轴类零件疲劳试验止扭装置及轴类零件疲劳试验设备的制作方法

本发明涉及轴类零件测试设备，具体地，涉及一种轴类零件疲劳试验止扭装置。此外，本发明还涉及一种轴类零件疲劳测试设备。

背景技术：

轴类零件是工业生产和日常生活中最常见的零件之一，特别是在如航空发动机等大型机械设备中，轴类零件得到广泛应用，主要用于连接回转部件并传递扭矩，同时平衡各级转子因压差产生的轴向力。轴类零件在工作过程中承受扭矩、轴向力、弯矩和离心力等载荷，因此在使用之前通常需要进行疲劳试验，以确保可靠性和安全性。

参照图1所示，在航空发动机轴类零件高低周复合疲劳试验中，可以通过加扭装置(未示出)在被试轴1上施以大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力f1、f2，以形成扭矩载荷。与此相对地，采用连接到安装支架上的刚性二力杆(止扭装置)在被试轴1上施以大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力f3、f4，由此产生与加扭装置产生的扭矩载荷方向相反的止扭力矩。然而，在该试验过程中，二力杆产生的平行力f3、f4最终被安装支架的约束力平衡，导致止扭装置与被试轴1的变形不协调，产生的止扭力矩不够准确。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解。

技术实现要素：

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够准确施加所需止扭力矩的轴类零件疲劳试验止扭装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轴类零件疲劳试验止扭装置，包括内止扭板、外固定板以及在所述内止扭板的周向均布的三个以上止扭油缸，该内止扭板能够同轴地与传动连接于被试轴并向该被试轴施加止扭力矩；该外固定板固定设置并位于所述内止扭板的径向外侧；所述止扭油缸的缸体和活塞杆中的一者连接于所述内止扭板，另一者连接于所述外固定板。

根据本发明的一实施方式，其中所述外固定板形成为环绕所述内止扭板设置的一体结构，并且，该外固定板与所述内止扭板和所述止扭油缸在同一平面内延伸。

根据本发明的一实施方式，其中各个所述止扭油缸的承压腔通过连通油路彼此连通。

根据本发明的一实施方式，其中所述承压腔为所述止扭油缸的有杆腔。

根据本发明的一实施方式，其中至少一个所述止扭油缸的所述承压腔连接有补油油路，该补油油路上设置有单向阀。

根据本发明的一实施方式，其中所述止扭油缸的回油腔连接有回油油路。

根据本发明的一实施方式，其中该轴类零件疲劳试验止扭装置中设置有偶数个所述止扭油缸。

根据本发明的一实施方式，其中所述止扭油缸分别在两端对应铰接于所述内止扭板和所述外固定板。

根据本发明的一实施方式，其中所述内止扭板形成有第一铰接凸起，所述外固定板形成有第二铰接凸起，该第一铰接凸起和第二铰接凸起分别沿相反方向相对所述被试轴的径向倾斜。

在此基础上，本发明还提供一种轴类零件疲劳试验设备，包括本发明提供的上述轴类零件疲劳试验止扭装置和用于对所述被试轴加载的加扭装置。

由上述技术方案可知，本发明的轴类零件疲劳试验止扭装置及轴类零件疲劳试验设备的优点和积极效果在于：

通过上述技术方案，本发明的轴类零件疲劳试验止扭装置能够通过在内止扭板周向均布的多个止扭油缸提供柔性作用力，利用液压油的可压缩性保证止扭装置与被试轴的变形相协调，从而准确施加所需的止扭力矩。并且，由于设置三个以上止扭油缸，可以在被试轴上产生相对均匀的力矩作用，更符合实际使用工况，由此提升了试验准确性。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是现有技术中被试轴在试验状态下的受力状况示意图；

图2是根据本发明一种优选实施方式的轴类零件疲劳试验止扭装置在工作状态下(连接有被试轴)的立体结构示意图；

图3是图2中轴类零件疲劳试验止扭装置的俯视示意图；

图4是在试验过程中一种典型的循环载荷谱示意图。

附图标记说明：

1、被试轴；2、内止扭板；

21、第一铰接凸起；3、外固定板；

31、第二铰接凸起；4、止扭油缸；

41、缸体；42、活塞杆；

43、承压腔；44、回油腔；

5、连通油路；6、补油油路；

7、单向阀；8、回油油路；

9、铰接轴；10、加扭装置；

101、加扭油缸；102、花键板。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

结合图2和图3所示，根据本发明一种优选实施方式的轴类零件疲劳试验止扭装置，包括内止扭板2、外固定板3和连接于其间的多个止扭油缸4。在试验时，内止扭板2可以同轴地(如通过花键等)传动连接于被试轴1，并在加扭装置10通过施加一对平行力f1、f2而产生扭矩载荷时能够产生与此相对的止扭力矩，使得被试轴1具有预定应力。

在轴类零件疲劳试验止扭装置中，内止扭板2施加在被试轴1上的止扭力矩实际上是由固定设置的安装支架的反作用力形成的。由此应当理解，尽管本发明表述为外固定板3，但其可以不限定为图示的板状结构，只要其被固定设置并位于内止扭板2外侧，且能够通过随后详述的止扭油缸4向内止扭板2施加所需作用力即可。

重要地，在本发明中通过三个以上止扭油缸4传递作用力，例如，在图示实施方式中设置有环绕内止扭板2的周向均布的六个止扭油缸4，由此可以在内止扭板2上施加f3、f4、f5、f6、f7、f8六个均匀分布的作用力。其中，各个止扭油缸4的缸体41连接于外固定板3上，活塞杆42(间接地)连接于内止扭板2上。在其他实施方式中，止扭油缸4可以以其他方式与外固定板3和内止扭板2连接。其中，优选地不同止扭油缸4具有相同的结构和连接方式，以便施力均匀。

通过上述设置，由于液压油具有一定的可压缩性，在试验过程中能够产生相对柔性的作用力(反作用力)，保证止扭装置与被试轴1的变形相协调，从而能够准确施加所需的止扭力矩。并且，由于本发明设置有三个以上止扭油缸4，可以在被试轴1上产生相对均匀的力矩作用，更符合实际使用工况，由此提升了试验准确性。

在图示实施方式中，外固定板3形成为环绕内止扭板2设置的一体结构，即具有中心通孔的板状结构，由此可以将内止扭板2和止扭油缸4安装于其中心通孔内并在同一平面内延伸，便于避免在被试轴1上产生轴向力、弯矩等其他不必要的载荷。

在根据本发明一种优选实施方式中，各个止扭油缸4的承压腔43可以通过连通油路5彼此连通。此处及以下所述承压腔43，指的是在试验过程中承受被试轴1压力的油腔。例如，当加扭装置10按图示箭头a方向加载时，止扭油缸4的有杆腔即为承压腔43。在不同实施方式中，承压腔43依连接方式、测试方式不同而选择为止扭油缸4的有杆腔或无杆腔。为了便于连通各个止扭油缸4的承压腔43，可以如图示地在各相邻两个止扭油缸4之间均设置连通油路5，也可以以其他方式相互连通各承压腔43。通过这种设置，可以在试验过程中保持各个止扭油缸4产生的反作用力相同，保证被试轴1在各个方向载荷相同，避免偏载。

在本发明中，由于采用液压元件实施止扭，不可避免地会存在泄漏问题。例如，当多次试验后，图示有杆腔内的液压油可能会所剩无几，导致活塞杆42移位至几乎与缸体41端部接触，基本失去了止扭承载能力。为此，需要在适当的时候向例如为有杆腔的承压腔43内补充液压油。结合图4所示的循环载荷谱示意图，加扭装置10在被试轴1上施加的作用力f1、f2在每个周期中波动变化，且在一次试验中进行多个周期，由此完成高低周复合疲劳试验。在相邻高(低)周载荷周期之间，存在一段时间载荷回零。对此，本发明一种优选实施方式在至少一个止扭油缸4的承压腔43连接有补油油路6，且在该补油油路6上设置单向阀7。从而，当处于载荷回零的时间段内，油源压力高于承压腔43的压力并打开单向阀7，以向承压腔43内补入液压油；当载荷非零时，单向阀7在承压腔43内油压作用下关闭。这样设置的优点在于，可以在不停止试验的情形下自动补油，有效提高了试验效率。

为了便于回油腔44(图示无杆腔)内的液压油在向承压腔43内补油时回油，可以在止扭油缸4的回油腔44连接回油油路8。在试验过程中，该回油油路8还可以在承压腔43被压缩时向回油腔44内补入液压油。

根据上述可知，本发明通过利用止扭油缸4提供具有柔性的止扭力矩，由此使得止扭装置与被试轴1的变形相协调。其中，设置的止扭油缸4数量优选为偶数个，以便避免在被试轴1上产生其他不必要的载荷。

在本发明一种较为优选的实施方式中，止扭油缸4对应铰接于内止扭板2和外固定板3上，由此进一步改善止扭柔性。例如，在图示实施方式中，止扭油缸4的缸体41铰接于外固定板3，活塞杆42通过中间连接件铰接于内止扭板2。轴类零件疲劳试验止扭装置具有柔性特征便于提高高低周复合疲劳试验的试验频率。例如，利用该优选实施方式的轴类零件疲劳试验止扭装置对一种发动机的后轴颈、风扇轴、低压涡轮轴进行高低周复合疲劳试验时，其试验频率可达3hz～4hz。

为便于在外固定板3和内止扭板2之间传递作用力，可以适当设置其与止扭油缸4连接的连接部分的结构。在本发明一种优选实施方式中，外固定板3和内止扭板2上分别形成有第一铰接凸起21和第二铰接凸起31。其中，内止扭板2上的第一铰接凸起21可以沿与加载方向(参照图3中箭头a)相反的方向相对径向倾斜，外固定板3上的第二铰接凸起31可以沿与加载方向相同的方向相对径向倾斜。通过这种设置，可以便于止扭油缸4在相对内止扭板2发生转动时避免受该内止扭板2的干涉，保证其发挥其柔性性能。

其中，第一铰接凸起21和第二铰接凸起31内可以分别设置有铰接轴9，以将止扭油缸4对应铰接于内止扭板2和外固定板3。

以上对本发明提供的轴类零件疲劳试验止扭装置进行了详细说明，在此基础上，本发明还提供一种轴类零件疲劳试验设备，包括前述轴类零件疲劳试验止扭装置和用于对被试轴1加载的加扭装置10。在图示实施方式中，加扭装置10可以包括加扭油缸101和用于与被试轴1上的花键配合的花键板102等。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。