多载荷疲劳寿命测试过程中磨损和旋转的控制方法及装置

本发明公开了一种多载荷疲劳寿命测试过程中磨损和旋转的控制方法及装置。本发明采用支撑架支撑减速机，以方便稳定的安装整个磨损装置。在减速机输入端加入伺服电机输出动力，可方便调整旋转速度和角度。减速机采用锥齿轮传动克服了蜗轮蜗杆作为传动结构效率低，承载能力弱，啮合面磨损严重的问题。减速机的输出端利用行星齿轮结构设置的旋转平台可带动开放式旋转板做旋转运动，避免了直接在空心输出轴内安装摩擦片所导致的不能动态观察试样表面疲劳裂纹的设计缺陷。

技术领域
本发明涉及一种机械领域，尤其是一种多载荷疲劳寿命测试过程中磨损和旋转的控制方法。
背景技术
多载荷荷疲劳寿命的研究是材料疲劳与断裂领域的热点，而在轴向疲劳实验机上加装装置以实现不同载荷的加载和控制又是多载荷荷疲劳寿命研究的关键技术。因此，国内外学者都展开了对上述装置研发和控制方法的研究，但是，目前的装置在动力调节和施载精度以及控制方法上均不满足实验要求，特别是旋转磨损和轴向拉压疲劳问题中磨损装置的旋转速度、角度、输入输出扭矩和磨损正压力的调节。目前，部分学者认为磨损装置的旋转动力可通过调速电机输出扭矩和速度到蜗轮蜗杆减速机来实现，主要是将减速机输出轴做成空心结构，便于疲劳试样穿过减速机。同时由输出轴带动摩擦片对疲劳试样进行磨损。这样的方式不能精确的控制输出轴转动角度、速度以及摩擦片对疲劳试样的正压力，并且随着磨损的进行，摩擦片会脱离疲劳试样。另外采用蜗轮蜗杆作为传动结构效率低，承载能力弱，啮合面磨损严重。最后，通过空心输出轴带动摩擦片对疲劳试样进行磨损的方式不便于动态观察疲劳裂纹的发展。
发明内容
本发明的目的是：提供一种多载荷疲劳寿命测试过程中磨损和旋转的控制方法及装置，它能方便、快速的控制磨损正压力、旋转速度和角度，并且在旋转磨损过程中能提供稳定的压力补偿避免摩擦块与疲劳试样脱离，能方便安装在疲劳实验机上进行疲劳裂纹动态观察，从而方便准确得测量磨损-疲劳协同疲劳寿命。本发明是这样实现的：多载荷疲劳寿命测试过程中磨损和旋转的控制方法，多载荷疲劳寿命测试过程中旋转速度、角度、输入输出扭矩和磨损正压力可控；控制旋转速度、角度、输入输出扭矩通过伺服电机和锥齿轮行星减速机实现；磨损加载方式采用螺栓预紧加弹簧补偿，通过传感技术，实现加载过程中压力的实时显示；磨损正压力调节通过控制高强度弹簧压缩量实现；磨损载荷的动力由伺服电机输入到锥齿轮行星减速机，减速机上有旋转平台，旋转平台上连接旋转板，旋转板带动摩擦块实现。所述的高强度弹簧是在360N正压力下，压缩量为10毫米的弹簧。多载荷疲劳寿命测试过程中磨损和旋转的控制的装置，包括控制装置包括支撑架，在支撑架的顶部设有支撑板，在支撑板的顶部设有锥齿轮行星减速机，锥齿轮行星减速机通过减速机固定片固定在支撑板顶部，在锥齿轮行星减速机的顶部设有旋转平台，在旋转平台顶部设有旋转板，在旋转板内设有摩擦块；在锥齿轮行星减速机的底部为实验机下夹持端，在旋转板的顶部连接为实验机上夹持端。支撑架通过脚杯螺栓固定在实验平台上。在支撑板上设置有滑槽，支撑板能沿该滑槽在支撑架上的移动。所述的摩擦块为两个，在两个摩擦块的正面设有磨损接触面，并在每个摩擦块背面都设有光孔，并在旋转板上设有两个与该光孔位置对应的螺纹孔；在每个摩擦块的光孔中都设有一个压力传感器及高强度弹簧，压力传感器处于光孔底部，高强度弹簧的末端与压力传感器的顶部接触，另设有依次穿过螺纹孔及对应光孔的旋紧螺栓，旋紧螺栓的端头与高强度弹簧的前端接触。拧紧旋紧螺栓可调节高强度弹簧压缩量从而控制摩擦块对试样的压紧力并通过压力传感器将数据传到到屏幕上实时显示。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用支撑架支撑减速机，以方便稳定的安装整个磨损装置。在减速机输入端加入伺服电机输出动力，可方便调整旋转速度和角度。减速机采用锥齿轮传动克服了蜗轮蜗杆作为传动结构效率低，承载能力弱，啮合面磨损严重的问题。减速机的输出端利用行星齿轮结构设置的旋转平台可带动开放式旋转板做旋转运动，避免了直接在空心输出轴内安装摩擦片所导致的不能动态观察试样表面疲劳裂纹的设计缺陷。在摩擦块上设置光孔，并放入高强度弹簧和压力传感器，通过拧紧螺栓可实现磨损正压力的调节和动态显示，而且当磨损出现表面材料减少时，弹簧长度方向的恢复，使得摩擦块始终与试样保持接触。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；附图2为本发明的减速机结构示意图；附图3为本发明减速机固定在支撑架上的结构示意图；附图4为本发明旋转板的结构示意图；附图5为本发明的摩擦块的结构示意图；附图6为本发明的试样、摩擦块和旋转平台装配关系图。
具体实施方式
本发明的实施例：寿命测试过程中磨损和旋转的控制的装置，包括控制装置包括支撑架2，支撑架2通过脚杯螺栓13固定在实验平台1上；在支撑架2的顶部设有支撑板4，在支撑板2上设置有滑槽，支撑板4能沿该滑槽在支撑架2上的移动；在支撑板4的顶部设有锥齿轮行星减速机6，锥齿轮行星减速机6通过减速机固定片5固定在支撑板4顶部，在锥齿轮行星减速机6的顶部设有旋转平台7，在旋转平台7顶部设有旋转板8，在旋转板8内设有两个摩擦块9，在两个摩擦块9的正面设有磨损接触面，并在每个摩擦块9背面都设有光孔，并在旋转板8上设有两个与该光孔位置对应的螺纹孔；在每个摩擦块9的光孔中都设有一个压力传感器及高强度弹簧，压力传感器处于光孔底部，高强度弹簧的末端与压力传感器的顶部接触，另设有依次穿过螺纹孔及对应光孔的旋紧螺栓12，旋紧螺栓12的端头与高强度弹簧的前端接触；在锥齿轮行星减速机6的底部为实验机下夹持端3，在旋转板8的顶部连接为实验机上夹持端10；旋紧螺栓12穿过该螺纹孔压紧高强度弹簧。旋紧螺栓12可调节高强度弹簧压缩量从而控制摩擦块9对试样的压紧力并通过微型压力传感器输出屏实时显示。在具体使用时，将伺服电机输出端与锥齿轮行星减速机6输入端通过光轴压紧连接，锥齿轮行星减速机6和伺服电机整体通过支撑板4和减速机固定片5安装在支撑架2上，旋转板8与旋转平台7相连接，用旋紧螺栓12从旋转板8的螺纹孔插入到摩擦块9的光孔中，调节旋紧螺栓12直至压力传感器显示实验所需要的压力数值，该压力数值取值范围为50-360N，旋紧螺栓12通过高强度弹簧定压摩擦块9的背部，使两个摩擦块9的磨损接触面与疲劳试样11中部的凹陷段充分接触，并形成一个整体，之后再将疲劳试样11穿过锥齿轮行星减速机6令其两端固定在疲劳实验机的上下两个夹持端之间。调整锥齿轮行星减速机6和支撑板4、减速机固定片5相连的螺栓位置，使锥齿轮行星减速机6与试样同轴心。调整伺服电机，可以选用两种模式，一种是转角控制，一种是速度控制，速度控制模式内可调范围为0-3000r/min。