用于弯扭联合载荷作用下过盈配合面微动损伤测试装置的制作方法

本发明涉及过盈配合面微动损伤的测试，特别是复杂载荷下高铁轮对过盈面及组合式轧辊过盈配合面复合微动损伤的测试。

背景技术：

在工业生产中许多装备普遍采用过盈配合来传递扭矩和轴向力，这种配合结构简单，连接强度高，但在振动环境或交变载荷的作用下，配合面间往往会产生微小的滑动，即微动。微动通常发生在过盈或间隙配合面，不仅会造成接触表面磨损，引起构件松动、功率损失等，而且会加速接触表面微裂纹的产生，继而在交变应力的作用下引起整体疲劳断裂。圆柱面接触微动损伤在工业生产中普遍存在，接触面间一般同时存在轴向微动滑移和切向微动滑移，也就是同时存在轴向平动微动和切向转动微动，其损伤机理比平面-球面及平面-柱面接触微动损伤机理复杂的多，其损伤的检测也比球面-平面接触平动微动要困难的多。比如火车轮对的车轴与车轮内孔过盈配合面的微动损伤、组合式支承辊的辊套内孔和辊芯表面的微动损伤，应用过程中过盈配合面除了承受装配应力，还同时承受弯矩和扭矩载荷，因此其微动损伤机理非常复杂，而且由于过盈配合面在整体结构内部，将整体结构切割开后才能检测到微动损伤数据，因此检测过程也比较复杂。

以往如果要分析一定载荷作用下轴孔过盈配合面的摩擦磨损状态，一般需要通过轴套和轴热装或冷装完成过盈配合后加载，然后将轴套切割开完成辊芯形貌检测和分析，得到某一种载荷和循环次数时的损伤结果。这种方法会存在一些问题：

一、轴套需要加热或者轴需要冷却，过盈量比较大时可能轴套加热和圆轴冷却必须同时进行才可能完成装配，如果要分析不同载荷或不同过盈量等工艺参数的影响，需要准备多组试样并完成装配，试样前期准备以及装配的成本比较大，并且周期比较长。

二、每一个试样完成过盈配合面加载循环载荷后需要进行切割分离，加工量较大，而且容易对过盈配合面形貌产生二次损伤，影响实验结果准确度。

三、只能分析一定循环次数时的过盈配合面摩擦磨损状态，一个试样只能用一次并且只能得到一种状态下的结果数据。

由此可见，传统的实验方法存在效率低、成本高、材料浪费严重的问题，并且实验结果精度不容易保证。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于弯扭联合载荷作用下过盈配合面微动损伤测试装置，解决现有技术中所存在的实验方法效率低、成本高、材料浪费严重，并且实验结果精度不容易保证的问题。可实现圆柱过盈面在装配应力、弯曲应力、扭转应力综合作用下的轴向微动和切向扭转微动测试，可用于复杂载荷下高铁轮对过盈面及组合式轧辊过盈配合面复合微动测试。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于弯扭联合载荷作用下过盈配合面微动损伤测试装置，包括分体轴套、圆轴、转动杆和加载托架，所述分体轴套包括下半轴套和上半轴套两部分，下半轴套和上半轴套两部分可扣合并通过螺栓紧固，在上半轴套和下半轴套上均设置有弧形槽，当上半轴套和下半轴套扣合时，两个弧形槽相对形成轴套孔，所述圆轴为待检测件，可置于轴套孔内，圆轴与转动杆一端固定连接，转动杆的另一端头部为曲面，并连接加载托架，所述加载托架用于接受载荷，并将载荷传递给转动杆，所述加载托架包括一个块体，转动杆的曲面头与块体为平面-柱面接触。

为了实现转动杆与加载托架连接且保持转动杆可相对加载托架摆动，在转动杆的曲面头处设置有橡胶环，并在加载托架的底部设置有t型槽或燕尾槽，橡胶环套装在转动杆头部，并置于加载托架的t型槽或燕尾槽内，为了固定橡胶环并防止其脱出，在转动杆曲面头的端部设置有卡槽，并在卡槽内安装弹性挡圈。从而防止橡胶环从转动杆上脱出。橡胶环、弹性挡圈和t形槽共同作用使加载托架与转动杆之间实现柔性定位。转动杆可相对加载托架摆动，并在摆动的同时，加载托架向转动杆传递垂直载荷。转动杆的曲面头与加载托架上的t型槽或燕尾槽的槽底接触，形成平面-柱面接触，将垂向载荷传递到过盈配合面上，且转动杆头部可以在燕尾槽内转动并实现自定位。在加载托架位置固定后，转动杆与加载托架之间还允许存在一定的转对相对位移。

检测时，将圆轴放置在下半轴套的弧形槽内，将上下两半轴套扣合，并通过螺栓固定连接，使轴套圆轴接触面产生较大接触应力实现过盈配合，通过调整螺栓旋紧的长度还可以实现圆柱面过盈配合应力及过盈量的大小。将下半轴套固定于摩擦磨损试验机上，将弯曲载荷作用于加载托架上，加载托架与转动杆头部直接接触将垂向载荷传递到过盈配合面上，启动摩擦磨损试验机，轴套做往复直线运动，达到试验预定的次数后，移除加载托架上的载荷，松开螺栓，使上下两半轴套分离，取出待检测的圆轴进行检测，记录检测结果。在试验过程中任一循环次数时可以终止实验将园轴取出来进行检测，检测完后可以再将其装进轴套继续进行实验，一组试样可以得到多组数据。而且在实验后可以将轴套内孔加工后重复使用。

本发明的有益效果在于：

本发明主要应用于复杂载荷下高铁轮对过盈面及组合式轧辊过盈配合面复合微动测试。相对于传统的试验方法，本发明避免冷装和热装的工艺，简化了实验步骤，提高了实验效率，并且减少了材料消耗，降低了成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的右视图。

图3为本发明中转动轴的结构示意图。

图4为本发明的等轴侧视图。

图5为本发明的爆炸视图。

图中：1—下半轴套；2—圆轴；3—上半轴套；4—螺栓；5—转动杆；6—弹性挡圈；7—橡胶环；8—加载托架。

具体实施方式

如图1和2所示，一种用于弯扭联合载荷作用下过盈配合面微动损伤测试装置，包括分体轴套、圆轴2、转动杆5和加载托架8。

所述分体轴套分为上下两部分，即下半轴套1和上半轴套3，在下半轴套1和上半轴套3上均设置有弧形槽，当上半轴套3和下半轴套1扣合时，两个弧形槽相对形成轴套孔，在上半轴套3上设置有用于转动杆5穿过的通孔，所述通孔与轴套孔垂直设置。

所述圆轴2为待检测件，所述圆轴2可置于轴套孔内，在圆轴2中部设置有用于和转动杆5连接的螺纹孔。

所述转动杆5一端设置有螺纹，用于和圆轴2的螺纹孔连接，转动杆5的另一端头部为曲面，用于接受加载托架8的垂直载荷。

所述加载托架8包括一个块体，块体底部设置有t型槽，所述t型槽用于和转动杆5连接，在块体的顶部设置有便于固定安装的柄。

为了实现转动杆5与加载托架8连接且保持转动杆5可相对加载托架8摆动，在转动杆5的曲面头处设置有橡胶环7，并在加载托架8的底部设置有t型槽，橡胶环7套装在转动杆5头部，并置于加载托架8的t型槽内，为了固定橡胶环并防止其脱出，在转动杆5曲面头的端部设置有卡槽，并在卡槽内安装弹性挡圈6。从而防止橡胶环7从转动杆5上脱出。橡胶环7、弹性挡圈6和t形槽共同作用使加载托架8与转动杆5之间实现柔性定位。转动杆5可相对加载托架8摆动，并在摆动的同时，加载托架8向转动杆5传递垂直载荷。

转动杆5的曲面头与加载托架8上的燕尾槽的槽底接触，形成平面-柱面接触，将垂向载荷传递到过盈配合面上，且转动杆5头部可以在燕尾槽内转动并实现自定位。

为了防止上下两个半轴套扣合时槽边相对产生作用力，无法与圆轴形成过盈配合，上下两个半轴套上的弧形槽的弧度应小于180°。

为了方便转动杆5的夹持，在转动杆5圆柱面上加工有平面，形成平面卡口，可通过扳手卡柱平面卡口，便于转动杆5与圆轴2的装配和拆卸。

本发明的使用方法和工作原理如下：

如图5所示，将圆轴2放置在下半轴套1的弧形槽内，将下半轴套1与下半轴套3扣合，并通过螺栓4固定连接，使轴套圆轴接触面产生较大接触应力实现过盈配合，通过调整螺栓旋紧的长度还可以实现圆柱面过盈配合应力及过盈量的大小。如图3所示，将转动杆5带有螺纹的一端拧入圆轴2的螺纹孔内，在装配转动杆5和圆轴2时，可通过扳手卡入转动杆5上的平面卡口，转动扳手完成装配。将下半轴套固定于摩擦磨损试验机上，可实现往复直线运动，将转动杆5的异形头部插入到加载托架8的t型槽内，套装在转动杆5头部的橡胶环7一方面可以实现加载托架8与转动杆5的柔性接触，另一方面可以允许加载托架8位置固定后，转动杆5与加载托架8之间有一定的转对位移和轴向位移存在，实现自定位。

装配完成后，效果如图4所示，将弯曲载荷作用于加载托架8上，加载托架8与转动杆5头部直接接触将垂向载荷传递到过盈配合面上，启动摩擦磨损试验机，轴套做往复直线运动，达到试验预定的次数后，移除加载托架8上的载荷，松开螺栓4，使上下两半轴套分离，取出待检测的圆轴2进行检测，记录检测结果。

本发明可以避免冷装和热装的工艺，还可以大大提高试样的使用率，在试验过程中任一循环次数时可以终止实验将园轴取出来进行检测，检测完后可以再将其装进轴套继续进行实验，一组试样可以得到多组数据。而且在实验后可以将轴套内孔加工后重复使用，大大简化了实验进程，提高了实验效率，并且降低了成本减少了材料消耗。

以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的变形应视为属于本发明保护范围。