一種動態測量微動疲勞過程中微動副摩擦系數的試驗裝置及試驗方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種動態測量微動疲勞過程中微動副摩擦系數的試驗裝置及試驗方法，其屬于材料及結構件壽命評估試驗技術領域。
【背景技術】
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[0002]航空發動機是飛機的心臟，結構復雜，相當大的一部分零部件都存在微動疲勞，其中有些是關鍵件，如壓氣機和渦輪盤與葉片的聯接，盤和軸的聯接等，對于某些高壽命的構件，由于微動疲勞的影響，壽命會下降30%以上，若對此現象估計不足，就可能成為事故產生的根源。微動疲勞屬于接觸問題，影響微動疲勞壽命的主要因素有:滑移幅值、接觸壓力、載荷頻率、氣體環境和濕度、外載大小和類型，摩擦狀態等。如若摩擦系數為零，微動表面沒有摩擦力的傳遞，也就沒有微動損傷，足以見得摩擦狀態對微動疲勞壽命的影響巨大。在微動疲勞壽命預測中，其他主要影響因素受到廣大學者的關注與研究，但其摩擦狀態都假定其保持不變，然而在整個微動疲勞過程中，其摩擦狀態是發生變化的。那么對微動疲勞過程中微動副摩擦系數進行測量能夠更精確的預測微動疲勞壽命，具有重要意義。
[0003]對微動疲勞過程中微動副摩擦系數進行測量較為困難，主要因為三個方面的技術問題:
[0004](I)微動疲勞為多軸疲勞問題，常用的摩擦系數測量工具如:球盤式摩擦副、往復式摩擦副無法提供微動疲勞工況，只能測量常規接觸副之間的摩擦系數。
[0005](2)為了得到微動疲勞過程中微動副摩擦系數的大小及其變化情況，需要全程對其監測，這要求摩擦系數的測量和微動疲勞試驗同時進行且全程記錄，這一點實現起來具有難度。
[0006](3)為了保證測得的數據的有效性，必須保證在微動疲勞試驗進行的同時進行測量且不能影響微動疲勞工況，反過來也不能干擾摩擦力的采集。
[0007]在現有技術中，就算是造價昂貴的雙軸疲勞機也不能全部滿足以上要求，現有的配合單軸疲勞試驗機進行微動疲勞試驗的加載裝置，多采用應力環結構，通過螺栓加載，但螺紋加載方案驅動力小，且在疲勞過程中由于振動容易導致螺紋連接松動，從而導致加載法向力發生變化。為了降低試驗成本且達到試驗目的，需要針對微動疲勞過程中微動副摩擦系數的測量進行夾持裝置的設計。
【發明內容】
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[0008]本發明提供一種動態測量微動疲勞過程中微動副摩擦系數的試驗裝置及試驗方法，其配合普通單軸拉壓疲勞試驗機，進行雙向加載微動疲勞試驗，動態測量微動疲勞過程中試驗件和微動墊之間的摩擦系數。
[0009]本發明采用如下技術方案:一種動態測量微動疲勞過程中微動副摩擦系數的試驗裝置，包括摩擦系數測量組件、法向加載組件及上端固定組件，其中:
[0010]摩擦系數測量組件包括夾具體、M6壓緊螺栓、微動墊夾持滑塊、固定于微動墊夾持滑塊中的微動墊、以及裝配于微動墊夾持滑塊上表面上的第一壓緊蓋板和第二壓緊蓋板，所述夾具體包括位于其上末端的且左右相間隔開的第一懸掛部分和第二懸掛部分、自第一懸掛部分的下末端和第二懸掛部分的下末端分別向下延伸形成的第一工作部分和第二工作部分、位于第一工作部分和第二工作部分下方的支撐底座以及貫穿于支撐底座上下表面的豎直方向延伸且位于第一工作部分和第二工作部分之間的通槽，所述通槽中安裝有試驗件，所述支撐底座包括臺階部及位于臺階部上表面上的安裝部，所述安裝部上位于通槽左右兩側分別設有一滑槽，所述微動墊夾持滑塊位于滑槽中且能夠左右沿水平方向運動；
[0011]法向力加載組件包括液壓缸、與液壓缸焊接于一起的法蘭、設置于液壓缸中的液壓缸活塞桿、法蘭拉桿以及將法蘭拉桿固定于法蘭上的M12螺母，所述液壓缸活塞桿的末端延伸超出法蘭之外且液壓缸活塞桿的末端抵靠于微動墊夾持滑塊上以提供法向載荷，所述法蘭的下表面支撐于臺階部上；
[0012]上端固定組件包括音叉、銷釘及M14螺母，所述銷釘穿設于音叉、上夾具體及試驗件后通過所述M14螺母將音叉、上夾具體及試驗件安裝于一起。
[0013]進一步地，所述第一工作部分和第二工作部分對稱的前后兩側面上分別粘貼有應變片。
[0014]進一步地，在所述支撐底座的前表面上開設有一用以觀察穿設于通槽中的試驗件是否有裂紋出現的觀察窗。
[0015]進一步地，所述安裝部上位于第一懸掛部分右側的位置及位于第二懸掛部分左側的位置分別形成有兩個前后方向排列的與M6壓緊螺栓相配合的螺紋孔。
[0016]進一步地，所述微動墊夾持滑塊上開設有用來固定微動墊的卡槽。
[0017]進一步地，在所述第一懸掛部分和第二懸掛部分上分別形成有一圓孔。
[0018]進一步地，所述音叉包括夾持段及位于夾持段下方的連接段，所述連接段包括有相間隔開的第一連接段和第二連接段，在第一連接段和第二連接段上分別形成有一穿孔，所述試驗件包括連接部及位于連接部下方的微動段，在連接部上形成有一開孔，所述穿孔、圓孔以及開孔在左右相對齊，所述銷釘穿設于穿孔、圓孔及開孔后通過M14螺母拎緊。
[0019]本發明還采用如下技術方案:一種動態測量微動疲勞過程中微動副摩擦系數的試驗裝置的試驗方法，其包括如下步驟:
[0020](a)在夾具體的第一工作部分和第二工作部分對稱的前后兩側面上分別粘貼應變片，并接入應變儀，用來測量工作段發生的變形，通過銷釘和M14螺母將音叉、夾具體及試驗件安裝于一起，將音叉的上末端與疲勞試驗機上夾頭連為一體；
[0021](b)將裝有微動墊的微動墊夾持滑塊塞入夾具體在水平方向的左右滑槽內，左右對稱各塞入一個，將法蘭放置于夾具體的臺階部上，法向拉桿通過M12螺母連接于法蘭上；
[0022](c)調節疲勞試驗機上橫梁的位置，使得試驗件下端落入疲勞試驗機下夾頭內，先對疲勞試驗機負荷傳感器清零，消除加載裝置本身重量引起的初始載荷，然后將下夾頭夾緊試驗件的下端，將試驗機控制程序設定為負荷控制模式，施加初始載荷但低于疲勞載荷最小值；
[0023](d)緩慢調節水平方向液壓缸的調壓閥，使液壓缸活塞桿緩慢伸出并壓緊至微動墊夾持滑塊上，使兩個微動墊夾持滑塊同時向中心運動，直到安裝于微動墊夾持滑塊中的微動墊抵至驗件的兩側，觀察精密壓力表讀數，逐漸增加壓力，直至預定的載荷值；
[0024](e)法向載荷施加結束后，通過M6壓緊螺栓將第一壓緊蓋板和第二壓緊蓋板裝配到夾具體上，壓緊左右兩側的微動墊夾持滑塊的上端面；
[0025](f)控制試驗機伺服作動器，使疲勞試驗機活塞向下運動，對試驗件施加初始拉力，觀察負荷傳感器讀數，加載至疲勞載荷的均值時停止，控制試驗機控制程序的疲勞程序模塊，設定好疲勞載荷的均值和幅值，開始進行微動疲勞試驗；
[0026](g)通過第一壓緊蓋板和第二壓緊蓋板使得微動墊與夾具體連為一體，由于試驗機活塞的上下運動，導致試驗件上下運動，試驗件與微動墊的接觸面之間產生小幅度相對滑移，在一定循環次數后，即可出現微動疲勞裂紋，開始試驗后，應變儀記錄的便是由于試驗件與微動墊之間摩擦力引起的應變，事先對夾具體第一工作部分和第二工作部分進行標定，便可根據應變儀記錄的應變大小算出對應的摩擦力大小，試驗過程中，水平方向載荷大小保持不變，通過庫倫摩擦定律即可計算微動疲勞實驗過程中微動副摩擦系數的大小。
[0027]本發明具有如下有益效果:
[0028](I)本發明在單軸拉壓疲勞試驗機的配合下即可進行微動疲勞試驗，不需要再引進雙軸疲勞試驗機，降低了試驗成本；
[0029](2)壓緊蓋板和微動墊夾持滑塊上表面過盈配合后通過4個M6的內六角螺栓緊固，防止了試驗過程中微動墊在水平