一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，包括通过过渡板(1)与激振设备刚性连接的基座(2)，基座(2)两侧的悬臂与连接臂(4)连接，两个连接杆(5)一端安装于连接臂(4)，另一端安装于横梁(6)，横梁(6)与基座(2)两侧的轴承(3)、连接臂(4)和连接杆(5)构成可绕基座(2)两侧悬臂光滑转动的载荷框架，试样(8)和轴向施力器(9)串联连接在载荷框架的对称轴线上，轴向施力器(9)固定在基座(2)上。本发明专利技术的试验装置的轴向施力器可对试样轴向加载，在激振设备以共振频率激振时，载荷框架带动试样发生共振，共振产生的悬臂弯曲载荷全部由试样承担，从而实现在低周轴向疲劳载荷上叠加高周振动疲劳载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置
本专利技术属于力学试验
，具体涉及一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置。
技术介绍
航空发动机叶片在服役过程中同时承受着离心载荷和振动载荷。发动机启动后，叶片高速旋转产生巨大的离心力，属于低周疲劳载荷；工作时由于气流或结构振动的影响而造成发动机叶片共振，属于高周振动疲劳载荷。因此发动机叶片实际服役中的受力状态是低周疲劳载荷与高周振动疲劳载荷的叠加状态。根据《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》(GJB241A-2010)，发动机叶片及材料需进行轴向载荷与高频振动高载荷协同加载下的疲劳试验。然而进行该项试验时存在以下三个难点：1、轴向疲劳载荷难以精确施加和控制；2、悬臂振动条件难以模拟；3、振动疲劳加载频率较低，无法满足超高周疲劳试验的需求。因此，有必要开发一种轴向与振动协同加载的力学试验装置，并可利用振动台等激振设备实现轴向与振动协同加载试验，为发动机叶片及材料的服役安全提供可靠地试验数据。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述情况，本专利技术的目的是提供一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，以利用现有振动台等激振设备，实现轴向与振动协同加载试验。本专利技术的上述目的是利用以下技术方案实现的：一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，包括通过过渡板与激振设备刚性连接的基座，基座两侧的相互同轴的悬臂分别经轴承与连接臂连接，两个连接杆分别一端安装于连接臂，另一端安装于横梁，横梁与基座两侧的轴承、连接臂和连接杆构成可绕基座两侧的悬臂光滑转动的载荷框架，试样和轴向施力器串联连接在所述载荷框架的对称轴线上，其中试样与横梁相连，对试样轴向加载的轴向施力器固定在基座上。进一步地，所述轴向与振动高低周复合疲劳试验装置还包括力传感器，所述力传感器连接在试样和轴向施力器之间，或者所述力传感器连接在试样和横梁之间。通过设置力传感器，力传感器与轴向施力器形成闭环控制，可实现对试样的精确加载。另外，通过调换力传感器与试样的位置，可以适当调节试样与加载系统的共振频率。所述轴向与振动高低周复合疲劳试验装置还可包括应变测量系统，用于监控试样的应力。所述应变测量系统可以是由粘贴在试样上的电阻应变片和应变仪构成的接触式动态应变测量系统，或者现有的非接触式动态应变测量系统，可测定试样表面的振动应力大小及应力场分布。其中所述连接杆的长度可以依据试验件的大小而确定或调整，使得横梁位于合适位置，保证作动缸在行程范围内工作。所述连接杆可以为液压杆或丝杠，从而可以通过液压杆或丝杠的伸长或缩短，灵活地调节横梁的位置，或者所述连接杆可以为固定长度的轻质杆，从而可提高试验系统共振频率。其中所述轴向施力器可以为作动缸或者直线电机。轴向载荷较大时，可以使用作动缸加载，载荷较小时可以使用直线电机加载，通过控制器实现轴向载荷的周期性加载、保持、卸载。试验时，试验装置放置在诸如电磁振动台之类的现有激振设备上，轴向施力器可对试样进行轴向加载，激振设备以上述试验装置的共振频率激振时，载荷框架会带动试样发生共振，连接臂与轴承光滑转动，共振产生的悬臂弯曲载荷全部由试样承担，从而实现在低周轴向疲劳载荷上叠加高周振动疲劳载荷。附图说明图1是本专利技术的装置的俯视图；图2是本专利技术的装置的侧视图；图3是沿图2中的A-A线的剖视图；图4是示意图解说明本专利技术装置的结构的轴测图；图5是本专利技术装置在电磁振动台上安装的示意图。具体实施方式为了更清楚地理解本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。图1-4图解说明了本专利技术的轴向与振动高低周复合疲劳试验装置的结构。另外，图5是本专利技术装置在电磁振动台上安装的示意图。参见图1-4，本专利技术的轴向与振动高低周复合疲劳试验装置包括过渡板1，试验时，所述轴向与振动高低周复合疲劳试验装置通过过渡板1刚性安装在诸如振动台，尤其是电磁振动台之类的现有激振设备上。在过渡板1上安装所述试验装置的基座2，在基座2的两侧分别设置有一个圆柱形悬臂，这两个圆柱形悬臂相互同轴，并且相对于基座2对称。基座2两侧的悬臂分别经轴承3与一个连接臂4连接，图中连接臂4被例示为梨形臂(参见图2)，不过连接臂4的形状不限于此，也可以是其他适当的形状，比如侧视时为矩形等。轴承3与基座1上的圆柱形悬臂、连接臂4上的通孔经过盈配合形成一个可以光滑转动的整体。两个连接杆5分别一端安装在对应连接臂4上，另一端安装在横梁6上。横梁6与在基座2两侧的各一组轴承3、连接臂4和连接杆5构成可绕基座2两侧的悬臂光滑转动的载荷框架。力传感器7、带夹具的试样8和轴向施力器9串联连接在所述载荷框架的与横梁6垂直的对称轴线上，其中轴向施力器9固定在基座2上，用于对试样8轴向加载，力传感器7与横梁6连接，如图1-4所示。这种情况下，力传感器7与轴向施力器9形成闭环控制，可实现对试样8的精确加载。尽管上面说明了带夹具的试样8连接在力传感器7和轴向施力器9之间的情况，不过力传感器7可以与带夹具的试样8调换位置，即，带夹具的试样8与横梁6连接，力传感器7连接在带夹具的试样8和轴向施力器9之间，从而通过调换力传感器7可以与带夹具的试样8的位置，可以调节试样与加载系统的共振频率。另外，所述连接杆5的长度可以依据试样或叶片的大小而确定或调整，使得横梁6位于合适位置，保证作动缸在行程范围内工作。所述连接杆5可以采用液压杆或丝杠，从而可以通过液压杆或丝杠的伸长或缩短，灵活地调节横梁6的位置，或者所述连接杆5可以采用固定长度的轻质杆，从而可提高试验系统共振频率。另外，轴向施力器9可以采用作动缸或者直线电机。轴向载荷较大时，可以使用作动缸加载，载荷较小时可以使用直线电机加载，通过控制器实现轴向载荷的周期性加载、保持和卸载。本专利技术的轴向与振动高低周复合疲劳试验装置还可包括应变测量系统，用于监控试样8的应力。所述应变测量系统可以是粘贴在试样8上的电阻应变片和应变仪构成的接触式动态应变测量系统，或者现有的非接触式动态应变测量系统，这样，可测定试样表面的振动应力大小及应力场分布。要注意的是尽管图1-4中所示的本专利技术的轴向与振动高低周复合疲劳试验装置包括力传感器7，不过，力传感器7不是必需的，也可以使用电阻应变计等测量轴向的载荷大小。当不包括力传感器7时，试样8直接与横梁6相连，这种情况下，可以有效提升试样和加载系统的共振频率。在对试样进行振动前，通过选择长度合适的连接杆5或者调整连接杆5的长度，可以调节横梁6的位置，轴向施力器9可实现对带夹具的试样8的轴向加载(例如，在轴向施力器9为作动缸时，通过作动缸的活塞的前后运动实现加载)。电磁振动台以上述试验装置的共振频率激振时，载荷框架会带动试样8发生共振，连接臂4与轴承3光滑转动，共振产生的悬臂弯曲载荷全部由试样8承担，从而实现在低周轴向疲劳载荷上叠加高周振动疲劳载荷。具体地，就图1-4所示的结构来说，在采用本专利技术的试验装置进行轴向与振动协同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，包括通过过渡板(1)与激振设备刚性连接的基座(2)，基座(2)两侧的彼此同轴的悬臂分别经轴承(3)与连接臂(4)连接，两个连接杆(5)分别一端安装于连接臂(4)，另一端安装于横梁(6)，横梁(6)与基座(2)两侧的轴承(3)、连接臂(4)和连接杆(5)构成可绕基座(2)两侧的悬臂光滑转动的载荷框架，试样(8)和轴向施力器(9)串联连接在所述载荷框架的对称轴线上，其中试样(8)与横梁(6)相连，对试样(8)轴向加载的轴向施力器(9)固定在基座(2)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，包括通过过渡板(1)与激振设备刚性连接的基座(2)，基座(2)两侧的彼此同轴的悬臂分别经轴承(3)与连接臂(4)连接，两个连接杆(5)分别一端安装于连接臂(4)，另一端安装于横梁(6)，横梁(6)与基座(2)两侧的轴承(3)、连接臂(4)和连接杆(5)构成可绕基座(2)两侧的悬臂光滑转动的载荷框架，试样(8)和轴向施力器(9)串联连接在所述载荷框架的对称轴线上，其中试样(8)与横梁(6)相连，对试样(8)轴向加载的轴向施力器(9)固定在基座(2)上。


2.按照权利要求1所述的轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，还包括力传感器(7)，所述力传感器(7)连接在试样(8)和轴向施力器(9)之间。


3.按照权利要求1所述的轴向与振动高低周复合疲劳试验装置，还包括力传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新，杨宪峰，许巍，何玉怀，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11