试验开始之前需将重量弓I起的负荷传感器载荷读数清零即可。
[0052]疲劳过程中竖直方向疲劳载荷的传递路径为:以试验机施加拉力载荷时为例，当试验机的伺服作动器45向下运动，对试验机下夹头44施加向下拉力，载荷通过下夹具体22传递到凸齿试验件21，凸齿试验件21与凹齿试验件11相配合，载荷通过配合面传递到凹齿试验件11，凹齿试验件11作用于上夹具体12的矩形滑动槽，并通过上夹具体12传递到试验机上夹头43，试验机上夹头43与负荷传感器42相连，且均固定于试验机上横梁41，试验机上横梁41调整好位置之后即锁定在试验机左右两根立柱上，伺服作动器向下运动引起的拉力载荷，最终由中间两根立柱承受压力来抵消，即疲劳过程中，竖直方向上构成封闭力系结构。
[0053]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种端齿结构微动疲劳试验装置，包括凹齿固定组件(1)、凸齿夹持组件(2)及法向力加载组件(3)，其特征在于: 所述凹齿固定组件(1)包括上夹具体(12)及安装于上夹具体(12)上的凹齿试验件(11)和凹齿压板(14)，所述上夹具体(12)包括空心状的下部(120)及位于下部(120)上方的上部(121)，所述下部(120)上形成有贯穿于下部(120)前、后表面及下表面的矩形孔(122)，所述上夹具体(12)上位于矩形孔(122)左右两侧对称设置有矩形滑动槽，所述凹齿试验件(11)放置于矩形滑动槽中且沿着矩形滑动槽水平方向自由滑动，所述凹齿压板(14)放置于矩形滑动槽中且凹齿压板(14)的底面压紧于凹齿试验件(11)的顶面，所述上夹具体(12)上位于矩形滑动槽正上方设置有用于压紧凹齿压板(14)的M10压紧螺栓(13)； 所述凸齿夹持组件(2)包括下夹具体(22)以及安装于下夹具体(22)上的凸齿试验件(21)、楔形块(23)及凸齿定位盖板(25)，所述凸齿夹持组件(2)放置于上夹具体(12)的矩形孔内，所述下夹具体(22)的左右侧壁上与矩形滑动槽相对的位置对称设置有凹槽，所述凸齿试验件(21)放置于凹槽中，所述楔形块(23)放置于凹槽中且楔形块(23)的顶面紧贴于凸齿试验件(21)的底面，所述凸齿试验件(21)的厚度小于下夹具体(22)的厚度，所述凸齿定位盖板(25)共包括两个，其分别安装于下夹具体(22)和凸齿试验件(21)前表面和后表面上，自所述下夹具体(22)的上表面上沿着下夹具体(22)中轴线的位置设置有一贯穿下夹具体(22)前后表面的狭槽(28)； 所述法向力加载组件(3)包括液压缸(31)、与液压缸焊接为一体的法兰(36)、设置于液压缸(31)中的液压缸活塞杆(32)、法兰拉杆(35)及将法兰(36)支撑于其上的支撑座(33)，所述液压缸活塞杆(32)的末端延伸超出法兰(36)之外且液压缸活塞杆(32)的末端抵靠于凹齿试验件(11)上以使得所述凹齿试验件(11)能够沿着矩形滑动槽水平方向自由滑动，所述凹齿试验件(11)与凸齿试验件(21)相接触压紧，所述上夹具体(12)与支撑座(33)固定于一起。
2.如权利要求1所述的端齿结构微动疲劳试验装置，其特征在于:所述液压缸(31)包括位于上夹具体(12)左右两侧的第一液压缸(310)和第二液压缸(311)，所述法兰(36)包括焊接于第一液压缸(310)的右末端的第一法兰(360)和焊接于第二液压缸(311)左末端的第二法兰(361)，所述法兰拉杆(35)连接于第一法兰(360)和第二法兰(361)之间。
3.如权利要求2所述的端齿结构微动疲劳试验装置，其特征在于:法兰拉杆(35)共有四根。
4.如权利要求1所述的端齿结构微动疲劳试验装置，其特征在于:所述狭槽(28)的下末端延伸至与所述凸齿试验件(21)下端水平面水平高度相一致的位置。
5.如权利要求1所述的端齿结构微动疲劳试验装置，其特征在于:所述凹齿试验件(11)的顶面与凹齿压板(14)的底面均呈水平状态。
6.如权利要求1所述的端齿结构微动疲劳试验装置，其特征在于:所述下夹具体(22)上所设凹槽的下壁面为斜面，所述楔形块(23)的底面为与凹槽的下壁面相配合的斜面状。
7.如权利要求1所述的端齿结构微动疲劳试验装置，其特征在于:所述凸齿夹持组件(2)上还包括有将凸齿定位盖板(25)安装于下夹具体(22)上的M5盖板螺栓(26)和M5螺母(27)以及将楔形块(23)和下夹具体(22)紧固于一起的M6紧固螺钉(24)。
【文档编号】G01N3/10GK204142591SQ201420533391
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】李爱民, 崔海涛, 李奇璇 申请人:南京航空航天大学