一种高温微动疲劳装置

本发明涉及简单构件疲劳性能模拟测试，尤其是涉及一种高温微动疲劳装置。

背景技术：

1、微动疲劳是微动磨损与疲劳耦合作用的结果，即两个相互接触的界面发生微米量级微动，同时承受时变的多轴应力，如法向应力、剪切应力与轴向疲劳。这种现象广泛存在于机械关键部件中，特别是燃气轮机、航空发动机的榫头叶片-榫槽涡轮盘组合中。根据美国空军的数据统计，微动疲劳失效约占航空发动机高周疲劳失效总量的1/6，并且大量研究表明，微动疲劳可使关键部件的疲劳寿命降低20％-80％，这将对航空事业的发展构成极大的威胁。

2、为了厘清微动疲劳的损伤机理、裂纹的萌生与扩展的过程，大量的学者相继研究出了各种模拟微动疲劳的试验机。但在现有的微动疲劳试验机中，主要集中于常温环境下恒定法向力加载形式，例如，专利cn102087186a提供一种微动疲劳实验平台，该设备法向力加载是通过螺栓加载。专利cn108931426a，提供一种微动疲劳加载装置及微动疲劳试验装置，该装置是通过砝码进行法向力加载；此外，还有一些是通过液压缸、伺服电机以及直线电机进行法向力加载。

3、目前，对于高温环境微动疲劳试验设备，有如专利cn114813327b，提供一种榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法，该设备试验构件是榫头榫槽接触，接触面是斜面，自带法向力加载(法向力由轴向疲劳拉应力提供)。专利cn106483020a，提供一种高温高压微动疲劳试验机，该设备通过直线电机进行法向力恒定加载。

4、以上专利主要集中于常温环境、恒定法向力加载。而在关键结构部件的实际服役环境中，法向载荷是随同轴向力同步变化的。虽然专利cn114813327b的法向载荷能够随轴向力同步变化，但是，对于材料级简单构件(点接触、线接触与面接触)的微动疲劳研究，如何加载与轴向载荷同步变化的法向力存在一定难度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高温微动疲劳装置，以便解决现有技术中的不足。本发明要解决的技术问题为：(1)实现材料级简单构件(球-面、柱-面、面-面接触)于高温环境下的微动疲劳性能测试；(2)实现法向载荷与轴向载荷同频加载，提供一个法向交变载荷；(3)法向交变载荷的峰值力可进行准确调节。

2、本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种高温微动疲劳装置，包括机座以及安装在所述机座上的轴向加载机构，所述轴向加载机构连接有法向力加载机构，所述法向力加载机构与所述轴向加载机构用于实现对试样的法向载荷与轴向载荷同频加载。

4、作为本发明的进一步技术方案：所述轴向加载机构包括第一动力装置、加热炉、第一装夹装置以及第二装夹装置，所述机座上设置有四根立柱，所述四根立柱远离所述机座的一端连接有机盖；

5、所述第一动力装置安装于所述机座内部，所述第一动力装置的输出轴与所述第一装夹装置相连接，所述第一装夹装置与试样一端通过销连接，所述试样的另一端通过销连接所述第二装夹装置，所述第二装夹装置安装于所述机盖的底部，所述试样设置在所述加热炉内。

6、作为本发明的进一步技术方案：所述机座上固定连接有位于同一水平面的两根x轴桁架以及两根y轴桁架。

7、作为本发明的进一步技术方案：所述法向力加载机构包括第二动力装置、连杆机构、冷却系统、第三装夹装置，所述第二动力装置安装于第一动力装置的输出轴上，所述冷却系统与所述第三装夹装置均安装在所述连杆机构上，所述第二动力装置通过所述连杆机构驱动所述第三装夹装置对试样加载法向力。

8、作为本发明的进一步技术方案：所述连杆机构包括第一滑块、第一连杆、固定铰链、第一连架杆、第二滑块、第一加载杆、第二加载杆；

9、所述第二动力装置两端的伸缩杆分别通过铰链连接所述第一滑块，所述第一滑块连接于所述第一连杆上，所述第一连杆通过所述固定铰链安装于所述y轴桁架，所述第一连杆通过铰链连接所述第一连架杆，所述第一连架杆通过铰链连接所述第二滑块，所述第二滑块连接所述第一加载杆，所述第一加载杆连接所述冷却系统，所述冷却系统连接所述第二加载杆，所述第二加载杆连接所述第三装夹装置。

10、作为本发明的进一步技术方案：所述冷却系统包括冷水机与冷却水套，所述第一加载杆连接有力传感器，所述力传感器连接所述第二加载杆，其中所述冷却水套安装在第一加载杆、所述力传感器与所述第二加载杆的连接处，所述冷却水套进水口连接所述冷水机的出水口，所述冷却水套出水口连接所述冷水机的进水口。

11、作为本发明的进一步技术方案：所述加热炉左右两侧开有圆形孔，所述加热炉两侧的所述第二加载杆分别穿过所述圆形孔后滑进所述加热炉内向试样施加法向载荷。

12、作为本发明的进一步技术方案：还包括控制器和供电模块，所述力传感器、所述第一动力装置、所述第二动力装置、所述加热炉、所述冷水机分别与所述控制器电连接，所述控制器设置在外置的工作平台上，所述工作平台上设置有显示屏以及总控制开关，所述控制器、所述显示屏以及所述总控制开关均通与所述供电模块电连接。

13、作为本发明的进一步技术方案：所述第一动力装置与所述第二动力装置均为液压缸。

14、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

15、1.本发明公开了一种高温微动疲劳装置，其包括轴向加载机构和法向力加载机构，法向力加载机构与轴向加载机构用于实现对试样的法向载荷与轴向载荷同频加载，其中法向力加载机构是对称加载，提供交变载荷，更加符合构件的具体服役环境。

16、2.本发明自动化程度高，工作效率高。

17、3.本发明的结构简单、合理，整体稳定性能好，操作方便。

技术特征：

1.一种高温微动疲劳装置，其特征在于，包括机座(1)以及安装在所述机座(1)上的轴向加载机构(2)，所述轴向加载机构(2)连接有法向力加载机构(3)，所述法向力加载机构(3)与所述轴向加载机构(2)用于实现对试样(4)的法向载荷与轴向载荷同频加载。

2.根据权利要求1所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述轴向加载机构(2)包括第一动力装置(21)、加热炉(22)、第一装夹装置(23)以及第二装夹装置(24)，所述机座(1)上设置有四根立柱(11)，所述四根立柱(11)远离所述机座(1)的一端连接有机盖(12)；

3.根据权利要求2所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述机座(1)上固定连接有位于同一水平面的两根x轴桁架(13)以及两根y轴桁架(14)。

4.根据权利要求3所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述法向力加载机构(3)包括第二动力装置(31)、连杆机构(32)、冷却系统(33)、第三装夹装置(34)，所述第二动力装置(31)安装于第一动力装置(21)的输出轴上，所述冷却系统(33)与所述第三装夹装置(34)均安装在所述连杆机构(32)上，所述第二动力装置(31)通过所述连杆机构(32)驱动所述第三装夹装置(34)对试样(4)加载法向力。

5.根据权利要求4所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述连杆机构(32)包括第一滑块(321)、第一连杆(322)、固定铰链(323)、第一连架杆(324)、第二滑块(325)、第一加载杆(326)、第二加载杆(327)；

6.根据权利要求5所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述冷却系统(33)包括冷水机与冷却水套(332)，所述第一加载杆(326)连接有力传感器(35)，所述力传感器(35)连接所述第二加载杆(327)，其中所述冷却水套(332)安装在第一加载杆(326)、所述力传感器(35)与所述第二加载杆(327)的连接处，所述冷却水套进水口(333)连接所述冷水机的出水口，所述冷却水套出水口(334)连接所述冷水机的进水口。

7.根据权利要求6所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述加热炉(22)左右两侧开有圆形孔，所述加热炉(22)两侧的所述第二加载杆(327)分别穿过所述圆形孔后滑进所述加热炉(22)内向试样(4)施加法向载荷。

8.根据权利要求6所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，还包括控制器和供电模块，所述力传感器(35)、所述第一动力装置(21)、所述第二动力装置(31)、所述加热炉(22)、所述冷水机分别与所述控制器电连接，所述控制器设置在外置的工作平台上，所述工作平台上设置有显示屏以及总控制开关，所述控制器、所述显示屏以及所述总控制开关均通与所述供电模块电连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高温微动疲劳装置，其特征在于，所述第一动力装置(21)与所述第二动力装置(31)均为液压缸。

技术总结
本发明涉及一种高温微动疲劳装置，包括机座以及安装在所述机座上的轴向加载机构，所述轴向加载机构连接有法向力加载机构，所述法向力加载机构与所述轴向加载机构用于实现对试样的法向载荷与轴向载荷同频加载。其包括轴向加载机构和法向力加载机构，法向力加载机构与轴向加载机构用于实现对试样的法向载荷与轴向载荷同频加载，其中法向力加载机构是对称加载，提供交变载荷，更加符合构件的具体服役环境。

技术研发人员：蔡振兵,李珂,罗轶丰,方修洋,陈泰黎,王志国,宫健恩,牛凡
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29