用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置及方法

技术领域

本发明涉及平面双轴疲劳测试技术领域，尤其是一种用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置及方法。

背景技术

先进复合材料凭借其优异的性能，目前已在航空航天等领域代替部分传统金属材料，得到了广泛的应用。在实际工程应用中，复合材料结构通常受到多轴循环载荷，从而使结构发生多轴疲劳失效。由于复合材料本身的结构特性与多轴载荷的复杂性，使其多轴疲劳的研究非常困难。针对复合材料多轴疲劳行为进行研究，通常是利用双轴疲劳试验机开展相关疲劳试验。对于平面双轴疲劳试验机，其同轴度会对试验结果产生较大影响，主要是在轴向加载或扭矩加载时产生附加的弯矩或剪切载荷，导致试验结果产生非常大的偏差，且对于纤维增强复合材料等对于同轴度敏感性高的材料会产生更大影响。

申请人经过研究发现，现有对中调整装置的结构设计不合理，调节精度较低，导致试验机的同轴度误差较大。所采有的对中调整方法人工参与度高、操作复杂，对于轴向的距离偏移和角度偏移无法进行快捷准确的调节。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置及方法，可针对距离偏移和角度偏移进行快捷、准确的调节，从而减小试验机的同轴度误差。

本发明采用的技术方案如下：

本申请提供一种用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置，包括：

连接座，一端用于与主轴加载链的输出端连接，另一端与距离调节机构相连；

距离调节机构，包括固定环、距离调节螺栓、距离调节轴和平面固定板；所述平面固定板、固定环和连接座依次连接并形成空腔，其用于容纳所述距离调节轴的一端并沿轴向对其限位；距离调节轴外侧面与所述空腔内侧面之间沿径向形成第一间隙，所述固定环的侧面设有若干与所述距离调节螺栓一一配合螺纹孔，距离调节螺栓能抵住距离调节轴以调节其偏移距离；所述距离调节轴的另一端与角度调节装置连接；

角度调节机构，包括用于与距离调节轴固连的上壳、与所述上壳固连后形成球形腔的下壳、一端伸入球形腔并与其球面配合的角度调节轴、以及角度调节螺栓；所述角度调节轴的另一端从下壳中伸出并与检测反馈机构连接；角度调节轴外侧面与下壳内侧面之间形成第二间隙，下壳的侧面设有若干与所述角度调节螺栓一一配合的螺纹孔，角度调节螺栓能抵住角度调节轴以调节其偏移角度；

检测反馈机构，包括拉压力传感器和连接轴，拉压力传感器的两端分别与所述角度调节轴和所述连接轴连接；

预紧消隙机构，包括锁紧挡圈和导向轴，所述连接轴、锁紧挡圈通过螺纹配合套接在所述导向轴上，所述导向轴末端用于连接夹具。

进一步技术方案为：

所述空腔的内侧面为固定环的内侧面，空腔的上、下端面分别为连接座的下端面和平面固定板的上端面；所述平面固定板上设有平面固定螺栓，用于将距离调节轴沿轴向锁紧在空腔内。

所述连接座通过沿其圆周一圈设置的卡槽与固定环嵌套配合并通过螺栓连接，所述平面固定板呈环形贴设在所述固定环下侧，并通过螺栓连接。

所述上壳的上端设有与距离调节轴螺纹连接的内螺纹孔，以提供轴向定位；上壳下端面和下壳上端面型面配合并通过螺栓连接，两个壳的型面配合面上分别设有半径相同的半球形腔，连接后构成所述球形腔；

所述下壳中还形成有柱形腔，与所述球形腔连通，并与距离调节轴下段的轮廓匹配，所述第二间隙形成于角度调节轴外侧面与柱形腔内侧面之间。

所述距离调节螺栓沿圆周均匀分布，并分别设有编号。

所述角度调节螺栓沿圆周均匀分布，并分别设有编号。

所述导向轴为T形，导向轴上部为用于与连接轴、锁紧挡圈配合的上连接部，导向轴下部为尺寸增大的下连接部；

锁紧挡圈设有至少一个，至少一个锁紧挡圈的上端面与连接轴下端面、至少一个锁紧挡圈的下端面与所述下连接部的上端面之间分别沿轴向压紧；

所述锁紧挡圈侧面设有预留孔，用于与扳手配合。

本申请还提供一种根据所述的用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置的对中调整方法，包括：

S1、在机架上至少一个平面坐标轴两端中的至少一端安装对中调整装置，对中调整装置一端通过连接座与主轴加载链连接，另一端通过导向轴与夹具连接；

S2、将被测试件同一坐标轴的两端分别通过对应的夹具夹持，使被测试件的至少一端与对中调整装置的夹具连接；

S3、在被测试件的中心区域粘贴应变花；

S4、通过主轴加载链在被测试件弹性形变范围内加载，对被测试件进行预拉伸；

S5、对被测试件进行拉压测试；

S6、测试完毕后，根据测试中拉压力传感器、主轴加载链以及应变花的输出数据，获得对中调整装置中角度调节螺栓、距离调节螺栓的位移；

S7、按照所述的位移，依次调节距离调节螺栓、角度调节螺栓，从而实现对偏移距离、偏移角度的调节；

S8、对被测试件进行卸载，然后重复S4至S7，直至获得的所述位移在设定范围内，完成平面双轴疲劳试验机的同轴度调节。

进一步技术方案为：

在步骤S4之后、S5之前，还包括：

通过反向调节锁紧挡圈，使锁紧挡圈上端面与连接轴下端面贴紧，以消除预拉伸时在两者之间产生的间隙。

所述平面固定板上设有平面固定螺栓，用于将距离调节轴沿轴向锁紧在所述空腔内，在调节距离调节螺栓之前，松开平面固定螺栓，在调节好距离调节螺栓之后，锁紧平面固定螺栓。

本发明的有益效果如下：

本发明装置结构设计合理，安装方便。本发明方法将对中调节过程中距离偏移和角度偏移转换成对应的调节螺栓的位移量，通过量化计算，实现同轴度误差中距离误差和角度误差的准确估计。操作方便，可重复性高，通过反复几次计算和调节，可获得较小的误差，大大提高了调节精确。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1为本发明实施例的用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置的主视图。

图2为本发明实施例的距离调节机构的剖视图。

图3为本发明实施例的角度调节机构的调节原理示意图。

图4为本发明实施例的检测反馈机构和预紧消隙机构的结构示意图。

图5为图4的剖视图。

图6为本发明实施例的对中调整方法使用的平面双轴疲劳试验机的结构示意图。

图中：1、连接座；2、固定环；3、距离调节螺栓；4、距离调节轴；5、平面固定板；6、平面固定螺栓；7、上壳；8、下壳；9、角度调节螺栓；10、角度调节轴；11、拉压力传感器；12、连接轴；13、锁紧挡圈；14、导向轴；15、主轴加载链；16、对中调整装置；17、夹具；18、机架；19、支撑腿；20、第二间隙；21、第一间隙；22、预留孔。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1

如图1所示，本实施例的用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置，包括连接座1、距离调节机构、角度调节机构、检测反馈机构及预紧消隙机构；

连接座1，一端用于与主轴加载链的输出端连接，另一端与距离调节机构相连；

距离调节机构的结构为：如图2所示，包括固定环2、距离调节螺栓3、距离调节轴4和平面固定板5；平面固定板5、固定环2和连接座1依次连接并形成空腔，其用于容纳距离调节轴4的一端并沿轴向对其限位；

距离调节轴4外侧面与空腔内侧面之间沿径向形成第一间隙21，固定环2的侧面设有若干与距离调节螺栓3一一配合螺纹孔，距离调节螺栓3能抵住距离调节轴4以调节其偏移距离；距离调节轴4的另一端与角度调节装置连接；

距离调节螺栓3优选的沿圆周均匀分布，并分别设有编号；

角度调节机构的结构为：如图3所示，包括用于与距离调节轴4固连的上壳7、与上壳7固连后形成球形腔的下壳8、一端伸入球形腔并与其球面配合的角度调节轴10以及角度调节螺栓9，角度调节轴10的另一端从下壳8中伸出并与检测反馈机构连接；

角度调节轴10外侧面与下壳8内侧面之间形成第二间隙20，下壳8的侧面设有若干与角度调节螺栓9一一配合的螺纹孔，角度调节螺栓9能抵住角度调节轴10以调节其偏移角度；

角度调节螺栓9优选的沿圆周均匀分布，并分别设有编号；

检测反馈机构的结构为：如图4和图5所示，包括拉压力传感器11和连接轴12，拉压力传感器11的两端分别与角度调节轴10和连接轴12连接；

预紧消隙机构的结构为：如图4和图5所示，包括锁紧挡圈13和导向轴14，连接轴12、锁紧挡圈13通过螺纹配合套接在导向轴14上，导向轴14末端用于连接夹具。

具体的，参见图2，空腔的内侧面为固定环2的内侧面，空腔的上、下端面分别为连接座1的下端面和平面固定板5的上端面；平面固定板5上设有平面固定螺栓6，用于将距离调节轴4沿轴向锁紧在空腔内。

具体的，参见图2，连接座1通过沿其圆周一圈设置的卡槽与固定环2嵌套配合并通过螺栓(图中未示出)连接，平面固定板5呈环形贴设在固定环2下侧，并通过螺栓(图中未示出)连接。

距离调节机构的工作原理：固定环2与连接座1锁紧连接，提供轴向固定力；平面固定板5与固定环2通过螺栓连接，限制距离调节轴4的轴向移动。通过调节距离调节螺栓3，实现距离调节轴4在平面内的径向平移，从而减小同轴度误差中的距离误差。距离调节机构的具体调节方式，参见图2，当距离调节轴4的中心轴线与待对中轴线之间存在距离偏移，松开平面固定螺栓6，由于第一间隙21的存在，将不同位置的距离调节螺栓3旋进/出，从而改变距离调节轴4的径向位置，实现距离调节轴4的中心轴线相对于待对中轴线偏移距离的调节，使得距离调节轴4的中心轴线与待对中轴线重合。调节好距离调节螺栓3之后，锁紧平面固定螺栓6，实现距离调节轴4轴向锁紧，避免工作过程中误差增大。

具体的，参见图3，上壳7的上端设有与距离调节轴4螺纹连接的内螺纹孔，以提供轴向定位；上壳7下端面和下壳8上端面型面配合并通过螺栓(图中未示出)连接，两个壳的型面配合面上分别设有半径相同的半球形腔，连接后构成球形腔，角度调节轴10的一端为尺寸与所述球形腔相匹配的球形结构，下壳8中还形成有柱形腔，与球形腔连通，并与距离调节轴4下段的轮廓匹配，第二间隙20形成于角度调节轴10外侧面与柱形腔内侧面之间。

优选的，球形结构与球形腔之间的球面配合保持较小的粗糙度和较小的配合误差，通过球面配合限制角度调节轴10移动，只保留转动自由度。

角度调节机构用于减小同轴度误差中的角度误差，其调节方式，参见图3，图3中(a)代表角度调节轴10的中心轴线与待对中轴线之间存在角度偏移，松开角度调节螺栓9，由于第二间隙22的存在，将不同位置的角度调节螺栓9旋进/出，从而改变角度调节轴10的偏转角度如图3中(a)箭头所示，实现角度调节轴10的中心轴线相对于待对中轴线偏移角度的调节，使得角度调节轴10的中心轴线与待对中轴线重合，调节后的结构如图3中(b)所示。

具体的，参见图5，导向轴14为T形，导向轴14上部为用于与连接轴12、锁紧挡圈13配合的上连接部，导向轴14下部为尺寸增大的下连接部。具体的，锁紧挡圈13设有至少一个，本实施例设置两个。预紧消隙机构的工作原理：

安装完毕使用之前，上部锁紧挡圈13的上端面与连接轴12下端面、两个锁紧挡圈13之间、下部锁紧挡圈13的下端面与导向轴14的下连接部的上端面之间分别沿轴向压紧。即端面之间无间隙。随着拉伸测试的进行，导向轴14轴向移动9(变形)，螺纹旋接在其上的锁紧挡圈13也随之移动，从而与连接轴12下端面之间形成间隙，该间隙的存在会导致后续拉伸测试时试件受力存在误差。因此通过调节锁紧挡圈13消除该间隙，具体调节方式：将锁紧挡圈13反向旋动(以将其旋紧在导向轴14上的方向为正向旋动)，提供反向扭矩，使得上部锁紧挡圈13上端与连接轴12下端面重新压紧(即锁紧挡圈13与传连接轴12接触面存在压力)，从而实现对整轴的加载链的预紧、放松和消隙的作用。

优选的，为了方便调节，在锁紧挡圈13侧面设置预留孔22，用于与扳手配合，方便对锁紧挡圈13进行调节。

优选的，拉压力传感器11设有内螺纹孔与角度调节轴10末端连接，连接轴12与拉压力传感器11型面配合并通过螺栓(图中未示出)连接。

具体的，通过设计不同尺寸的导向轴14，可根据试验需求安装不同型号的夹具17。

实施例2

参见图6，本实施例的一种用于平面双轴疲劳试验机的对中调整装置的对中调整方法，包括：

S1、在机架18上至少一个平面坐标轴两端中的至少一端安装对中调整装置16，对中调整装置16一端通过连接座1与主轴加载链15连接，另一端通过导向轴14与夹具17连接；

S2、将被测试件同一坐标轴的两端分别通过对应的夹具17夹持，使被测试件的至少一端与对中调整装置16的夹具17连接；

S3、在被测试件的中心区域粘贴应变花；

S4、通过主轴加载链15在被测试件弹性形变范围内加载，对被测试件进行预拉伸；

S5、对被测试件进行拉压测试；

S6、测试完毕后，根据测试中拉压力传感器11、主轴加载链15以及应变花的输出数据，获得对中调整装置16中角度调节螺栓9、距离调节螺栓3的位移；

S7、按照所述的位移，依次调节距离调节螺栓3、角度调节螺栓9，从而实现对偏移距离、偏移角度的调节；

S8、对被测试件进行卸载，然后重复S4至S7，直至获得的所述位移在设定范围内，完成平面双轴疲劳试验机的同轴度调节。

具体的，在步骤S4之后、S5之前，还包括：

通过反向调节锁紧挡圈13，使锁紧挡圈13上端面与连接轴12下端面贴紧，以消除预拉伸时在两者之间产生的间隙。

具体的，拉压力传感器11通过USB数据线与主机连接，主轴加载链15输出位移信息到主机上，被测试件中心区域应变花数据反馈至主机。

具体的，步骤S6中，根据测试中拉压力传感器11、主轴加载链15以及应变花的输出数据，获得角度偏移量和距离偏移量，换算后获得角度调节螺栓9、距离调节螺栓3的位移。由于螺栓设置有编号，方便观测和调节。

具体的，夹具17通过螺钉与导向轴14连接。

具体的，连接座1上端有均匀分布的通孔，通过螺栓与主轴加载链15进行连接，主轴加载链15安装在机架18上，机架18通过支撑腿19固定支撑。

本发明将对中调节过程中距离偏移和角度偏移转换成对应的调节螺栓的位移量，实现同轴度误差中距离误差和角度误差的精确、便捷调节。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。