光敏树脂模型离心加载装置的制作方法

本发明涉及光弹性试验领域，特别地，涉及一种光敏树脂模型离心加载装置。

背景技术：

光弹性应力冻结法(stress-freezingmethodofphotoelasticity)是光弹性法的一种，此方法是通过将光弹性模型加热到冻结温度时，施加载荷，然后缓慢冷却至室温卸载。模型承受载荷时产生的双折射效应将保存下来，即使将模型切成薄片，其双折射效应也不会消失，这种特性称为应力冻结效应。在进行三维光弹性应力冻结试验时，通常将模型切成薄片或者小条，应用正射和斜射的方式测取等差线条纹和等倾线，再利用剪应力差法计算其正应力大小和方向。目前环氧树脂光弹性试验较为成熟，试验精度较高。而光敏树脂模型光弹性冻结试验是国际新兴技术，它具有模型加工十分快捷，成本低、环保的优点。这是当今欧美发达国家重点发展的技术，而国内开展该项技术研究的极少，开展旋转冻结的更少，试验关键点在于如何保证长期静态加载。

对于离心加载而言，就需要加载系统能够满足长时间输出稳定转速的要求。目前，飞行器离心试验系统(cn103063453b)满足这一要求，但由于其竖直加载轴是两边固支的结构，导致试验件拆装困难，影响试验效率。传统环氧树脂混合加载装置(cn103969111b)用电机与锥齿轮换向机构通过水平传动轴连接，换向机构的另一端与试验件通过竖直传动轴连接，箱体上的固定架对竖直传动轴进行固定。具有结构简单，容易维护，试验件易于拆装，在低速工作环境下，能够长时间平稳的输出离心载荷等优点。但当该装置用于光敏树脂模型加载时，存在下述几个问题：

第一，由于光敏树脂工作温度下的弹性模量(20.88mpa)比环氧树脂工作温度下的弹性模量(25mpa)小，相同结构的光敏树脂模型更易发生共振；第二，由于光敏树脂的材料条纹值(反映材料力学灵敏度，值越小说明材料对力的变化越灵敏)大于环氧树脂，若要获得相同的试验结果，光敏树脂模型需要的载荷更大。这两点都导致了光敏树脂离心加载的工作转速区间更大，环氧树脂混合加载装置的工作转速区间与光敏树脂模型离心加载光弹性试验不匹配；在高转速情况下，由于固定架和箱体的刚度不足，会产生较大的振动问题，轻则导致不能产生稳定的离心载荷，影响试验精度，重则危害试验器安全；另外，试验件与轴之间的键传动需要键槽，降低了轴的固有频率，为方便拆装，试验件和轴之间为间隙配合，这两个因素导致工作转速下转子振动太大，严重影响试验精度；整个加载装置缺乏振动监测手段，对于振动值超限，没有明确的预警信息。

技术实现要素：

本发明提供了一种光敏树脂模型离心加载装置，以解决现有的离心加载装置存在的试验时振动大、试验精度低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种光敏树脂模型离心加载装置，包括：试验箱，试验箱用于为光弹性应力冻结试验提供试验场所及试验所需温度，试验箱外设有起安装支撑作用的外支撑架组，外支撑架组上支撑有用于供给试验所需驱动力的动力供给机构，动力供给机构的驱动转轴沿轴向伸入试验箱内；试验箱内设有起安装支撑作用的内支撑架组，内支撑架组上转动支设有安装转轴，安装转轴与驱动转轴同轴布设且朝向驱动转轴延伸，并安装转轴与驱动转轴之间设有用于连接两者的第一联轴器，驱动转轴与第一联轴器固定连接，安装转轴与第一联轴器间隙配合、且安装转轴通过可拆卸式连接于第一联轴器上的紧固件与第一联轴器锁紧固定；由光敏树脂材料制备形成的试验件通过胀紧套固定装设于安装转轴的外圆上。

进一步地，试验件上开设有通孔，试验件通过通孔穿设于安装转轴上，且胀紧套的外圆与试验件的通孔紧配合，胀紧套的内圆与安装转轴的外圆紧配合。

进一步地，第一联轴器朝向安装转轴的端面上设有沿轴向内凹的安装孔，第一联轴器的外壁上设有与安装孔连通的螺纹孔；安装转轴沿轴向插入安装孔内，且与安装孔间隙配合，并安装转轴与安装孔通过键连接；紧固件为锁紧螺钉，锁紧螺钉螺纹连接于安装孔中，且锁紧螺钉的端部穿出安装孔后抵顶安装转轴的外壁面，以锁紧固定安装转轴。

进一步地，内支撑架组包括与试验箱的底面固定连接的内支撑架、沿轴向及与轴向垂直的横向可调节地连接于内支撑架上的第一轴承座、及设置于第一轴承座和内支撑架之间用于调节第一轴承座沿竖直方向高度的调节垫片组；安装转轴的输出端转动支设于第一轴承座上。

进一步地，安装转轴的外圆上设有位于其输入端的第一定位台阶、位于其输出端的第二定位台阶、及位于第一定位台阶和第二定位台阶之间的第三定位台阶；第一定位台阶用于对安装转轴装入第一联轴器的深度进行限位；第二定位台阶用于对装设于安装转轴的外圆上、且位于安装转轴与第一轴承座之间的深沟球轴承进行限位；第三定位台阶的台阶面朝向第一定位台阶，以便试验件由安装转轴的输入端装入第三定位台阶与第二定位台阶之间的安装转轴的外圆上。

进一步地，试验件的数量为多根，相邻两根试验件之间的间距为80mm～100mm；位于第三定位台阶与第二定位台阶之间的安装转轴的长度为400mm～500mm，且安装转轴的总长为600mm～700mm，并安装转轴上支承的试验件的总重量不超过20kg。

进一步地，光敏树脂模型离心加载装置还包括位于试验箱内的激光对中仪，激光对中仪可拆卸地连接于驱动转轴和安装转轴上，激光对中仪用于在调节第一轴承座的安装位置时检测安装转轴与驱动转轴是否同轴。

进一步地，动力供给机构还包括用于提供驱动力的驱动电机、及用于连接驱动转轴与驱动电机的第二联轴器；驱动电机、第二联轴器、及驱动转轴三者沿同一轴线依次布设，且第二联轴器的两端分别连接驱动电机的输出端及驱动转轴的输入端，并驱动转轴的输出端伸入试验箱后与第一联轴器相连；驱动电机、第二联轴器及驱动转轴均安装支撑于外支撑架组上。

进一步地，外支撑架组包括用于安装支撑驱动电机的外支撑架、用于转动支撑驱动转轴的输入端的第二轴承座、及用于转动支撑驱动转轴中间位置的第三轴承座；驱动转轴通过圆柱滚子轴承转动支撑于对应设置的第二轴承座和第三轴承座上。

进一步地，光敏树脂模型离心加载装置还包括用于检测装置振动状况的振动测试仪，振动测试仪包括设置于第三轴承座和第一轴承座上的振动传感器、及与两个振动传感器分别相连的振动检测器。

本发明具有以下有益效果：

本发明的光敏树脂模型离心加载装置中，由于由光敏树脂材料制备形成的试验件通过胀紧套固定装设于安装转轴的外圆上，相比现有技术中试验件与轴之间通过键连接，本发明的结构不仅简化了安装转轴的结构，同时还提高了安装转轴的固有频率，进而减少工作时的振动，提高试验精度；又安装转轴与第一联轴器间隙配合，并安装转轴通过可拆卸式连接于第一联轴器上的紧固件与第一联轴器锁紧固定，从而拆下紧固件后即可轻松将安装转轴由第一联轴器中取出，进而容易将试验件安装至安装转轴上，或由安装转轴上拆除，满足试验件拆装方便的要求，且通过紧固件保证安装转轴与第一联轴器两者之间的紧密连接，进而进一步减少工作时的振动，提高试验精度；本发明的光敏树脂模型离心加载装置，通过试验件与安装转轴连接固定方式的设置、及安装转轴与第一联轴器连接固定方式的设置，使得本发明的离心加载装置在运转期间振动很小，可以提供稳定的离心载荷，进而保证应力“冻结”试验的加载精度，满足研制要求，同时离心加载装置拥有更高的临界转速，进而保证在光敏树脂模型离心加载工作转速下稳定运转，同时也可进行环氧树脂模型离心加载。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的光敏树脂模型离心加载装置的结构示意图。

图例说明

10、试验箱；20、外支撑架组；21、外支撑架；22、第二轴承座；23、第三轴承座；30、动力供给机构；31、驱动转轴；32、驱动电机；33、第二联轴器；34、转速控制箱；40、内支撑架组；41、内支撑架；42、第一轴承座；50、安装转轴；501、第三定位台阶；60、第一联轴器；70、胀紧套；80、紧固件；90、试验件；110、激光对中仪；120、振动测试仪；121、振动传感器；122、振动检测器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种光敏树脂模型离心加载装置，包括：试验箱10，试验箱10用于为光弹性应力冻结试验提供试验场所及试验所需温度，试验箱10外设有起安装支撑作用的外支撑架组20，外支撑架组20上支撑有用于供给试验所需驱动力的动力供给机构30，动力供给机构30的驱动转轴31沿轴向伸入试验箱10内。试验箱10内设有起安装支撑作用的内支撑架组40，内支撑架组40上转动支设有安装转轴50，安装转轴50与驱动转轴31同轴布设且朝向驱动转轴31延伸，并安装转轴50与驱动转轴31之间设有用于连接两者的第一联轴器60，驱动转轴31与第一联轴器60固定连接，安装转轴50与第一联轴器60间隙配合、且安装转轴50通过可拆卸式连接于第一联轴器60上的紧固件80与第一联轴器60锁紧固定。由光敏树脂材料制备形成的试验件90通过胀紧套70固定装设于安装转轴50的外圆上。

本发明的光敏树脂模型离心加载装置中，由于由光敏树脂材料制备形成的试验件90通过胀紧套70固定装设于安装转轴50的外圆上，相比现有技术中试验件与轴之间通过键连接，本发明的结构不仅简化了安装转轴50的结构，同时还提高了安装转轴50的固有频率，进而减少工作时的振动，提高试验精度；又安装转轴50与第一联轴器60间隙配合，并安装转轴50通过可拆卸式连接于第一联轴器60上的紧固件80与第一联轴器60锁紧固定，从而拆下紧固件80后即可轻松将安装转轴50由第一联轴器60中取出，进而容易将试验件安装至安装转轴50上，或由安装转轴50上拆除，满足试验件拆装方便的要求，且通过紧固件80保证安装转轴50与第一联轴器60两者之间的紧密连接，进而进一步减少工作时的振动，提高试验精度；本发明的光敏树脂模型离心加载装置，通过试验件90与安装转轴50连接固定方式的设置、及安装转轴50与第一联轴器60连接固定方式的设置，使得本发明的离心加载装置在运转期间振动很小，可以提供稳定的离心载荷，进而保证应力“冻结”试验的加载精度，满足研制要求，同时离心加载装置拥有更高的临界转速，进而保证在光敏树脂模型离心加载工作转速下稳定运转，同时也可进行环氧树脂模型离心加载。

可选地，试验箱10为市场上常规的保温箱。

可选地，如图1所示，试验件90上开设有通孔，试验件90通过通孔穿设于安装转轴50上，且与安装转轴50间隙配合，便于试验件90装设于安装转轴50上。胀紧套70装设于安装转轴50的外圆上，且胀紧套70的外圆与试验件90的通孔紧配合，胀紧套70的内圆与安装转轴50的外圆紧配合。试验件90与安装转轴50间通过胀紧套70实现过盈配合连接，不仅可传递扭矩，且可进行轴向定位并承载轴向力，还使试验件90的安装、拆卸方便，省时省力。

可选地，如图1所示，第一联轴器60朝向安装转轴50的端面上设有沿轴向内凹的安装孔，第一联轴器60的外壁上设有与安装孔连通的螺纹孔。安装转轴50沿轴向插入安装孔内，且与安装孔间隙配合，并安装转轴50与安装孔通过键连接。紧固件80为锁紧螺钉，锁紧螺钉螺纹连接于安装孔中，且锁紧螺钉的端部穿出安装孔后抵顶安装转轴50的外壁面，以锁紧固定安装转轴50。本可选方案中，第一联轴器60为凸缘联轴器，安装转轴50与凸缘联轴器间为间隙配合，方便安装转轴50的拆装，且安装转轴50与凸缘联轴器之间采用键传动，并靠锁紧螺钉锁紧固定。

可选地，如图1所示，内支撑架组40包括与试验箱10的底面固定连接的内支撑架41、沿轴向及与轴向垂直的横向可调节地连接于内支撑架41上的第一轴承座42、及设置于第一轴承座42和内支撑架41之间用于调节第一轴承座42沿竖直方向高度的调节垫片组。安装转轴50的输出端转动支设于第一轴承座42上。本可选方案中，如图1所示，内支撑架41为结构刚度满足光敏树脂模型离心加载时高转速要求的大刚度钢架，且内支撑架41与保温箱用螺栓刚性连接。

本可选方案中，内支撑架41的上表面上设有内凹且沿轴向延伸的两排定位槽。第一轴承座42包括轴承座本体、及连接于轴承座本体两侧的连接片，各连接片上开设有沿与轴向垂直的横向延伸的腰型槽，第一轴承座42通过穿设于腰型槽及对应设置的定位槽中的锁紧螺栓与内支撑架41锁紧固定，且通过调节锁紧螺栓在定位槽中的位置、及在腰型槽中的位置，进而相应调整第一轴承座42沿轴向及横向的位置。

可选地，如图1所示，安装转轴50的外圆上设有位于其输入端的第一定位台阶、位于其输出端的第二定位台阶、及位于第一定位台阶和第二定位台阶之间的第三定位台阶501。第一定位台阶用于对安装转轴50装入第一联轴器60的深度进行限位。第二定位台阶用于对装设于安装转轴50的外圆上、且位于安装转轴50与第一轴承座42之间的深沟球轴承进行限位。深沟球轴承可用于径向及轴向位移限定。第三定位台阶501的台阶面朝向第一定位台阶，以便试验件90由安装转轴50的输入端装入第三定位台阶501与第二定位台阶之间的安装转轴50的外圆上。本发明的安装转轴50的该种结构设置，去掉了不必要的台阶和键槽，使得安装转轴50的结构尽可能简单，进而降低安装转轴50的加工难度，同时提高安装转轴50的结构强度，降低试验时的振动。

可选地，如图1所示，试验件90的数量为多件，相邻两试验件90之间的间距为80mm～100mm。位于第三定位台阶501与第二定位台阶之间的安装转轴50的长度为400mm～500mm，且安装转轴50的总长为600mm～700mm，并安装转轴50上支承的试验件90的总重量不超过20kg。试验件90在安装转轴50上的布设方式，保证了相邻试验件90间的安装、拆卸操作空间，使试验件90安装、拆卸方便，且使相邻两个试验件90之间不相互影响和干涉，并多件试验件90同时设置的方式，还可提高试验效率；安装转轴50总长度和支承总重量的设置方式，还可有效避免试验期间安装转轴50的挠度过大，进而引起振动增大。

可选地，如图1所示，光敏树脂模型离心加载装置还包括位于试验箱10内的激光对中仪110，激光对中仪110可拆卸地连接于驱动转轴31和安装转轴50上，激光对中仪110用于在调节第一轴承座42的安装位置时检测安装转轴50与驱动转轴31是否同轴。试验件90安装完成后，利用激光对中仪110调节第一轴承座42的轴向、横向、及竖直向的位置，保证整个转子系统的同轴度。

可选地，如图1所示，动力供给机构30还包括用于提供驱动力的驱动电机32、及用于连接驱动转轴31与驱动电机32的第二联轴器33。驱动电机32、第二联轴器33、及驱动转轴31三者沿同一轴线依次布设，且第二联轴器33的两端分别连接驱动电机32的输出端及驱动转轴31的输入端，并驱动转轴31的输出端伸入试验箱10后与第一联轴器60相连。驱动电机32、第二联轴器33及驱动转轴31均安装支撑于外支撑架组20上。本可选方案中，选取工作转速在3000r/min～4000r/min、且能持续稳定工作时长大于100小时的电机。第二联轴器33为刚性联轴器，驱动电机32的输出端与驱动转轴31通过刚性联轴器直连。进一步地，动力供给机构还包括与驱动电机32的转速控制箱34。具体地，转速控制箱34包括变频器，转速控制箱34用于使驱动电机32紧急停车。

可选地，如图1所示，外支撑架组20包括用于安装支撑驱动电机32的外支撑架21、用于转动支撑驱动转轴31的输入端的第二轴承座22、及用于转动支撑驱动转轴31中间位置的第三轴承座23。驱动转轴31通过圆柱滚子轴承转动支撑于对应设置的第二轴承座22和第三轴承座23上。本可选方案中，外支撑架21为结构刚度满足光敏树脂模型离心加载时高转速要求的大刚度钢架。第二轴承座22与第三轴承座23两者的支承高度相同，误差不得超过0.1mm，保证驱动转轴31沿轴向的水平度。驱动转轴31通过圆柱滚子轴承转动支撑于第二轴承座22和第三轴承座23上，由于圆柱滚子轴承只有径向位移限制，而无轴向位移限制，进而可消除装配应力，提高装配精度。

可选地，如图1所示，光敏树脂模型离心加载装置还包括用于检测装置振动状况的振动测试仪120，振动测试仪120包括设置于第三轴承座23和第一轴承座42上的振动传感器121、及与两个振动传感器121分别相连的振动检测器122。在第三轴承座23和第一轴承座42上安装振动传感器121，(振动传感器121的工作温度不低于170℃)，振动传感器121外接振动检测器122，以方便离心加载装置调试和试验期间振动的测试，一旦发现振动值超标，可利用转速控制箱34紧急停车，保证试验的安全性，避免因振动问题造成的安全事故。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。