[發(fā)明專(zhuān)利]徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬裝置及模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410277288.7
• 申請(qǐng)日: 2014-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104006968A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋守許;柯慶鏑;周旋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬裝置及模擬方法。

背景技術(shù)

在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，一般常用曲軸等偏心件來(lái)完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的功能，因此曲軸等偏心件在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用的十分廣泛，尤其是在軋鋼、鍛壓等重型機(jī)器和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等中應(yīng)用廣泛。曲軸作為重型機(jī)械核心傳動(dòng)部件之一，研究其失效狀態(tài)及服役性能變化對(duì)研究整機(jī)的服役狀態(tài)變化有重大意義。同時(shí)，基于大量的企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，曲軸類(lèi)零件主要失效區(qū)域集中于曲軸的連桿頸處，因此需要著重對(duì)曲軸連桿頸部位進(jìn)行服役模擬實(shí)驗(yàn)分析。對(duì)于這類(lèi)模擬實(shí)驗(yàn)分析，首要是獲取其在服役過(guò)程中的載荷變化信息，而后建立軸頸服役狀態(tài)的模擬環(huán)境，最后搭建基于該模擬環(huán)境設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置。

現(xiàn)有關(guān)于曲軸類(lèi)零件試驗(yàn)研究主要分為三類(lèi)：仿真計(jì)算、實(shí)機(jī)試驗(yàn)和模擬疲勞試驗(yàn)，但這些研究基本都是針對(duì)產(chǎn)品整體性能的模擬和檢測(cè)，或者某一零部件的近似試驗(yàn)分析，其結(jié)果與零部件服役真實(shí)情況存在差距。此外，重型機(jī)械中曲軸所受到的負(fù)載大部分是徑向沖擊性載荷作用，且作用點(diǎn)亦隨著曲軸自身旋轉(zhuǎn)而變化，在模擬加載試驗(yàn)中難以直接實(shí)現(xiàn)此類(lèi)具有變作用點(diǎn)和沖擊性特點(diǎn)的載荷的加載，故需一種可模擬曲軸負(fù)載狀態(tài)的加載實(shí)驗(yàn)裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬裝置及模擬方法，以實(shí)現(xiàn)模擬曲軸在浮動(dòng)徑向沖擊性載荷下旋轉(zhuǎn)的服役狀態(tài)。

本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：設(shè)置液壓加載臺(tái)，所述液壓加載臺(tái)的加載桿的桿端通過(guò)力傳感器與加載連接頭上作為輸入端的平面端裝夾在一起；以所述加載連接頭的另一端作為輸出端，在所述加載連接頭的輸出端設(shè)置有孔圈；試驗(yàn)軸的試驗(yàn)承載段置于所述孔圈中，并且與所述孔圈為間隙配合；所述試驗(yàn)軸的兩軸端分別通過(guò)滑動(dòng)軸承支承在防震底座上；試驗(yàn)軸在一端通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)的輸出軸相聯(lián)；所述試驗(yàn)軸是指以被模擬曲軸的連桿頸為試驗(yàn)承載段，以被模擬曲軸的兩端主軸頸為兩軸端；并且所述試驗(yàn)軸的試驗(yàn)承載段與兩軸端的中心軸線(xiàn)為共線(xiàn)。

本發(fā)明徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

所述電機(jī)、聯(lián)軸器和試驗(yàn)軸的中心軸線(xiàn)共線(xiàn)為第一水平線(xiàn)；所述液壓加載臺(tái)的加載桿和加載連接頭的中心軸線(xiàn)共線(xiàn)為第二水平線(xiàn)，所述第一水平線(xiàn)與第二水平線(xiàn)在同一水平面上相互垂直。

設(shè)置所述加載連接頭的輸出端孔圈是由呈哈夫結(jié)構(gòu)的加載連接頭和連接頭蓋通過(guò)絞制螺栓固定連接構(gòu)成。

所述電機(jī)為三相異步電機(jī)，所述液壓加載臺(tái)為電液伺服加載裝置，所述聯(lián)軸器為膜片聯(lián)軸器。

在所述防震底座上設(shè)置有上腔蓋，由所述防震底座和上腔蓋共同形成中空腔，所述試驗(yàn)軸的試驗(yàn)承載段處在所述中空腔內(nèi)，在所述中空腔中設(shè)置有加熱棒，以所述加熱棒在所述中空腔內(nèi)進(jìn)行加熱，使所述試驗(yàn)承載段處在設(shè)定溫度的環(huán)境中。

本發(fā)明利用模擬裝置實(shí)現(xiàn)徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬的方法的特點(diǎn)是：由電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)試驗(yàn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)模擬曲軸連桿頸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；以液壓加載臺(tái)的加載桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)加載連接頭，由加載連接頭作用于試驗(yàn)軸的試驗(yàn)承載段模擬曲軸連桿頸的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)以試驗(yàn)軸在周期性徑向載荷下旋轉(zhuǎn)的服役狀態(tài)模擬曲軸在浮動(dòng)徑向沖擊性載荷下旋轉(zhuǎn)的服役狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬的方法是按如下過(guò)程進(jìn)行：

對(duì)于被模擬的曲軸，通過(guò)受力分析獲得其在服役狀態(tài)下處在連桿頸位置處的徑向沖擊性載荷譜曲線(xiàn)f(ψ)，所述徑向沖擊性載荷譜曲線(xiàn)f(ψ)是以曲軸轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以載荷大小為縱坐標(biāo)；

將所述徑向沖擊性載荷譜曲線(xiàn)f(ψ)的橫坐標(biāo)按等時(shí)間段進(jìn)行均分，以各等時(shí)間段的載荷平均值作為縱坐標(biāo)，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，通過(guò)描點(diǎn)連線(xiàn)得到試驗(yàn)軸載荷譜曲線(xiàn)f°(t)；

以所述力傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)為反饋信號(hào)，以所述試驗(yàn)軸載荷譜曲線(xiàn)f°(t)作為所述液壓加載臺(tái)的驅(qū)動(dòng)控制目標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)軸的試驗(yàn)承載段進(jìn)行加載，實(shí)現(xiàn)徑向沖擊負(fù)載下曲軸服役狀態(tài)模擬。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明是以試驗(yàn)軸在固定端周期徑向載荷下旋轉(zhuǎn)的服役狀態(tài)模擬曲軸在浮動(dòng)徑向沖擊性載荷下旋轉(zhuǎn)的服役狀態(tài)，使試驗(yàn)軸的試驗(yàn)承載段等效于曲軸的連桿頸，實(shí)現(xiàn)了曲軸在浮動(dòng)徑向沖擊性載荷下旋轉(zhuǎn)的服役狀態(tài)的模擬。

2、現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于液壓加載臺(tái)的伺服控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常是利用加速度傳感器以實(shí)現(xiàn)速度實(shí)時(shí)加載；而本發(fā)明將加速度傳感器替換為力傳感器，實(shí)現(xiàn)載荷譜曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)加載，能夠更加準(zhǔn)確地模擬真實(shí)的服役狀態(tài)。