專(zhuān)利名稱(chēng)：圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)合面技術(shù)領(lǐng)域，涉及軸與孔之間相配合的圓柱配合結(jié)合面，具體涉及一種圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)裝置，本發(fā)明還涉及一種圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
公稱(chēng)直徑相等的軸和孔之間相接觸的表面為圓柱配合結(jié)合面，以下簡(jiǎn)稱(chēng)圓柱配合結(jié)合面，圓柱配合結(jié)合面分為固定圓柱配合結(jié)合面(如軸和孔壓配合)與運(yùn)動(dòng)圓柱配合結(jié)合面兩大類(lèi)，其中的運(yùn)動(dòng)圓柱配合結(jié)合面又分為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圓柱配合結(jié)合面(如回轉(zhuǎn)滑動(dòng)軸承的軸與孔之間動(dòng)配合的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圓柱配合結(jié)合面)和直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)圓柱配合結(jié)合面(如油缸與活塞孔之間的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)圓柱配合結(jié)合面)。目前一般采用解析方法獲取圓柱配合結(jié)合面剛度，解析方法及解析結(jié)果的可靠性應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，但由于圓柱配合結(jié)合面存在于試驗(yàn)系統(tǒng)之中且其剛度特性呈非線(xiàn)性，因此對(duì)試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置要求非常嚴(yán)格，其加載和檢測(cè)方法要嚴(yán)格保證期望模型的實(shí)現(xiàn)，需要將被試對(duì)象圓柱配合結(jié)合面的特性從試驗(yàn)系統(tǒng)的特性中分離出來(lái)，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，使得這種結(jié)合面相關(guān)的剛度檢測(cè)試驗(yàn)由于試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試驗(yàn)成本高，受到了很大的局限。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能將被試對(duì)象圓柱配合結(jié)合面的特性完全從試驗(yàn)系統(tǒng)的特性中分離出來(lái)，以及由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試驗(yàn)成本高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用局限性大的問(wèn)題。本發(fā)明的另一目的是提供一種圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為，一種圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架，在框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件， 軸向加載組件通過(guò)鋼球與試件軸的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件端頭伸進(jìn)試件殼體的外殼豎直孔之中，框形試驗(yàn)臺(tái)架下壁的上平面用于固定試驗(yàn)用的試件殼體，試件殼體通過(guò)圓柱配合結(jié)合面配合連接有試件軸；在試件殼體上固定有位移傳感器al、a2、bl、b2、cl、c2、c3、c4 的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器al、a2、bl、b2、cl、c2、c3、c4,各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸。本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案為，利用上述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行徑向剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法，利用一套裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架，在框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球與試件軸的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件端頭伸進(jìn)試件殼體的外殼豎直孔之中，
在試件殼體上固定有位移傳感器al、a2、bl、b2、Cl、c2、c3、c4的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器31、32、131兒2、(31、(32、(33、(34，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸，所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套，法蘭套的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架一側(cè)外壁上，法蘭套的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿，加載螺桿伸入法蘭套的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈，擋圈的兩面加載螺桿上設(shè)置有止推軸承、徑向軸承，徑向軸承一邊的加載螺桿上設(shè)置有螺母，擋圈與套筒的端口固定連接，套筒與連接件、力傳感器、水平加載件依次套接，水平加載件通過(guò)鋼球與試件軸接觸，所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件，垂直加載件上方依次設(shè)置有力傳感器b、連接件b、套筒b，力傳感器b和連接件b通過(guò)螺釘b固定連接，套筒b下端口套壓在連接件b上表面，套筒b的上端口固定連接有擋圈b，套筒b外表面套裝有法蘭套b的筒體，法蘭套b上端的法蘭盤(pán)掛靠在框形試驗(yàn)臺(tái)架上壁的上平面，沿法蘭套b的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b，加載螺桿b通過(guò)螺紋與法蘭套b法蘭盤(pán)連接，加載螺桿b向下穿過(guò)擋圈b， 在擋圈b兩邊的加載螺桿b分別安裝有止推軸承b和徑向軸承b，徑向軸承b —邊的加載螺桿b端頭上設(shè)置有螺母b，按照以下步驟實(shí)施①調(diào)整使Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)，使I1 = I2 = L/2，即結(jié)合面偏移量e = 0，利用位移傳感器al、a2、bl和 b2進(jìn)行調(diào)整的監(jiān)視，使位移傳感器al和a2讀數(shù)值變化一致，即δ al δ a2, bl和讀數(shù)值變化為零，即δ bl 0，δ Μ 0，同時(shí)由力傳感器b監(jiān)視力傳感器b其他分力近似為零，只有沿力傳感器b的軸向分力，以保證只有徑向力FJt用，②將位移傳感器al、a2對(duì)稱(chēng)于試件殼體的圓柱孔的Z向中點(diǎn)布置，位移傳感器al、a2的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體上且安裝點(diǎn)靠近試件軸，以減少試件軸和試件殼體變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)用有限元計(jì)算試件軸和試件殼體變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除，③放松軸向加載組件，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，轉(zhuǎn)動(dòng)加載螺桿b向下微動(dòng)，使得垂直加載件對(duì)試件軸施加徑向載荷Fy，由力傳感器b測(cè)出徑向載荷FY，由位移傳感器al、a2測(cè)出試件軸和試件殼體之間的徑向相對(duì)位移Sal、Sa2，取Sy = ( δ al+δ a2)/2，即由式K徑=Fy/δ y求出徑向剛度K徑。本發(fā)明所采用的第三技術(shù)方案為，利用上述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行軸向剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法，利用一套裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架，在框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球與試件軸的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件端頭伸進(jìn)試件殼體的外殼豎直孔之中，在試件殼體上固定有位移傳感器al、a2、bl、b2、cl、c2、c3、c4的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器31、32、131兒2、(31、(32、(33、(34，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸，所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套，法蘭套的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架一側(cè)外壁上，法蘭套的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿，加載螺桿伸入法蘭套的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈，擋圈的兩面加載螺桿上設(shè)置有止推軸承、徑向軸承，徑向軸承一邊的加載螺桿上設(shè)置有螺母，擋圈與套筒的端口固定連接，套筒與連接件、力傳感器、水平加載件依次套接，水平加載件通過(guò)鋼球與試件軸接觸，所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件，垂直加載件上方依次設(shè)置有力傳感器b、連接件b、套筒b，力傳感器b和連接件b通過(guò)螺釘b固定連接，套筒b下端口套壓在連接件b上表面，套筒b的上端口固定連接有擋圈b，套筒b外表面套裝有法蘭套b的筒體，法蘭套b上端的法蘭盤(pán)掛靠在框形試驗(yàn)臺(tái)架上壁的上平面，沿法蘭套b的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b，加載螺桿b通過(guò)螺紋與法蘭套b法蘭盤(pán)連接，加載螺桿b向下穿過(guò)擋圈b， 在擋圈b兩邊的加載螺桿b分別安裝有止推軸承b和徑向軸承b，徑向軸承b —邊的加載螺桿b端頭上設(shè)置有螺母b，按照以下步驟實(shí)施①調(diào)整使Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)，使I1 = I2 = L/2，即結(jié)合面偏移量e = 0，利用位移傳感器al、a2、bl和 b2進(jìn)行調(diào)整的監(jiān)視，使位移傳感器al和a2讀數(shù)值變化一致，即δ al δ a2, bl和讀數(shù)值變化為零，即δ bl 0，δ Μ 0，同時(shí)由力傳感器b監(jiān)視力傳感器b其他分力近似為零，只有沿力傳感器b的軸向分力，以保證只有徑向力Fy作用，②將位移傳感器cl、c2、c3、 c4對(duì)稱(chēng)于圓柱配合結(jié)合面的軸心布置，監(jiān)視調(diào)整使軸向載荷&的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)重合，監(jiān)視調(diào)整至Cl C2 C3 c4,同時(shí)由力傳感器監(jiān)視其他分力近似為零，只有沿軸向的分力，各個(gè)位移傳感器的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體上且安裝點(diǎn)靠近試件軸，以減少試件軸和試件殼體變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，用有限元計(jì)算試件軸和試件殼體變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除，③首先使用徑向加載組件，轉(zhuǎn)動(dòng)徑向加載組件的加載螺桿b向下微動(dòng)，由垂直加載件對(duì)試件軸施加一定徑向力FY，由力傳感器b測(cè)出徑向載荷；然后使用軸向加載組件，轉(zhuǎn)動(dòng)軸向加載組件中的加載螺桿向右微動(dòng)，使得水平加載件對(duì)試件軸施加軸向力Fz，由力傳感器測(cè)出軸向載荷Fz，由位移傳感器cl、c2、c3、c4測(cè)出試件軸和試件殼體的軸向相對(duì)位移 S cl、δ c2, δ c3, δ。4，取 δ Z = ( δ cl+δ c2+δ c3+δ c4)/4，即由式 K 軸=Fz/ δ ζ求出在徑向載荷條件下的軸向剛度為K軸。本發(fā)明所采用的第四技術(shù)方案為，利用上述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行傾斜剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法，利用一套裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架，在框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球與試件軸的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件端頭伸進(jìn)試件殼體的外殼豎直孔之中，在試件殼體上固定有位移傳感器al、a2、bl、b2、cl、c2、c3、c4的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器31、32、131兒2、(31、(32、(33、(34，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸，所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套，法蘭套的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架一側(cè)外壁上，法蘭套的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿，加載螺桿伸入法蘭套的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈，擋圈的兩面加載螺桿上設(shè)置有止推軸承、徑向軸承，徑向軸承一邊的加載螺桿上設(shè)置有螺母，擋圈與套筒的端口固定連接，套筒與連接件、力傳感器、水平加載件依次套接，水平加載件通過(guò)鋼球與試件軸接觸，所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件，垂直加載件上方依次設(shè)置有力傳感器b、連接件b、套筒b，力傳感器b和連接件b通過(guò)螺釘b固定連接，套筒b下端口套壓在連接件b上表面，套筒b的上端口固定連接有擋圈b，套筒b外表面套裝有法蘭套b的筒體，法蘭套b上端的法蘭盤(pán)掛靠在框形試驗(yàn)臺(tái)架上壁的上平面，沿法蘭套b的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b，加載螺桿b通過(guò)螺紋與法蘭套b法蘭盤(pán)連接，加載螺桿b向下穿過(guò)擋圈b， 在擋圈b兩邊的加載螺桿b分別安裝有止推軸承b和徑向軸承b，徑向軸承b —邊的加載螺桿b端頭上設(shè)置有螺母b，按照以下步驟實(shí)施①調(diào)整使徑向載荷作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交，但偏離圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)e，結(jié)合面偏移量e興0，I1興I2 ；②將位移傳感器al、a2對(duì)稱(chēng)于試件殼體的圓柱孔的Z向中點(diǎn)布置，位移傳感器al、a2的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體上且安裝點(diǎn)靠近試件軸，以減少試件軸和試件殼體變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)用有限元計(jì)算試件軸和試件殼體變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除，③放松軸向加載組件，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，由垂直加載件對(duì)試件軸施加徑向載荷FY，由力傳感器b測(cè)出徑向載荷FY，由位移傳感器al、a2測(cè)出試件軸和試件殼體的相對(duì)位移δ al、δ a2，則由K傾=Mx/ θ χ = FYe/ ((5al-5a2)/21)求出傾斜剛度K傾。本發(fā)明的有益效果是，能夠?qū)⒈辉噷?duì)象圓柱配合結(jié)合面的特性完全從試驗(yàn)系統(tǒng)的特性中分離出來(lái)，適應(yīng)多種情況下的實(shí)驗(yàn)需求，能夠進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面徑向剛度試驗(yàn)、軸向剛度試驗(yàn)和傾斜剛度的試驗(yàn)；能夠進(jìn)行不同配合間隙與圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)；能夠進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度、傾斜剛度與徑向載荷間的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)；能夠進(jìn)行不同加工方法及加工精度對(duì)圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度非線(xiàn)性的影響試驗(yàn)；能夠進(jìn)行潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度非線(xiàn)性的影響試驗(yàn)。
圖1是本發(fā)明試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明試驗(yàn)方法進(jìn)行徑向狀態(tài)試驗(yàn)的原理示意圖；圖3是圖2的K向視圖；圖4是本發(fā)明試驗(yàn)方法進(jìn)行軸向狀態(tài)試驗(yàn)的原理示意圖；圖5是圖4的M向視圖；圖6是本發(fā)明試驗(yàn)方法進(jìn)行傾斜狀態(tài)試驗(yàn)的原理示意圖。圖中，1.試件殼體，2.試件軸，3-1.垂直加載件，3-2.水平加載件，4.鋼球，5.力傳感器，6.連接件，7.螺釘，8.螺母，9.套筒，10.徑向軸承，11.擋圈，12.止推軸承，13.法蘭套，14.加載螺桿，15.框形試驗(yàn)臺(tái)架，20.徑向軸承b，21.擋圈b，22.止推軸承b，23.法蘭套b，24.加載螺桿b，25.力傳感器b，26.連接件b，27.螺釘b，28.螺母b，29.套筒b ；另外，e為圓柱配合結(jié)合面偏移量，LSe = O時(shí)的圓柱配合結(jié)合面長(zhǎng)度，al、a2、 bl、b2、cl、c2、c3、c4均為位移傳感器，D為圓柱配合結(jié)合面公稱(chēng)直徑。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1，本發(fā)明試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)是，包括框形試驗(yàn)臺(tái)架15，在框形試驗(yàn)臺(tái)架15側(cè)壁內(nèi)部沿圓柱配合結(jié)合面水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球4與試件軸2的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架15頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件3-1端頭伸進(jìn)試件殼體1的豎直孔中。參照?qǐng)D2-圖6，在試件殼體1上固定有位移傳感器al、a2、bl、1^2、cl、c2、c3、c4 的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器al、a2、bl、b2、cl、c2、c3、c4,各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸2。各個(gè)位移傳感器的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體1上且安裝點(diǎn)盡量靠近試件軸2。其中的位移傳感器al、a2用于測(cè)量試件軸2與試件殼體1的徑向相對(duì)位移，同時(shí)用于圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)視調(diào)整，使徑向載荷作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)垂直且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)(監(jiān)視調(diào)整至 δ B1 ^ δ a2),其中的位移傳感器bl、l32用于圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)視調(diào)整，使徑向載荷FyW作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交(監(jiān)視調(diào)整至Sb1^o, δ b2 ^ 0),其中的位移傳感器cl、c2、c3、c4用于測(cè)量測(cè)出試件軸2和試件殼體1的軸向相對(duì)位移，同時(shí)用于圓柱配合結(jié)合面軸向剛度試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)視調(diào)整，使軸向載荷Fz的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)重合(監(jiān)視調(diào)整至C1 C2 C3 c4)。力傳感器5為三向型力傳感器，用于測(cè)量軸向載荷Fz，同時(shí)用于圓柱配合結(jié)合面軸向剛度試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)視調(diào)整，使軸向載荷Fz作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)重合(監(jiān)視調(diào)整至力傳感器5其他分力近似為零，只有沿力傳感器5的軸向分力，即為圓柱配合結(jié)合面的軸向載荷Fz)。力傳感器1^25為三向型力傳感器，用于測(cè)量徑向載荷Fy，同時(shí)用于圓柱配合結(jié)合面徑向、軸向剛度試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)視調(diào)整，使徑向載荷Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)(監(jiān)視調(diào)整至力傳感器b25其他分力近似為零，只有沿力傳感器1^25的軸向分力，即為圓柱配合結(jié)合面的徑向載荷Fy)。徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件3-1，垂直加載件3-1上方依次設(shè)置有力傳感器1^25、連接件1^26、套筒1^29，力傳感器b25和連接件1^6通過(guò)螺釘1^27固定連接，套筒1^9下端口套壓在連接件1^6上表面，套筒1^29的上端口固定連接有擋圈1^21，套筒1^9 外表面套裝有法蘭套b23的筒體，法蘭套b23上端的法蘭盤(pán)固定在框形試驗(yàn)臺(tái)架15上壁的上平面，沿法蘭套1^23的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿1^24，加載螺桿bM通過(guò)螺紋與法蘭套 b23法蘭盤(pán)連接，加載螺桿1^24向下穿過(guò)擋圈1^21，在擋圈b21兩邊的加載螺桿bM上分別安裝有止推軸承b22和徑向軸承1^20，徑向軸承b20 —邊的加載螺桿bM端頭上設(shè)置有螺母 b28 ；止推軸承b22上端的安裝孔與加載螺桿1^24的軸徑配合套接，止推軸承1^22的上端面與加載螺桿bM的軸肩面壓緊，止推軸承1^22的下端面壓緊在擋圈1^21的上端面，套筒 b29的外徑與發(fā)蘭套1^23的內(nèi)孔配合，徑向軸承1^20的孔與加載螺桿bM下部的軸徑配合，徑向軸承1^20的外徑與套筒1^29的內(nèi)孔配合，徑向軸承1^20的外環(huán)的上端面壓在擋圈b21 的下端面，螺母套在加載螺桿bM下端的螺紋上，壓在徑向軸承1^20的內(nèi)環(huán)下端面，連接件1^6上端外徑與套筒1^9下端臺(tái)階內(nèi)孔配合并固定連接，連接件1^6下端內(nèi)孔與力傳感器b25外徑配合，力傳感器b25的下端與垂直加載件3-1固定連接，垂直加載件3-1下部的圓桿穿過(guò)試件殼體1的豎直孔并壓在試件軸2上。軸向加載組件的結(jié)構(gòu)與徑向加載組件相似，只是沿水平設(shè)置，包括法蘭套13，法蘭套13的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架15—側(cè)(左側(cè))外壁上，法蘭套13的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架15側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套13的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿14，加載螺桿14伸入法蘭套13的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈11，擋圈11的兩面加載螺桿14上設(shè)置有止推軸承 12、徑向軸承10，徑向軸承10 —邊的加載螺桿14上設(shè)置有螺母8，擋圈11與套筒9的端口固定連接，套筒9與連接件6、力傳感器5、水平加載件3-2依次套接，水平加載件3-2通過(guò)鋼球4與試件軸2接觸；止推軸承12左端的安裝孔與加載螺桿14中部的軸徑配合，止推軸承12左端面與加載螺桿14的軸肩面壓緊，擋圈11與套筒9端口固定連接，止推軸承12右端面經(jīng)過(guò)擋圈 11壓緊在套筒9的左端面，套筒9的外徑與發(fā)蘭套12的筒體內(nèi)孔配合，徑向軸承10的安裝孔與加載螺桿14右端的軸徑配合，徑向軸承10的外徑與套筒9的內(nèi)孔配合，徑向軸承10 的外環(huán)左端面壓在擋圈11的右端面；螺母8套在加載螺桿14右端的螺紋上，并壓在徑向軸承10的內(nèi)環(huán)右端面；連接件6左端外徑與套筒9凸臺(tái)內(nèi)孔配合并固定連接，連接件6右端內(nèi)孔與力傳感器5外徑配合，螺釘7將連接件6與力傳感器5固定連接，力傳感器5的右端與水平加載件3-2固定連接，水平加載件3-2壓在鋼球4上，鋼球4壓在試件軸2的中心孔內(nèi)。每個(gè)加載組件中的加載螺桿、法蘭套、套筒、擋圈、連接件、力傳感器和加載件的中軸線(xiàn)位于同一條直線(xiàn)上，當(dāng)對(duì)試件軸2和殼體1之間圓柱配合結(jié)合面進(jìn)行徑向加載時(shí)，該徑向直線(xiàn)與試件軸2的中軸線(xiàn)Z垂直相交；當(dāng)對(duì)試件軸2和殼體1之間圓柱配合結(jié)合面進(jìn)行軸向加載時(shí)，該軸向直線(xiàn)與試件軸2的中軸線(xiàn)Z位于同一條直線(xiàn)上。利用本發(fā)明的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)方法，按照以下步驟根據(jù)不同情況實(shí)施預(yù)先安裝試驗(yàn)部件，如圖1所示，試件軸2由軸體和兩個(gè)軸頭組成，兩個(gè)軸頭分別位于軸體的兩端，三者的中軸線(xiàn)位于同一條直線(xiàn)Z上；軸體設(shè)置在試件殼體1的水平通孔內(nèi)，兩者通過(guò)圓柱配合結(jié)合面配合連接。將試件殼體1固定在框形試驗(yàn)臺(tái)架15下壁的上平面，試件軸2與試件殼體1通過(guò)圓柱配合結(jié)合面配合連接；試件軸2向上與框形試驗(yàn)臺(tái)架15 上壁之間的徑向加載組件接觸，試件軸2向左與框形試驗(yàn)臺(tái)架15左側(cè)壁之間的軸向加載組件，通過(guò)鋼球4壓在試件軸2的中心孔內(nèi)。1)徑向剛度試驗(yàn)方法參照?qǐng)D1、圖2、圖3，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，測(cè)出在徑向力Fy作用下由于圓柱配合結(jié)合面接觸變形而產(chǎn)生的試件軸2與試件殼體1的徑向相對(duì)位移δ y，則圓柱配合結(jié)合面徑向剛度為Ke= Fy/ δ y，具體的試驗(yàn)方法是，①調(diào)整HFy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)(參照?qǐng)D2，使I1 = I2 = L/2， 即結(jié)合面偏移量e = 0)，利用位移傳感器al、a2、bl和進(jìn)行調(diào)整的監(jiān)視(參照?qǐng)D2、圖3)，使位移傳感器al和a2讀數(shù)值變化一致，即δ al δ a2，bl和讀數(shù)值變化為零，即 δ bl 0，5b2^0,同時(shí)由力傳感器b25監(jiān)視力傳感器b25其他分力近似為零，只有沿力傳感器1^25的軸向分力，以保證只有徑向力FJt用，②將位移傳感器al、a2對(duì)稱(chēng)于試件殼體1的圓柱孔的Z向中點(diǎn)布置(圖2的1)，位移傳感器al、a2的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體 1上且安裝點(diǎn)盡量靠近試件軸2，以減少試件軸2和試件殼體1變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響(同時(shí)用有限元計(jì)算試件軸2和試件殼體1變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除)，③放松軸向加載組件，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，轉(zhuǎn)動(dòng)加載螺桿1^24向下微動(dòng)，使得垂直加載件3-1對(duì)試件軸2施加徑向載荷FY，由力傳感器1^25測(cè)出徑向載荷FY，由位移傳感器al、a2測(cè)出試件軸2和試件殼體1之間的徑向相對(duì)位移δ al、δ a2，取δ y = ( δ al+ δ a2)/2,即由式Κ δ = Fy/Sy求出徑向剛度K徑。2)軸向剛度試驗(yàn)方法參照?qǐng)D1、圖4、圖5，由于試驗(yàn)的圓柱配合結(jié)合面只有當(dāng)徑向力存在時(shí)才能承受軸向力，故同時(shí)使用軸向加載組件和徑向加載組件，在施加一定徑向力Fy的條件下再施加軸向力Fz(應(yīng)保證不產(chǎn)生宏觀位移)，測(cè)出在FY、FZ作用下由于圓柱配合結(jié)合面接觸變形而產(chǎn)生的試件軸2與試件殼體1的軸向相對(duì)位移δ z，則圓柱配合結(jié)合面軸向剛度為Ktt= Fz/ δ ζ，具體的試驗(yàn)方法是，①調(diào)整使Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)(如圖4，使I1 = I2 = L/2，即結(jié)合面偏移量e = 0)，調(diào)整方法與徑向剛度試驗(yàn)方法相同，②將位移傳感器cl、c2、c3、c4對(duì)稱(chēng)于圓柱配合結(jié)合面的軸心布置(參照?qǐng)D4、圖5)，監(jiān)視調(diào)整使軸向載荷Fz的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)重合 (監(jiān)視調(diào)整至C1 C2 C3 c4,同時(shí)由力傳感器5監(jiān)視力傳感器5其他分力近似為零，只有沿力傳感器5軸向的分力)，各個(gè)位移傳感器的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體1上且安裝點(diǎn)盡量靠近試件軸2，以減少試件軸2和試件殼體1變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，用有限元計(jì)算試件軸2和試件殼體1變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除，③首先使用徑向加載組件，轉(zhuǎn)動(dòng)徑向加載組件的加載螺桿1^24向下微動(dòng)，由垂直加載件3-1對(duì)試件軸2施加一定徑向力FY，由力傳感器b25測(cè)出徑向載荷；然后使用軸向加載組件，轉(zhuǎn)動(dòng)軸向加載組件中的加載螺桿14向右微動(dòng)，使得水平加載件3-2對(duì)試件軸2施加軸向力Fz，由力傳感器5測(cè)出軸向載荷Fz，由位移傳感器c Uc2.c3.c4測(cè)出試件軸2和試件殼體1的軸向相對(duì)位移δ cl、δ c2、δ c3、 δ c4,取δΖ= (6(；1+6(；2+6(；3+6(；4)/4，即由式1(軸= 2/62求出在一定徑向載荷條件下的軸向剛度為Ktt。軸向載荷與軸向相對(duì)位移為線(xiàn)性關(guān)系，改變軸向載荷，還能夠進(jìn)行一定徑向載荷條件下的軸向載荷與軸向相對(duì)位移的線(xiàn)性關(guān)系驗(yàn)證試驗(yàn)。3)傾斜剛度試驗(yàn)方法使用徑向加載組件進(jìn)行加載，施加徑向力Fy且使其作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z 軸軸線(xiàn)正交，但作用線(xiàn)偏離圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)，結(jié)合面偏移量e，徑向力Fy產(chǎn)生的力矩Mx = FYe，測(cè)出在徑向力Fy作用下由于圓柱配合結(jié)合面接觸變形而產(chǎn)生的試件軸2與試件殼體1的徑向相對(duì)位移S al、δ a2，則相對(duì)角位移θ χ = ( δ al- δ a2)/21,圓柱配合結(jié)合面傾斜剛度為Ke= Mx/ θ χ，具體的試驗(yàn)方法是，①調(diào)整使徑向載荷Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交，但偏離圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)e (圖6，結(jié)合面偏移量e興0， I1 Φ I2)；②各個(gè)位移傳感器安裝與徑向剛度試驗(yàn)方法相同；③放松軸向加載組件，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，由垂直加載件對(duì)試件軸2施加徑向載荷FY，由力傳感器b25測(cè)出徑向載荷FY，由位移傳感器al、a2測(cè)出試件軸2和試件殼體1的相對(duì)位移δ al、δ a2,則由K傾 =Mx/ θ χ = FYe/(( δ al- δ a2)/21)求出傾斜剛度(又稱(chēng)角剛度)K傾。4)配合間隙與圓柱配合結(jié)合面剛度的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)方法設(shè)試件殼體1和試件軸2的實(shí)際直徑分別為Dp D2，更換不同試件殼體1和試件軸2，改變Dp D2的配合間隙大小，可以進(jìn)行正間隙(Di>D2)、零間隙(D1 = D2)、負(fù)間隙(D1 < D2)等不同配合間隙與圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)。5)徑向載荷與圓柱配合結(jié)合面剛度的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)方法徑向載荷與圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度是非線(xiàn)性關(guān)系，改變徑向力Fy進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面徑向剛度Ke與徑向載荷Fy間的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)；改變徑向力Fy進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面軸向剛度Ktt與徑向載荷Fy間的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)；改變徑向力Fy 進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面徑向剛度Ke與徑向載荷Fy間的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)。6)加工方法及精度對(duì)圓柱配合結(jié)合面剛度非線(xiàn)性的影響試驗(yàn)方法更換不同加工方法及加工精度的試件殼體1和試件軸2，能夠進(jìn)行不同加工方法及加工精度對(duì)圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度非線(xiàn)性的影響試驗(yàn)。7)圓柱配合結(jié)合面之間潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)圓柱配合結(jié)合面剛度非線(xiàn)性的影響試驗(yàn)方法改變圓柱配合結(jié)合面之間的潤(rùn)滑情況，分別采用無(wú)潤(rùn)滑介質(zhì)(干)、油潤(rùn)滑(分別采用不同型號(hào)的潤(rùn)滑油)、脂潤(rùn)滑，能夠進(jìn)行潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)圓柱配合結(jié)合面徑向剛度、軸向剛度和傾斜剛度非線(xiàn)性的影響試驗(yàn)。綜上所述，本發(fā)明試驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)上述的七種不同情況下的剛度試驗(yàn)，精度高， 工作效率高，操作簡(jiǎn)單，容易推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)裝置，其特征在于包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球(4)與試件軸O)的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件(3-1)端頭伸進(jìn)試件殼體(1)的外殼豎直孔之中，框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 下壁的上平面用于固定試驗(yàn)用的試件殼體(1)，試件殼體(1) 通過(guò)圓柱配合結(jié)合面配合連接有試件軸O)；在試件殼體(1)上固定有位移傳感器al、a2、 bl、b2、cl、c2、c3、c4的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器al、a2、bl、b2、 cl、c2、c3、c4，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套(13)，法蘭套(1 的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 一側(cè)外壁上，法蘭套(1 的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套(1 的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿(14)，加載螺桿(14)伸入法蘭套(1 的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈(11)， 擋圈(11)的兩面加載螺桿(14)上設(shè)置有止推軸承(12)、徑向軸承(10)，徑向軸承(10) — 邊的加載螺桿(14)上設(shè)置有螺母(8)，擋圈(11)與套筒(9)的端口固定連接，套筒(9)與連接件(6)、力傳感器(5)、水平加載件(3- 依次套接，水平加載件(3- 通過(guò)鋼球(4)與試件軸⑵接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件(3-1)，垂直加載件(3-1)上方依次設(shè)置有力傳感器b (25)、連接件、套筒，力傳感器M25)和連接件M26)通過(guò)螺釘M27)固定連接，套筒M29)下端口套壓在連接件M26)上表面，套筒M29)的上端口固定連接有擋圈b (21)，套筒M29)外表面套裝有法蘭套bo； )的筒體，法蘭套bo； )上端的法蘭盤(pán)固定在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 上壁的上平面，沿法蘭套bo； )的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b (M)，加載螺桿M24)通過(guò)螺紋與法蘭套M23)法蘭盤(pán)連接，加載螺桿M24)向下穿過(guò)擋圈b(21)，在擋圈M21)兩邊的加載螺桿M24)上分別安裝有止推軸承M2》和徑向軸承b(20)，徑向軸承M20) —邊的加載螺桿 b (24)端頭上設(shè)置有螺母b (28)。
4.利用權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行徑向剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法，其特征在于，利用一套裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球⑷與試件軸⑵的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件 (3-1)端頭伸進(jìn)試件殼體(1)的外殼豎直孔之中，在試件殼體⑴上固定有位移傳感器31、￡12、131、132、(31、(32、(33、(34的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器31、32、131兒2、(31、(32、(33、(34，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸(2)，所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套(13)，法蘭套(1 的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 一側(cè)外壁上，法蘭套(1 的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架 (15)側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套(1 的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿(14)，加載螺桿(14)伸入法蘭套(1 的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈(11)，擋圈(11)的兩面加載螺桿(14)上設(shè)置有止推軸承(12)、徑向軸承(10)，徑向軸承(10) —邊的加載螺桿(14)上設(shè)置有螺母(8)，擋圈 (11)與套筒(9)的端口固定連接，套筒(9)與連接件(6)、力傳感器(5)、水平加載件(3-2)依次套接，水平加載件(3- 通過(guò)鋼球(4)與試件軸( 接觸，所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件(3-1)，垂直加載件(3-1)上方依次設(shè)置有力傳感器b(25)、連接件、套筒，力傳感器M2Q和連接件M26)通過(guò)螺釘 b(27)固定連接，套筒M29)下端口套壓在連接件M26)上表面，套筒M29)的上端口固定連接有擋圈b(21)，套筒M29)外表面套裝有法蘭套bo； )的筒體，法蘭套M2!3)上端的法蘭盤(pán)掛靠在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 上壁的上平面，沿法蘭套bo； )的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b(M)，加載螺桿M24)通過(guò)螺紋與法蘭套bo； )法蘭盤(pán)連接，加載螺桿M24)向下穿過(guò)擋圈b(21)，在擋圈M21)兩邊的加載螺桿M24)上分別安裝有止推軸承M22)和徑向軸承 b(20)，徑向軸承M20) —邊的加載螺桿M24)端頭上設(shè)置有螺母M28)，按照以下步驟實(shí)施①調(diào)整使Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)，使I1 = I2 = L/2，即結(jié)合面偏移量e = 0，利用位移傳感器al、a2、bl和Μ進(jìn)行調(diào)整的監(jiān)視，使位移傳感器al和a2讀數(shù)值變化一致，S卩Sal δ a2，bl和M讀數(shù)值變化為零，S卩Sbl 0，δ W 0，同時(shí)由力傳感器M25)監(jiān)視力傳感器Μ25)其他分力近似為零，只有沿力傳感器b (25)的軸向分力，以保證只有徑向力Fy作用，②將位移傳感器al、 a2對(duì)稱(chēng)于試件殼體(1)的圓柱孔的Z向中點(diǎn)布置，位移傳感器al、a2的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體(1)上且安裝點(diǎn)靠近試件軸( ，以減少試件軸( 和試件殼體(1)變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)用有限元計(jì)算試件軸( 和試件殼體(1)變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除， ③放松軸向加載組件，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，轉(zhuǎn)動(dòng)加載螺桿b (24)向下微動(dòng)，使得垂直加載件(3-1)對(duì)試件軸( 施加徑向載荷FY，由力傳感器M2Q測(cè)出徑向載荷FY，由位移傳感器al、a2測(cè)出試件軸(2)和試件殼體(1)之間的徑向相對(duì)位移Sal、Sa2，取Sy = (δ al+ δ a2)/2,即由式K徑=Fy/ δ y求出徑向剛度K徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的試驗(yàn)方法，其特征在于分別改變?cè)嚰S( 和試件殼體(1) 的圓柱配合結(jié)合面配合間隙、不同加工方法及加工精度、潤(rùn)滑介質(zhì)及徑向載荷的大小等條件，進(jìn)行上述條件與圓柱配合結(jié)合面徑向剛度Ke的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)。
6.利用權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行軸向剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法，其特征在于，利用一套裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球⑷與試件軸⑵的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件 (3-1)端頭伸進(jìn)試件殼體(1)的外殼豎直孔之中，在試件殼體⑴上固定有位移傳感器31、￡12、131、132、(31、(32、(33、(34的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器31、32、131兒2、(31、(32、(33、(34，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸(2)，所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套(13)，法蘭套(1 的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 一側(cè)外壁上，法蘭套(1 的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架 (15)側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套(1 的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿(14)，加載螺桿(14)伸入法蘭套(1 的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈(11)，擋圈(11)的兩面加載螺桿(14)上設(shè)置有止推軸承(12)、徑向軸承(10)，徑向軸承(10) —邊的加載螺桿(14)上設(shè)置有螺母(8)，擋圈 (11)與套筒(9)的端口固定連接，套筒(9)與連接件(6)、力傳感器(5)、水平加載件(3-2)依次套接，水平加載件(3- 通過(guò)鋼球(4)與試件軸( 接觸，所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件(3-1)，垂直加載件(3-1)上方依次設(shè)置有力傳感器b(25)、連接件、套筒，力傳感器M2Q和連接件M26)通過(guò)螺釘 b(27)固定連接，套筒M29)下端口套壓在連接件M26)上表面，套筒M29)的上端口固定連接有擋圈b(21)，套筒M29)外表面套裝有法蘭套bo； )的筒體，法蘭套M2!3)上端的法蘭盤(pán)掛靠在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 上壁的上平面，沿法蘭套bo； )的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b(M)，加載螺桿M24)通過(guò)螺紋與法蘭套bo； )法蘭盤(pán)連接，加載螺桿M24)向下穿過(guò)擋圈b(21)，在擋圈M21)兩邊的加載螺桿M24)上分別安裝有止推軸承M22)和徑向軸承 b(20)，徑向軸承M20) —邊的加載螺桿M24)端頭上設(shè)置有螺母M28)，按照以下步驟實(shí)施①調(diào)整使Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交且作用點(diǎn)在圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)，使I1 = I2 = L/2，即結(jié)合面偏移量e = 0，利用位移傳感器al、a2、bl和Μ進(jìn)行調(diào)整的監(jiān)視，使位移傳感器al和a2讀數(shù)值變化一致，S卩Sal δ a2，bl和M讀數(shù)值變化為零，S卩Sbl 0，δ W 0，同時(shí)由力傳感器M25)監(jiān)視力傳感器Μ25)其他分力近似為零，只有沿力傳感器Μ25)的軸向分力，以保證只有徑向力FJt用，②將位移傳感器Cl、 c2、c3、c4對(duì)稱(chēng)于圓柱配合結(jié)合面的軸心布置，監(jiān)視調(diào)整使軸向載荷Fz的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)重合，監(jiān)視調(diào)整至Cl C2 C3 c4,同時(shí)由力傳感器(5)監(jiān)視其他分力近似為零，只有沿軸向的分力，各個(gè)位移傳感器的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體(1)上且安裝點(diǎn)靠近試件軸O)，以減少試件軸( 和試件殼體(1)變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，用有限元計(jì)算試件軸( 和試件殼體(1)變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除，③首先使用徑向加載組件，轉(zhuǎn)動(dòng)徑向加載組件的加載螺桿M24)向下微動(dòng)，由垂直加載件(3-1)對(duì)試件軸(2)施加一定徑向力FY，由力傳感器M2Q測(cè)出徑向載荷；然后使用軸向加載組件，轉(zhuǎn)動(dòng)軸向加載組件中的加載螺桿(14)向右微動(dòng)，使得水平加載件(3- 對(duì)試件軸( 施加軸向力Fz，由力傳感器(5)測(cè)出軸向載荷Fz，由位移傳感器cl、c2、c3、c4測(cè)出試件軸⑵和試件殼體⑴ 的軸向相對(duì)位移S cl、δ c2, δ c3, δ c4,取SZ= ( Scl+δ C2+δ C3+δ C4)/4，即由式K軸=Fz/δ z求出在徑向載荷條件下的軸向剛度為Ktt。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的試驗(yàn)方法，其特征在于分別改變?cè)嚰S( 和試件殼體(1) 的圓柱配合結(jié)合面配合間隙、不同加工方法及加工精度、潤(rùn)滑介質(zhì)及徑向載荷的大小等條件，進(jìn)行上述條件與圓柱配合結(jié)合面軸向剛度Ktt的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)。
8.利用權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行傾斜剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)的方法，其特征在于，利用一套裝置，包括一個(gè)框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(15)側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球⑷與試件軸⑵的一端接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件 (3-1)端頭伸進(jìn)試件殼體(1)的外殼豎直孔之中，在試件殼體⑴上固定有位移傳感器31、￡12、131、132、(31、(32、(33、(34的安裝支架，每個(gè)安裝支架之中分別設(shè)置有位移傳感器31、32、131丄2、(31、(32、(33、(34，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸(2)，所述的軸向加載組件的結(jié)構(gòu)是，沿水平方向設(shè)置，包括法蘭套(13)，法蘭套(1 的法蘭盤(pán)固定扣壓在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 一側(cè)外壁上，法蘭套(1 的筒體伸入框形試驗(yàn)臺(tái)架 (15)側(cè)壁之內(nèi)，法蘭套(1 的軸心通過(guò)螺紋連接有加載螺桿(14)，加載螺桿(14)伸入法蘭套(1 的筒體內(nèi)的桿上設(shè)置有擋圈(11)，擋圈(11)的兩面加載螺桿(14)上設(shè)置有止推軸承(12)、徑向軸承(10)，徑向軸承(10) —邊的加載螺桿(14)上設(shè)置有螺母(8)，擋圈 (11)與套筒(9)的端口固定連接，套筒(9)與連接件(6)、力傳感器(5)、水平加載件(3-2) 依次套接，水平加載件(3- 通過(guò)鋼球(4)與試件軸( 接觸，所述的徑向加載組件的結(jié)構(gòu)是，包括垂直加載件(3-1)，垂直加載件(3-1)上方依次設(shè)置有力傳感器b(25)、連接件、套筒，力傳感器M2Q和連接件M26)通過(guò)螺釘 b(27)固定連接，套筒M29)下端口套壓在連接件M26)上表面，套筒M29)的上端口固定連接有擋圈b(21)，套筒M29)外表面套裝有法蘭套bo； )的筒體，法蘭套M2!3)上端的法蘭盤(pán)掛靠在框形試驗(yàn)臺(tái)架(1 上壁的上平面，沿法蘭套bo； )的法蘭盤(pán)軸心安裝有加載螺桿b(M)，加載螺桿M24)通過(guò)螺紋與法蘭套bo； )法蘭盤(pán)連接，加載螺桿M24)向下穿過(guò)擋圈b(21)，在擋圈M21)兩邊的加載螺桿M24)上分別安裝有止推軸承M22)和徑向軸承 b(20)，徑向軸承M20) —邊的加載螺桿M24)端頭上設(shè)置有螺母M28)，按照以下步驟實(shí)施①調(diào)整使徑向載荷Fy的作用線(xiàn)與圓柱配合結(jié)合面的Z軸軸線(xiàn)正交，但偏離圓柱配合結(jié)合面的Z向中點(diǎn)e，結(jié)合面偏移量e興0，I1興I2 ；②將位移傳感器al、a2對(duì)稱(chēng)于試件殼體 (1)的圓柱孔的Z向中點(diǎn)布置，位移傳感器al、a2的支架對(duì)稱(chēng)安裝在試件殼體(1)上且安裝點(diǎn)靠近試件軸O)，以減少試件軸( 和試件殼體(1)變形對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)用有限元計(jì)算試件軸( 和試件殼體(1)變形，將其影響從檢測(cè)結(jié)果中扣除，③放松軸向加載組件，使用徑向加載組件進(jìn)行加載，由垂直加載件對(duì)試件軸⑵施加徑向載荷Fy，由力傳感器 b(25)測(cè)出徑向載荷FY，由位移傳感器al、a2測(cè)出試件軸⑵和試件殼體⑴的相對(duì)位移 δ al、δ a2，則由 K傾=Mx/ θ χ = FYe/(( δ al- δ a2)/21)求出傾斜剛度 K傾。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的試驗(yàn)方法，其特征在于分別改變?cè)嚰S( 和試件殼體(1) 的圓柱配合結(jié)合面配合間隙、不同加工方法及加工精度、潤(rùn)滑介質(zhì)及徑向載荷的大小等條件，進(jìn)行上述條件與圓柱配合結(jié)合面傾斜剛度Ke的非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明的圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)裝置，包括在框形試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)壁內(nèi)部沿水平中心線(xiàn)設(shè)置有軸向加載組件，軸向加載組件通過(guò)鋼球與試件軸接觸，在框形試驗(yàn)臺(tái)架頂板向下沿豎直中心線(xiàn)設(shè)置有徑向加載組件，徑向加載組件的垂直加載件端頭伸進(jìn)試件殼體的外殼之中，試件殼體固定在框形試驗(yàn)臺(tái)架下壁的上平面，試件軸與試件殼體通過(guò)圓柱配合結(jié)合面配合連接；在試件殼體上固定有多個(gè)位移傳感器，各個(gè)位移傳感器組件的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)試件軸。本發(fā)明還公開(kāi)了利用上述裝置進(jìn)行進(jìn)行圓柱配合結(jié)合面的剛度及非線(xiàn)性關(guān)系的試驗(yàn)方法。本發(fā)明裝置及方法，適應(yīng)多種情況下的圓柱配合結(jié)合面徑向、軸向和傾斜剛度非線(xiàn)性關(guān)系試驗(yàn)，精確度高。
文檔編號(hào)G01M5/00GK102410923SQ201110224330
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者劉耀, 張廣鵬, 惠燁, 高創(chuàng), 黃玉美 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)