一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置制造方法及图纸

一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置，包括由电磁激振作动器、测力传感器一、夹持球形上试件的上夹具等组成的垂向微动机构和由夹持平面下试件的下夹具、测力传感器二、压电陶瓷作动器和纵向横向二维移动平台等组成的横向微动机构，并通过下气氛罩和上气氛罩将垂向微动机构及横向微动机构罩住形成气氛控制空间，且在下夹具周沿设置高出平面试件的液体介质槽。该种试验装置能使紧配合的摩擦副在人工控制的特定气氛和/或液体环境中进行多向微动，从而更真实准确的测试出特定环境条件下，材料的多向微动摩擦磨损性能，为机械与生物工程的相关设计、使用与维护提供更准确、更可靠的依据，以提高装备与器械的性能与寿命。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置。
技术介绍
微动是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，两个接触表面之间(如紧配合面)发生的极小振幅(微米量级)的相对运动，这些接触表面通常名义上静止，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。微动摩擦学是研究微动运行机理、损伤、测试、监控、预防的一个学科分支，它是一门日益发展的新兴交叉学科，涉及的学科广泛，如机械学、材料学，甚至生物医学、电工学等。微动是一种相对运动幅度很小的摩擦方式，其造成的材料损伤通常表现为两种形式，即(1)微动导致的磨损微动可以造成接触面间的表面磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源。(2)微动导致的疲劳微动可以加速裂纹的萌生与扩展，使构件的疲劳寿命大大降低，微动疲劳极限甚至可低于普通疲劳极限的1/3。往往这种损伤形式危险性更大，造成一些灾难性的事故。在球-平面接触条件下，微动可以分为切向、径向、滚动、扭动等四种基本微动模式。滚动微动与扭动微动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做小角度的旋转运动。切向微动与径向微动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做小位移直线运动，不同之处在于切向微动的法向载荷方向与其运动方向垂直，径向微动法向载荷方向与运动方向一致。多向微动是在交变载荷下接触副间发生微幅振动的相对运动，其特征在于它是切向微动与径向微动的复合。在机械装置与生物体内存在大量的多向微动，例如机车车辆的轮轴、各种轭轴机构的紧配合面的微动磨损和微动疲劳失效、核反应堆的高温复合微动损伤。对多向微动进行试验与分析，以搞清其磨损机理及与相关工况的关系，可为相关零部件的设计、制造与维护提供准确、可靠的试验依据，以降低裂纹的萌生和扩展，提高零部件的疲劳寿命具有重要的意义。而目前尚无专门的多向微动的试验设备及方法。并且，材料的多向微动摩擦磨损是一个复杂的过程，不仅取决于其本身的结构和性质，而且与摩擦副的工作环境密切相关。实际工程应用中，许多摩擦副处于极端苛刻的环境中，例如气体压缩机、武器发射系统、机车受电弓系统、高温气冷堆、化学化工机械以及宇航航天器往往处于特殊的甚至极端的气体和/或液体介质环境中。相关研究表明，金属表面的气氛和液体介质环境对金属摩擦副的摩擦磨损性能影响较大。因此，开发试验环境可控的多向微动摩擦磨损试验装置，实现在不同气氛和/或液体介质环境中的多向微动摩擦磨损试验，以减少特定环境条件下，工程中出现的多向微动磨损问题，改进机械与生物工程的相关设计，提高装备与器械的性能与寿命，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置，该种试验装置能使紧密配合的摩擦副在人工控制的特定气氛和/或液体环境中进行多向微动，从而更真实准确的测试出特定环境条件下，材料的多向微动摩擦磨损性能；为机械与生物工程的相关设计、使用与维护提供更准确、更可靠的依据；以提高装备与器械的性能与寿命。本技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置，包括多向微动疲劳试验台，多向微动疲劳试验台的机座的顶板上安装有可垂向移动的电磁激振作动器，电磁激振作动器通过测カ传感器一与夹持球形上试件的上夹具相连；上夹具的下方为夹持平面下试件的下夹具，下夹具的侧面通过测カ传感器ニ与压电陶瓷作动器相连，压电陶瓷作动器与纵向横向ニ维移动平台的侧板相连；纵向横向ニ维移动平台的底部与机座的底板相连；电磁激振作动器、压电陶瓷作动器，测カ传感器一、ニ均与数据采集控制系统电连接；其特征在于，所述的试验台上还设置有气氛环境控制装置和液体介质控制装置，其中气氛环境控制装置的组成是所述的机座的底板上固定有将压电陶瓷作动器、纵向横向ニ维移动平台及下夹具围住的下气氛罩，下气氛罩的上部开ロ、侧壁设有通气孔；上气氛罩盖在下气氛罩上，上气氛罩的顶部套合在电磁激振作动器上，上气氛罩的侧壁也开有通气ロ ；液体介质控制装置的组成是所述的下夹具的周沿设有高出平面试件的液体介质槽，液体介质槽的侧壁中上部上连有穿出下气氛罩或上气氛罩的进液管，液体介质槽的侧壁底部设有穿出下气氛罩的出液管。本技术的第一种使用方法是a、试件安装取下上气氛罩，将球形上试件夹持在上夹具上，然后将平面下试件夹持在下夹具上，并通过电磁激振作动器的垂向移动及纵向横向ニ维移动平台的纵向、横向移动分别调整好球形上试件和平面下试件的初始位置；盖回上气氛罩，使上夹具与下夹具及其平面下试件、球形上试件、电磁激振作动器、压电陶瓷作动器及纵向横向ニ维移动平台被上、下气氛罩组成的气氛控制空间罩住；b、试验环境的控制通过下气氛或上气氛的通气孔向被罩住的气氛控制空间内通入所需的气体，而未用的通气孔则作为排气孔，向外排出气体；当气氛控制空间内的通入气体的浓度达到要求后，再堵上通气孔，随即进行以下c步的多向微动疲劳试验；或者，当气氛控制空间内的通入气体的浓度稳定并达到要求后，一直通气，同时以下c步的进行多向微动疲劳试验；C、多向微动疲劳试验在测カ传感器ー的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件施加设定的垂向载荷P ;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器和压电陶瓷作动器的作动，使上夹具及其夹持的上试件以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具及其夹持的下试件以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具相连的测力传感器ニ测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。上述的b步的试验环境的控制中，还能进行液体介质的环境控制操作，即堵住出液管、并通过进液管向液体介质槽充入所需的液体介质,使液体介质的液面淹没球形上试件和平面下试件的接触面。本技术的第二种使用方法是a、试件安装取下上气氛罩，将球形上试件夹持在上夹具上，然后将平面下试件夹持在下夹具上，并通过电磁激振作动器的垂向移动及纵向横向ニ维移动平台的纵向、横向移动分别调整好球形上试件和平面下试件的初始位置；b、试验环境的控制堵住出液管、并通过进液管向液体介质槽充入所需的液体介质，使液体介质的液面淹没球形上试件和平面下试件的接触面；C、多向微动疲劳试验在测カ传感器ー的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件施加设定的垂向载荷P ;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器和压电陶瓷作动器的作动，使上夹具及其夹持的上试件以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具及其夹持的下试件以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具相连的测力传感器ニ测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。与现有技术相比，本技术的有益效果是一、电磁激振器驱动上夹具夹持的球形上试件作径向(垂向)微动，同时由压电陶瓷作动器驱动下夹具平面下试样作切向(水平)微动；且驱动球形上试件作垂向微动的电磁激振器与驱动平面下试件作水平微动的压电陶瓷作动器各自独立；试验时，垂向微动与水平微动的振幅及频率均能独立设定而可完全不同，从而可实现现有设备上无法实现的振幅及频率均可不同的垂向微动与水平微动构成的多向复合微动，能更加真实有效地进行各种复杂的多向复合微动的模拟、分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置，包括多向微动疲劳试验台，多向微动疲劳试验台的机座(15)的顶板(15A)上安装有可垂向移动的电磁激振作动器(3)，电磁激振作动器(3)通过测力传感器一(4)与夹持球形上试件(6)的上夹具(5)相连；上夹具(5)的下方为夹持平面下试件(7)的下夹具(9)，下夹具(9)的侧面通过测力传感器二(10)与压电陶瓷作动器(11)相连，压电陶瓷作动器(11)与纵向横向二维移动平台(12)的侧板(12A)相连；纵向横向二维移动平台(12)的底部与机座(15)的底板(15B)相连；电磁激振作动器(3)、压电陶瓷作动器(11)，测力传感器一、二(4、10)均与数据采集控制系统电连接；其特征在于，所述的试验台上还设置有气氛环境控制装置和液体介质控制装置，其中：气氛环境控制装置的组成是：所述的机座(15)的底板(15B)上固定有将压电陶瓷作动器(11)、纵向横向二维移动平台(12)及下夹具(9)围住的下气氛罩(40)，下气氛罩(40)的上部开口、侧壁设有通气孔(41)；上气氛罩(43)盖在下气氛罩(40)上，上气氛罩(43)的顶部套合在电磁激振作动器(3)上，上气氛罩(43)的侧壁也开有通气口(44)；液体介质控制装置的组成是：所述的下夹具(9)的周沿设有高出平面下试件(7)的液体介质槽(30)，液体介质槽(30)的侧壁中上部上连有穿出下气氛罩(40)或上气氛罩(43)的进液管(31)，液体介质槽(30)的侧壁底部设有穿出下气氛罩(40)的出液管(32)。...

【技术特征摘要】
1.一种试验环境可控的多向微动疲劳试验装置，包括多向微动疲劳试验台，多向微动疲劳试验台的机座(15)的顶板(15A)上安装有可垂向移动的电磁激振作动器(3)，电磁激振作动器(3)通过测カ传感器一(4)与夹持球形上试件(6)的上夹具(5)相连；上夹具(5)的下方为夹持平面下试件(7)的下夹具(9)，下夹具(9)的侧面通过测カ传感器ニ(10)与压电陶瓷作动器(11)相连，压电陶瓷作动器(11)与纵向横向ニ维移动平台(12)的侧板(12A)相连；纵向横向ニ维移动平台(12)的底部与机座(15)的底板(15B)相连；电磁激振作动器(3)、压电陶瓷作动器(11)，测カ传感器一、ニ(4、10)均与数据采集控制系统电连接；其特征在于，所述的试验台上还设置有气氛环境控制装置和液体介质控制装置，其中 气氛环境控制装置的组成是所述的机座(15)的底板(15B)上固定有将压电陶瓷作动器(11)、纵向横向ニ维移动平台(12)及下夹具(9)围住的下气氛罩(40)，下气氛罩(40)的上部开ロ、侧壁设有通气孔(41);上气氛罩(43)盖在下气氛罩(40)上，上...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旻昊，蔡振兵，莫继良，彭金方，任平弟，周琰，周仲荣，石心余，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：实用新型
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