一種用于微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)的扭矩測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測試裝置及方法，特別是涉及一種用于微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)的扭矩測量裝置及方法，具體是微型疲勞試驗(yàn)機(jī)扭轉(zhuǎn)作動(dòng)控制單元中應(yīng)用空氣軸承的扭矩測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)，是一種主要用于測定材料在較小拉伸、扭轉(zhuǎn)或拉扭交變載荷作用下疲勞性能試驗(yàn)的裝置。隨著對材料多軸疲勞性能和尺度效應(yīng)研究的不斷深入，對試驗(yàn)載荷或扭矩傳感器測量精度要求越來越高，微米級尺寸材料試驗(yàn)中拉伸和扭轉(zhuǎn)作動(dòng)范圍可能小于1N和lmNm。試驗(yàn)機(jī)所應(yīng)用的高精度傳感器通常對所施加的軸向載荷、彎矩和扭矩有較嚴(yán)格的限制，試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)和使用中不僅僅需要考慮避免測量量過載，還需要盡量減小其他形式的載荷或力矩以延長傳感器使用壽命防止過載損壞。適用于微米級尺寸材料試驗(yàn)的微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)要求扭矩傳感器測量精度達(dá)到微牛米級，這樣高精度的扭矩傳感器對于所承受軸向載荷的限制通常接近或低于拉扭多軸試驗(yàn)中拉伸方向試驗(yàn)載荷，使得扭矩傳感器面臨過載危險(xiǎn)。另一方面，為保證試驗(yàn)系統(tǒng)測量精度，扭矩測量軸下端扭矩傳遞過程中由于摩擦、偏心連接等引起的扭矩應(yīng)在試驗(yàn)允許誤差范圍內(nèi)，而應(yīng)用止推軸承避免軸向載荷過載等常規(guī)方法將導(dǎo)致產(chǎn)生與試驗(yàn)扭矩同量級摩擦力矩，不能滿足測量誤差要求。以上兩方面原因?qū)е赂呔扰ぞ貍鞲衅麟y以應(yīng)用到微型拉扭多軸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行微牛米級試驗(yàn)扭矩的測量。目前拉扭多軸試驗(yàn)機(jī)扭矩試驗(yàn)范圍大多為牛米級，還沒有具備微牛米級扭矩測量控制能力的微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)。
[0003]空氣軸承是指用氣體作為潤滑劑的滑動(dòng)軸承，它是利用氣體彈性勢來起支撐作用的一種新型軸承?？諝廨S承能夠提供極高的軸向和旋轉(zhuǎn)精度，摩擦阻力極小，使用壽命長，已經(jīng)應(yīng)用在高速磨頭、離心分離機(jī)、陀螺儀表等高速、低摩擦場合中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述拉扭多軸試驗(yàn)系統(tǒng)中微牛米級扭矩測量問題，結(jié)合空氣軸承的特點(diǎn)，提供一種用于微型拉扭多軸疲勞試驗(yàn)機(jī)的扭矩測量裝置和方法，扭矩測量精度高，靈敏性好，并具有軸向過載保護(hù)作用；同時(shí)，結(jié)構(gòu)通用性好，能夠應(yīng)用到現(xiàn)有微型拉扭試驗(yàn)裝置中。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種用于微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)的扭矩測量裝置，其特征是扭矩傳感器(I)，通過彈性聯(lián)軸器(9)同軸一端連接空氣止推軸承(2)的軸承主軸(3)、一端連接電機(jī)(4);扭矩傳感器(I)側(cè)面固定于扭矩傳感器固定板(5)上；空氣止推軸承(2)外周固定于單邊法蘭套筒型軸承固定件￠)，軸承固定件(6)通過螺釘緊固在軸承固定板(7)上，電機(jī)(4)通過螺釘固定在電機(jī)固定板(8)上。
[0007]高精度扭矩傳感器(I)測量電機(jī)(4)對試樣施加的扭矩；空氣止推軸承(2)在扭矩傳感器(I)和剛性夾具之間傳遞扭矩，并將試驗(yàn)軸向載荷通過軸承固定構(gòu)件出)、(7)傳遞到試驗(yàn)機(jī)機(jī)架上以避免扭矩傳感器軸向過載損傷。
[0008]軸承主軸(3)另一端加工為通用夾具連接結(jié)構(gòu)與夾具連接；將該測量裝置作為扭轉(zhuǎn)作動(dòng)測量單元于拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)上與軸向作動(dòng)測量單元同軸相對安裝；將試樣夾裝于試驗(yàn)機(jī)夾具，先夾裝軸向單元端，然后將扭轉(zhuǎn)單元軸自由扭轉(zhuǎn)至夾裝試樣的角度位置，調(diào)整軸向單元軸至合適夾持距離，最后使扭轉(zhuǎn)單元端夾具夾緊試樣。
[0009]軸承主軸(3)另一端加工為通用夾具連接結(jié)構(gòu)與夾具剛性連接；給空氣軸承(2)持續(xù)供氣；將該測量裝置作為扭轉(zhuǎn)作動(dòng)測量單元于拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)上與軸向作動(dòng)測量單元同軸相對安裝；將試樣夾裝于試驗(yàn)機(jī)夾具，先夾裝軸向單元端，然后將扭轉(zhuǎn)單元軸自由扭轉(zhuǎn)至夾裝試樣的角度位置，調(diào)整軸向單元軸至合適夾持距離，最后使扭轉(zhuǎn)單元端夾具夾緊試樣，即可開始試驗(yàn)，試驗(yàn)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)下端軸扭轉(zhuǎn)，依次通過彈性聯(lián)軸器(9)、扭矩傳感器
(1)、彈性聯(lián)軸器(9)、空氣止推軸承(2)及其主軸(3)、夾具，將扭矩傳遞到試樣，扭矩傳感器測量所傳遞的扭矩，同時(shí)，軸向單元對試樣施加的軸向試驗(yàn)載荷依次通過空氣止推軸承
(2)及其主軸(3)、軸承固定構(gòu)件出)、(7)傳遞到試驗(yàn)機(jī)機(jī)架，扭矩傳感器不承受軸向試驗(yàn)載荷。
[0010]本發(fā)明選用空氣止推軸承，安裝在高精度扭矩傳感器測量軸端，在扭矩傳感器和剛性夾具之間傳遞扭矩，并將試驗(yàn)軸向載荷傳遞到機(jī)架上以避免扭矩傳感器軸向過載損傷。軸承主軸和扭矩傳感器測量軸之間采用狹縫型彈性聯(lián)軸器連接，在保證扭矩傳遞的同時(shí)調(diào)整一定安裝偏心。軸承主軸另一端可加工為通用連接結(jié)構(gòu)與夾具剛性連接。該用于微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)的扭矩測量方法具有高精度扭矩測量準(zhǔn)確性高、扭矩測量和傳遞系統(tǒng)靈敏性好、測量系統(tǒng)穩(wěn)定、軸向過載保護(hù)、使用壽命長、通用性好的特點(diǎn)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0012]I)應(yīng)用空氣止推軸承⑵在扭矩傳感器(I)和剛性夾具之間傳遞扭矩，與傳統(tǒng)止推軸承相比，空氣止推軸承(2)提供極高的軸向和旋轉(zhuǎn)精度，幾乎不產(chǎn)生摩擦扭矩，應(yīng)用于微型拉扭疲勞試驗(yàn)機(jī)中扭矩測量能夠保證ImNm級扭矩測量結(jié)果準(zhǔn)確性。
[0013]2)空氣軸承(2)即使在高速旋轉(zhuǎn)條件下也能具有極高的穩(wěn)定性，因而該測量方法能夠滿足低頻到高頻疲勞試驗(yàn)要求，高頻疲勞試驗(yàn)測量穩(wěn)定性好。
[0014]3)空氣止推軸承有一定軸向承載能力，應(yīng)用空氣止推軸承(2)可將試驗(yàn)軸向載荷通過軸承固定板傳遞到機(jī)架上，能夠有效防止試驗(yàn)載荷或意外失控時(shí)的載荷沖擊對扭矩傳感器造成軸向過載損傷。
[0015]4)軸承主軸(3)和傳感器(I)測量軸采用狹縫型彈性聯(lián)軸器(9)連接，在保證扭矩傳遞的同時(shí)調(diào)整一定安裝偏心，減小扭矩測量系統(tǒng)誤差，延長傳感器使用壽命。
[0016]5)由于扭矩傳遞中使用氣體潤滑，該扭矩測量傳遞過程基本無需維護(hù)。
[0017]6)本測量裝置具有通用性，可方便的應(yīng)用到現(xiàn)有拉扭多軸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)中。
[0018]上述說明，本測量方法具有高精度扭矩測量準(zhǔn)確性高、扭矩測量和傳遞系統(tǒng)靈敏性好、測量系統(tǒng)穩(wěn)定、提供軸向過載保護(hù)、使用壽命長、通用性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠填補(bǔ)微型拉扭疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)中微牛米級扭矩測量