一種柔性體扭轉剛度測試臺的制作方法

本發明涉及一種外載荷加載測試臺，尤其涉及一種柔性體扭轉剛度測試臺。

背景技術：

柔性體與彈性軸承結構類似，其內襯與外殼均是金屬材料，內部為金屬片與橡膠夾層的結構，鋼板與橡膠之間添加粘合劑，最后通過高溫硫化的方式制成。

張力腿平臺中的頂部與底部筋腱連接器中均有柔性體為筋腱提供柔性，從而在張力腿平臺受到海上風浪影響時為其提供支撐，是其核心受力部件。然而，橡膠是一種高分子材料，其材料特性是典型的超彈性，與普通的金屬材料不同，橡膠材料受力以后，只采用電腦仿真無法精準的計算出其力學特性，故需設計特定的剛度測試臺，從而保證柔性體的性能。

類似的測試臺，如中國專利公開號CN 204495559 U，授權公告日2015年7月22日，發明創造的名稱為一種彈性軸承扭轉剛度測試裝置，該申請公開了一種螺旋槳用彈性軸承測試裝置，其不足之處在于結構復雜，且需將試件成對放置才能使用。

技術實現要素：

本發明的目的是為了提供一種柔性體扭轉剛度測試臺，可以將豎直載荷利用柔性體的受壓變形特性轉化為扭轉載荷，滿足對于較大測試力的要求，且噪聲低、振動小。

本發明的目的是這樣實現的：包括底座、倒置在底座上的柔性體、設置在柔性體上端的加載蓋板，還包括頂板、豎直設置在頂板下端的限位柱，頂板的下端面由上至下還依次設置固定塊、上轉軸、力傳感器、下轉軸和加載塊，固定塊的兩側分別通過螺栓連接有一上側板，加載塊的兩側分別通過螺栓連接有一下側板，每個上側板和下側板上均設置有圓形通孔，所述固定塊的上端面與頂板的下端面固連，固定塊的下端面設置有與上轉軸配合的半圓形凹槽，上轉軸與力傳感器的上端固連且上轉軸設置在兩個上側板之間，所述下轉軸與力傳感器的下端固連且下轉軸設置在兩個下側板之間，所述加載塊的上端面設置有與下轉軸配合的半圓形凹槽，所述加載蓋板的一端設置有與限位柱配合的限位塊，限位塊的上表面是楔形面，所述加載蓋板的另一端設置有與加載塊下端面配合加載塊卡槽，所述加載蓋板上還設置有角度傳感器。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述柔性體由外至內依次是柔性體外殼、柔性體鋼板、柔性體橡膠、柔性體內襯，加載蓋板中心設置有線纜口，所述柔性體橡膠的表面設置有應變片，所述柔性體內襯的上端與加載蓋板下表面設置的圈楔形凹槽契合。

2.所述上轉軸和下轉軸均是兩端直徑小于中間部分直徑的階梯軸，且中間部分的長度與力傳感器的長度、固定塊的長度以及加載塊的長度相等，且階梯軸的兩端部分別與對應的側板上的圓形通孔配合，加載塊和固定塊上的半圓形凹槽的直徑大于階梯軸中間部分的直徑。

3.所述底座的下端安裝在壓力試驗機的下平臺上、所述頂板的上端安裝在壓力試驗機的上平臺上。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：1.本發明可以通過更換柔性體底座和蓋板來對不同型號的柔性體進行檢測，實現了在一臺測試臺上對不同型號柔性體剛度特性的檢測，通用型好；2.本發明采用厚度一定的加載蓋板可以使得柔性體扭轉軸線與柔性體半球形鋼板球心重疊，消除了軸線球心之差帶來的額外轉矩，提高了試驗精準度；3.本發明采用與壓力試驗機配合加載的形式，壓力僅通過三次接觸傳遞到柔性體上并轉化為扭矩，配合力、角度傳感器，具有較高的傳遞效率及測量精度，并且省略加力裝置，節約了空間及成本。

附圖說明

圖1為本發明的軸測圖；

圖2為本發明的右45°結構示意圖；

圖3為本發明的剖視圖；

圖4為本發明加載裝置主要部件的分解圖；

圖5為本發明的上(下)轉軸的軸測圖。

圖6為本發明的工作原理圖。

圖中：11.底座、12.柔性體、120.柔性體外殼、121.柔性體鋼板、122.柔性體橡膠、123.柔性體內襯、13.加載塊卡槽、14.加載蓋板、15.角度傳感器、16.線纜口、17.螺釘、21.加載塊、22.下轉軸、23.力傳感器、24.上轉軸、25.固定塊、26.側板、27.頂板、28.法蘭螺栓孔、31.限位柱、32.限位塊。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

本發明的一種用于對柔性體進行扭轉剛度測試的測試臺，包括底座部分、加載裝置及限位裝置，其中，底座部分包括底座11、柔性體12、加載蓋板14以及位于加載蓋板上的加載塊卡槽13、角度傳感器15、線纜出口16；加載裝置包括水平安裝的頂板27、加載塊21、固定塊25、側板26、力傳感器23、上轉軸24及下轉軸25；限位裝置由一組限位柱31和限位塊32組成。所述測試臺的頂板及底座均有法蘭螺紋孔，分別通過螺釘固定在壓力試驗機的上、下平臺。所述限位裝置由固定在加載蓋板的限位塊及頂板上限位柱組成，限位塊上表面為楔形面，限位柱下表面為平面，楔形面的角度即為測試臺的最大轉角。所述加載裝置固定塊與頂板焊接，上轉軸上側面與固定塊圓弧槽配合并留有微小間隙，兩側面的側板安裝在固定塊上對上轉軸進行徑向、軸向約束，上轉軸下側面與力傳感器固定連接，形成以轉軸軸心為中心的轉動副；下轉軸及加載塊的布置方式與上轉軸及固定塊相對稱，上轉軸與下轉軸軸心投影重合，加載塊以下轉軸軸心為轉動副中心轉動。所述上轉軸與下轉軸均為階梯軸，其兩端直徑與側板圓孔直徑相同，略小于中間部分直徑，并采用間隙配合，便于拆裝與定位；加載塊及固定塊圓弧槽的直徑略大于轉軸中間部分直徑，其有益效果是在轉軸在工作受壓時，與圓弧槽呈線接觸，減小摩擦。所述加載蓋板在加載塊一側有“L”形槽，為加載塊卡槽，槽側面與加載塊側面平行。加載蓋板底部有一圈楔形凹槽，與柔性體外殼相契合，并通過螺釘緊固

下面結合附圖對本發明進行詳細描述：

底座部分由底座11、柔性體12及加載蓋板14組成。底座11為圓形板結構，內開有同心圓凹槽。待測柔性體12倒置放置于底座11凹槽內，通過過盈配合卡緊，內部橡膠一側貼有應變片，便于觀測橡膠力學數據。加載蓋板14為圓形板結構，板中間設有線纜口16，為圓形通孔，便于應變片走線；頂部一側有倒“L”形槽，為加載塊卡槽13，槽側面與加載塊21側面平行，另一側焊接一個上表面為楔形面的限位塊32，并安裝角度傳感器15；加載蓋板14底部有一圈楔形凹槽，與柔性體內襯123相契合，柔性體內襯123端部設有螺紋孔，兩者通過螺釘17緊固。

結合圖1、圖4、圖5，加載裝置由兩組鉸鏈轉軸組成，其上方的頂板27有法蘭螺紋孔28，通過螺釘緊固在壓力試驗機上。頂板27下方依次為固定塊25、上轉軸24、力傳感器23、下轉軸22及加載塊21，轉軸兩側有側板26。固定塊25與加載塊21同為一面有圓形凹槽的矩形塊，凹槽直徑略大于轉軸直徑。上轉軸24及下轉軸22為階梯軸，軸兩端直徑略小于中間部分直徑，且轉軸中間部分的長度與力傳感器23上下兩端、固定塊25及加載塊21的長度相等。

固定塊25上端與頂板27焊接固定，固定塊25兩側面均有側板26通過螺栓固定，上轉軸24兩端卡在兩側板26的圓孔中，對上轉軸24進行徑向、軸向約束，上轉軸24下端與力傳感器23底部焊接固定，由此形成一個轉動副。同樣地，力傳感器23下方對稱的安裝下轉軸22、側板26及加載塊21，形成另一個轉動副。

限位裝置由固定在加載蓋板14的限位塊32及頂板27上限位柱31組成，限位柱31為圓柱體，固定在頂板27上，四周有加強筋，其圓柱下表面為平面。限位塊32楔形面的角度即為測試臺的最大轉角。

加載過程中，柔性體12將會發生一定角度的扭轉，兩組轉軸可以使加載塊21隨著柔性體12扭轉，將豎直載荷利用柔性體12的受壓變形特性轉化為扭轉載荷，并通過限位裝置中的限位塊32及限位柱31對測試角度進行限制。

下面結合附圖1、圖3和圖6對本發明工作原理進行詳細地描述：

因柔性體12在張力腿平臺中外殼固定在筋腱連接器里，筋腱與柔性體內襯123固定，受力時筋腱發生擺動，即筋腱帶動柔性體內襯123擺動，從而柔性體12發生形變。因此將柔性體內襯123朝上倒置放置在底座11上，有利于模擬真實工況。

將柔性體12倒置放置在底座11上后，在柔性體橡膠122表面安裝應變片，以監控測試時橡膠的應變情況。接著，安裝加載蓋板14，應變片的線纜從線纜出口導出，并用螺釘18將加載蓋板14與柔性體12緊固。

測試時，該裝置的頂板27、底座11分別固定于壓力試驗機的上、下平臺，且同心放置。需要注意的是，要保證加載塊卡槽13階梯面與加載塊21側面平行。利用壓力試驗機對其豎直施加壓載荷，載荷方向始終保持豎直向下，如圖4箭頭所示。使得頂板27及安裝在頂板27上的部件緩慢下降。加載塊21與加載塊卡槽13首先接觸，此時繼續施壓，柔性體12由于自身結構會發生形變，受壓側降低，對側升高，帶動加載蓋板14轉動，加載塊21上方雙鉸鏈轉軸會根據加載蓋板14的轉動而轉動，使得載荷始終垂直于加載蓋板14，直至限位裝置接觸，完成測試。

柔性體12轉動剛度通過下式可以得出：

柔性體12提供的反力F由力傳感器23得到，根據角度傳感器15得到擺角θ，測量加載蓋板14圓心至下轉軸22軸心的水平距離L，可得轉動剛度K。