叶片疲劳性能试验机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种疲劳性能试验机，特别是涉及一种叶片疲劳性能试验机。
【背景技术】
[0002]空气压缩机广泛应用于航空、石化、冶金等领域，叶轮是压缩机的关键性部件。空气压缩机工作过程中，叶轮的服役环境非常复杂，叶片承受的载荷形式多样，如:高速旋转引起的离心力、风压波动以及启停等转速突变时空气介质反作用力引起的弯矩作用等。叶片在复杂交变应力作用极易导致疲劳断裂事故，造成很大经济损失，这种现象在空气压缩机的实际生产应用中屡见不鲜。随着我国国防军事、航空航天及工业生产等领域的快速发展，对空气压缩机的性能，尤其是叶轮叶片性能的要求越来越高，因此模拟叶片实际服役工况，准确评价叶片承载能力和预测叶片疲劳寿命对叶轮叶片性能及空气压缩机性能的优化提高具有重要意义。在空气压缩机领域，准确模拟叶片实际服役工况的叶片疲劳性能试验机成为进行叶片材料的选择、结构设计及性能测试必不可少的手段。
[0003]现有技术中，“一种拉弯多轴疲劳试验机构”(中国专利:201310480430.3)，在主轴方向，其以施加拉伸载荷的方式来模拟叶轮工作叶片所受到的离心力载荷;在垂直主轴方向上，通过激振器施加振动载荷。这种两个方向的加载形式，在一定程度上能够模拟叶片的实际工况。但是采用激振器施加的振动载荷并不能准确替代叶片在实际工况中的风载(即由风提供的载荷)，同时，在垂直主轴方向上，叶片的受载面积单一不变，因此，该试验机构并不能真实的模拟工作叶片受到的气动力，导致实验结果可信度不高。另外，该试验机构没有载荷监测装置，不能实时准确的监测对叶片所施加载荷的大小。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种叶片疲劳性能试验机，该试验机可以对叶片施加三个方向的载荷并进行载荷调整，载荷形式包括:模拟离心力的静态拉力、风压波动以及模拟转速突变时空气介质反作用力的交变扭矩，进而真实的模拟叶片的实际工况。风压波动载荷可以根据试验需求自由调整受风角度，另外，该试验机还可以实时准确的监测和记录对叶片所施加载荷的大小。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种叶片疲劳性能试验机，包括第一加载机构、第二加载机构、第三加载机构、升降调节机构、角度调节机构、叶片夹具机构、风压调频机构，其中:
[0006]所述第一加载机构的支撑架I与支撑架II通过螺钉固定在底座I上，电动缸的两侧耳轴支撑在支撑架I与支撑架II上，其输出端与第一杆端关节轴承通过螺纹连接，第一杆端关节轴承与第一销轴铰接，第一销轴的两端分别支承在弹簧缓冲器的前板的两个叉架通孔内，弹簧缓冲器的后板通过螺钉固定在直角杠杆长臂下端；
[0007]所述第二加载机构的高压鼓风机通过螺钉固定在底座II台面上，风箱通过螺钉固定在底座I台面上，风箱通过风道I与高压鼓风机连接，风箱通过风道II与外界相通；
[0008]所述第三加载机构的第一伺服电机通过螺钉固定在底座III上，第一伺服电机输出轴与电机连盘通过平键、轴端档板I和螺钉III固定连接，电机连盘通过螺钉与调节盘固定连接，直插槽安装在调节盘的T形槽内，螺柱轴与直插槽螺纹连接固定在调节盘上，螺柱轴依次通过摆杆、滑块连板1、拉压力传感器、滑块连板II与板弹簧连接，滚动轴承I和II通过弹性挡圈固定在摆杆两端轴孔，螺柱轴穿入滚动轴承I中心孔，并通过轴套弹性挡圈固定，滑块连板I和滑块连板II通过螺钉与安装在直线导轨上的滑块I和滑块II固定连接，拉压力传感器通过螺钉固定在滑块连板I和滑块连板II之间，立柱I和立柱II通过螺纹固定在滑块连板II上，板弹簧放置在立柱I和立柱II之间，直线导轨与底座III固定连接。
[0009]所述升降调节机构的第一手轮与涡轮丝杠升降机输入端固定连接，涡轮丝杠升降机输出端与连接法兰通过螺纹连接，连接法兰依次通过拉力传感器、第二杆端关节轴承、第三销轴、U形架、上拉杆与第四销轴连接，第四销轴穿入上拉杆两个支架通孔内，并由螺母IV拧紧，垫块I与垫块II对称固定在U形架的两侧，上拉杆通过U形架底部通孔压在垫块I与垫块II上端面，U形架通过第三销轴与第二杆端关节轴承连接，第二杆端关节轴承与拉力传感器通过螺纹连接，并用备紧螺母拧紧；
[0010]所述角度调节机构的涡轮蜗杆减速机固定在方形法兰盘，方形法兰盘通过螺钉固定在底座I右侧壁上，涡轮蜗杆减速机输入轴穿过固定在底座I前侧壁上的小法兰盘与第二手轮固定连接，涡轮蜗杆减速机输出轴与小齿轮通过键连接，小齿轮由固定在轴端的轴端挡板II压紧，小齿轮与底座大齿轮啮合；
[0011]所述叶片夹具机构的叶片试件上端与第四销轴铰接，叶片试件下端的上端面压在滑块1、滑块II上端凸台的下端面上。
[0012]所述风压调频机构的第二伺服电机通过螺钉固定在风箱上，第二伺服电机的输出轴通过弹性联轴器与变流量装置的输入轴连接，风箱进风口与变流量装置螺纹连接，出风嘴与变流量装置另一端螺纹连接。
[0013]所述的前板与后板均通过支撑轴I与支撑轴II连接，支撑轴I与支撑轴II上分别套有弹簧I与弹簧II，并且螺母I与螺母II分别在支撑轴I与支撑轴II上拧紧。
[0014]所述直角杠杆通过第二销轴支撑在杠杆支架I与杠杆支架II上，直角杠杆通孔两侧安装有铜套I与铜套II，第一挡板与第二挡板卡在第二销轴两端的矩形槽内并分别通过螺钉固定在杠杆支架I与杠杆支架II上。
[0015]所述连接法兰上安装拉力传感器，所述传感器的拉力信号通过数据转接卡传到计算机处理。
[0016]所述风道I的管壁上安装有风压传感器，风压传感器与风道I螺纹连接，并通过螺母VII锁紧，所述风压传感器的风压信号通过数据转接卡传到计算机处理。
[0017]所述滑块连板I与滑块连板II之间安装拉压力传感器，所述拉压力传感器的压力信号通过数据转接卡传到计算机处理。
[0018]所述底座大齿轮与小齿轮啮合，刻度盘通过螺钉固定在底座大齿轮上，指针盘套在底座大齿轮外侧并通过螺钉固定在底座I台面上。
[0019]所述滑块I通过螺钉1、11与螺母V、VI固定在底座大齿轮上的T形槽内，滑块II与滑块I对称固定在底座大齿轮上的另一条T形槽内，其固定方式与滑块I固定方式相同。
[0020]所述板弹簧和压板通过螺钉与螺母夹持在叶片试件上。
[0021]本发明的有益效果是:基于空气压缩机叶轮叶片的构造，对试验机叶片试件进行了结构设计，从叶片试件形式上更加接近真实叶片的结构形式;结合试验机对叶片试件施加的三种不同载荷，实现对空气压缩机服役过程中转速稳定和转速突变等工况程中叶片受载形式的模拟，进而准确的评价空气压缩机叶轮叶片在真实工况下的疲劳性能。该试验机采用第二加载机构(指高压鼓风机)、角度调节机构和风压调频机构，可以根据工况自由调节叶片的受风角度、风压的频率和大小，提高试验机试验结果的检测精度。另外，试验机的结构设计中包含三种不同的力学传感器，能够实时准确的监测到叶片试件所承受风压、扭矩和静态拉力的大小。
[0022]试验机通过以上结构和功能的设计，真实的模拟叶片的实际服役工况，准确的评价空气压缩机叶轮叶片在服役工况下的疲劳性能。通过该试验机对叶片疲劳性能的真实评价，能够在叶轮装机前或叶轮损伤再制造后对叶轮的疲劳性能进行评价，对提高叶轮叶片和空气压缩机性能，减少叶轮叶片疲劳失效造成的经济损失具有非常重要的意义。
【附图说明】
[0023]图1是叶片疲劳性能试验机的三维轴测图；
[0024]图2是叶片疲劳性能试验机的俯视图；
[0025]图3是叶片疲劳性能试验机的正视图(不包括第三加载机构)；
[0026]图4是叶片疲劳性能试验机的结构示意图(不包括第二、第三加载机构)；
[0027]图5是本发明第三加载机构载荷结构示意图；
[0028]图6是图2所示H处的放大图；
[0029]图7是图2所示I处的放大图；
[0030]图8是图2所示K处的放大图；
[0031]图9是图2所示L处的放大图；
[0032I图10是图4所示M处的放大图；
[0033]图11是图3所示N处的放大图；
[0034]图12是图3所示P处的放大图；
[0035]图13是叶片试件结构示意图。
[0036]在上述附图中，1.底座I，2.电动缸，3.支撑架I，4.支撑架II，5.第一杆端关节轴承，6.第一销轴，7.前板，8.螺母I，9.螺母II，10.支撑轴I，11.支撑轴II，12.弹簧I，13.弹簧II，14.后板，15.直角杠杆，16.杠杆支架I，17.杠杆支架II，18.第二销轴，19.第二伺服电机，20.高压鼓风机，21.底座II，22.风箱，23.风道I，24.风道II，25.第一挡板，26.第二挡板，27.涡轮丝杠升降机，28.第一手轮，29.连接法兰，30.第一伺服电机，31.底座III，32.电机连盘，33.平键，34.轴端挡板I，35.螺钉II 1,36.调节盘，37.直插槽，38.螺柱轴，39.摆杆，40.滑块连板1,41.拉压力传感器，42.滑块连板II，43.板弹簧，44.滚动轴承I，45.滚动轴承
11,46.轴套，47.螺母II 1,48.第五销轴，49