一种可施加变荷载的高温试验夹持装置

本发明属于高温试验领域，具体涉及一种可施加变荷载的高温试验夹持装置。

背景技术：

1、涡轮叶片是航空发动机的核心热端部件之一，其安全服役对航空发动机的正常运行至关重要。涡轮叶片的服役环境极为复杂和苛刻，在服役过程中经受离心载荷、气动载荷、振动载荷等多种变载荷，同时承受高温燃气的冲刷及腐蚀作用，由离心力导致的蠕变失效与疲劳失效是造成叶片破坏的主要原因。镍基单晶高温合金因其优越的高温强度、良好的抗氧化、抗热腐蚀、抗冷、热疲劳性能以及良好的塑性和焊接性，能在高温下长时间的工作，已成为制造航空发动机热端部件的重要材料。镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的重要材料，其力学性能对航空发动机有着重大影响。

2、在目前国内外进行的高温试验中，多用镍基单晶高温合金试样来进行涡轮叶片高温性能研究，但在试验中实现对镍基单晶高温合金试样施加变荷载是一个重点，同时高温试验中对不同端头试样持续有效的夹持固定也是一个技术难点，目前缺少这种可装配于高温试验系统实现可变荷载施加的自动锁紧镍基单晶高温合金试样的夹持装置，因此，在高温试验研究工作中，有必要设计一种装配于高温试验的可施加变荷载的试样夹具。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，便于开展镍基单晶高温合金材料在高温加载状态下的蠕变及微颗粒冲蚀特性研究。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，包括固定端，固定端设有用于和高温试验舱连接的大法兰盘以及固定在大法兰盘上的固定框；

3、操作端，包括转动螺栓和用于将转动螺栓与固定框连接的连接杆，转动螺栓和连接杆之间相对转动连接；

4、监测传动系统，包括限位筒、传动轴、转动电机和传感器，限位筒通过底部的支杆活动插设在小法兰盘的通孔中，限位筒中心的通孔上段和转动螺栓螺纹连接，传动轴一端与转动电机传动连接，另一端与转动螺栓连接以传递扭矩，且传动轴和转动螺栓之间能够沿轴向相对移动；传感器的上下两端分别通过连接件与转动电机和夹持端连接；所述小法兰盘固定在大法兰盘上；

5、所述夹持端穿过小法兰盘、大法兰盘，用于夹持试样，夹持端包括固齿、活齿、调节组件和设置于固齿的固齿夹头以及设置于活齿的活齿夹头，调节组件用于控制活齿相对于固齿直线移动。

6、所述连接杆为设有外螺纹的微调旋连杆，微调旋连杆和所述固定框的横梁螺纹连接，微调旋连杆的螺距小于转动螺栓的螺距。

7、微调旋连杆端部设置有球头，转动螺栓的顶部设置与球头配合的球窝。

8、所述传动轴端部设置有传动头，传动头插设在转动螺栓端面的传动凹槽中，传动头和传动凹槽啮合传动。

9、所述传动轴为十字传动轴，传动头的横截面呈十字形；所述转动螺栓的传动凹槽为十字形凹槽。

10、所述传感器和夹持端之间设置有冷却控温系统，冷却控温系统通过杆件与所述夹持端连接。

11、所述调节组件包括蜗轮和螺旋伸缩轴，蜗轮固定在螺旋伸缩轴上，并位于固齿内设置的操作孔中，螺旋伸缩轴的控制端伸出操作孔；所述活齿上设置有齿条，齿条活动设置在固齿上的活动孔中，活动孔和操作孔并排设置，并通过一段缺口连通，使得所述蜗轮通过缺口与所述齿条啮合。

12、所述固齿夹头包括两个转动连接在固齿底部的固齿转动齿，所述活齿夹头包括两个转动连接在活齿底部的活齿转动齿，固齿转动齿和活齿转动齿具有相同的结构，均为柱面具有多个平面的多棱柱体，并在柱面上设置有用于增加摩擦力的花纹。

13、所述固齿转动齿和活齿转动齿为正六棱柱体或正八棱柱体。

14、所述活齿安装有一根向下竖直延伸的转轴，所述活齿转动齿转动连接在该转轴上，转轴和活齿转动齿之间轴向限位；所述固齿上设置有用于转动固齿转动齿的转动手柄，转动手柄通过穿过固齿的转轴和固齿转动齿连接。

15、本发明的有益效果是：1、本发明中的试验装置通过固定端、操作端、监测传动系统、冷却控温系统和夹持端五部分实现镍基单晶高温合金试样的自动锁紧夹持固定、镍基单晶高温合金试样的变荷载施加。

16、2、操作端由微调旋连杆和转动螺栓组成，（1）转动螺栓可以快速对于载荷进行施加，初步调节载荷至试验所需范围；（2）微调旋连杆可以进一步对荷载进一步细调，用以保证试验所施加荷载的精度；（3）二者通过球形卡槽嵌入连接，二者转动互不影响，尽可以传递竖直方向上的位移。

17、3、监测传动系统由限位筒、十字传动轴、转动电机和传感器四部分，（1）限位筒可以防止转动螺栓水平转动向其他结构的传递，仅传递转动螺栓的垂直位移，同时也起到保护传感器的作用，保证本发明装置结构可施加载荷的合理性；（2）十字传动轴上端通过嵌入转动螺栓，可实现同步转动，竖直方向位移互不影响；（3）小法兰盘可以方便装置主体安装固定于实验舱段，同时也为试验装置提供更好的气密性，保证试验条件；（4）转动电机可以通过十字传动轴进而实现对试样的荷载实时调节；（5）传感器可实现试验载荷数值的量化以及可视化，方便载荷的施加以及记录以及反馈给转动电机实时载荷数据。

18、4、夹持端包括固齿、活齿、蜗轮、螺旋伸缩轴和转动齿五部分，（1）固齿上部可以保证试验舱段的气密性，为试验提供更准确的环境；（2）转动齿侧面均有花纹，且可喷涂耐磨绝热材料形成耐磨绝热层，保证试样在夹持状态下施加荷载但不会产生滑移且保证试件的均匀受热；转动齿为八棱柱形，可以通过旋转调整合适的角度，以便能够与试样外形相配合，更好的夹紧试样；（3）螺旋伸缩轴与蜗轮固接，外露的一段可连接电机使其在试验舱外部可以对试样进行实时锁紧，防止因高温软化产生滑移；（4）螺旋伸缩轴与固齿外侧卡位槽配合使用，保证试样安装固定以及实时监测自动锁紧，以适用于更宽泛的试验环境。

技术特征：

1.一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：包括固定端，固定端设有用于和高温试验舱连接的大法兰盘以及固定在大法兰盘上的固定框；

2.根据权利要求1所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述连接杆为设有外螺纹的微调旋连杆，微调旋连杆和所述固定框的横梁螺纹连接，微调旋连杆的螺距小于转动螺栓的螺距。

3.根据权利要求2所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：微调旋连杆端部设置有球头，转动螺栓的顶部设置与球头配合的球窝。

4.根据权利要求1所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述传动轴端部设置有传动头，传动头插设在转动螺栓端面的传动凹槽中，传动头和传动凹槽啮合传动。

5.根据权利要求5所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述传动轴为十字传动轴，传动头的横截面呈十字形；所述转动螺栓的传动凹槽为十字形凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述传感器和夹持端之间设置有冷却控温系统，冷却控温系统通过杆件与所述夹持端连接。

7.根据权利要求1所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述调节组件包括蜗轮和螺旋伸缩轴，蜗轮固定在螺旋伸缩轴上，并位于固齿内设置的操作孔中，螺旋伸缩轴的控制端伸出操作孔；所述活齿上设置有齿条，齿条活动设置在固齿上的活动孔中，活动孔和操作孔并排设置，并通过一段缺口连通，使得所述蜗轮通过缺口与所述齿条啮合。

8.根据权利要求7所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述固齿夹头包括两个转动连接在固齿底部的固齿转动齿，所述活齿夹头包括两个转动连接在活齿底部的活齿转动齿，固齿转动齿和活齿转动齿具有相同的结构，均为柱面具有多个平面的多棱柱体，并在柱面上设置有用于增加摩擦力的花纹。

9.根据权利要求8所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述固齿转动齿和活齿转动齿为正六棱柱体或正八棱柱体。

10.根据权利要求8所述的一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，其特征在于：所述活齿安装有一根向下竖直延伸的转轴，所述活齿转动齿转动连接在该转轴上，转轴和活齿转动齿之间轴向限位；所述固齿上设置有用于转动固齿转动齿的转动手柄，转动手柄通过穿过固齿的转轴和固齿转动齿连接。

技术总结
一种可施加变荷载的高温试验夹持装置，包括固定端，固定端设有用于和高温试验舱连接的大法兰盘以及固定在大法兰盘上的固定框；操作端，包括转动螺栓和用于将转动螺栓与固定框连接的连接杆；监测传动系统，包括限位筒、传动轴、转动电机和传感器，限位筒通过底部的支杆活动插设在小法兰盘的通孔中，限位筒中心的通孔上段和转动螺栓螺纹连接，传动轴一端与转动电机传动连接，另一端与转动螺栓连接以传递扭矩，且传动轴和转动螺栓之间能够沿轴向相对移动；传感器的上下两端分别与转动电机和夹持端连接；所述夹持端用于夹持试样。本装置可实现试样的锁紧夹持及变载荷施加，便于开展镍基单晶高温合金材料在高温加载状态下的蠕变及微颗粒冲蚀特性研究。

技术研发人员：虞跨海,吕凯鑫,尚利伟,姚世乐,彭础琦,贾元青
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13