[實用新型]一種用于微型拉扭疲勞試驗機的扭矩測量裝置

有效

• 申請號: 201520610600.X
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN204924527U
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 付巳超;陳剛;陳旭
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01N3/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本實用新型涉及材料力學性能測試裝置，特別是涉及一種用于微型拉扭疲勞試驗機的扭矩測量裝置，具體是微型疲勞試驗機扭轉作動控制單元中應用空氣軸承的扭矩測量裝置。

背景技術

微型拉扭疲勞試驗機，是一種主要用于測定材料在較小拉伸、扭轉或拉扭交變載荷作用下疲勞性能試驗的裝置。隨著對材料多軸疲勞性能和尺度效應研究的不斷深入，對試驗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中拉伸和扭轉作動范圍可能小于10N和1mNm。試驗機所應用的高精度傳感器通常對所施加的軸向載荷、彎矩和扭矩有較嚴格的限制，試驗機設計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的微型拉扭疲勞試驗機要求扭矩傳感器測量精度達到微牛米級，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中拉伸方向試驗載荷，使得扭矩傳感器面臨過載危險。另一方面，為保證試驗系統測量精度，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在試驗允許誤差范圍內，而應用止推軸承避免軸向載荷過載等常規方法將導致產生與試驗扭矩同量級摩擦力矩，不能滿足測量誤差要求。以上兩方面原因導致高精度扭矩傳感器難以應用到微型拉扭多軸疲勞試驗系統中進行微牛米級試驗扭矩的測量。目前拉扭多軸試驗機扭矩試驗范圍大多為牛米級，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機。

空氣軸承是指用氣體作為潤滑劑的滑動軸承，它是利用氣體彈性勢來起支撐作用的一種新型軸承。空氣軸承能夠提供極高的軸向和旋轉精度，摩擦阻力極小，使用壽命長，已經應用在高速磨頭、離心分離機、陀螺儀表等高速、低摩擦場合中。

發明內容

本實用新型的目的是針對上述拉扭多軸試驗系統中微牛米級扭矩測量問題，結合空氣軸承的特點，提供一種用于微型拉扭多軸疲勞試驗機的扭矩測量裝置，扭矩測量精度高，靈敏性好，并具有軸向過載保護作用；同時，結構通用性好，能夠應用到現有微型拉扭試驗裝置中。

本實用新型的技術方案如下：

一種用于微型拉扭疲勞試驗機的扭矩測量裝置，其特征是扭矩傳感器(1)，通過彈性聯軸器(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(4)；扭矩傳感器(1)側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(6)，軸承固定件(6)通過螺釘緊固在軸承固定板(7)上，電機(4)通過螺釘固定在電機固定板(8)上。

高精度扭矩傳感器(1)測量電機(4)對試樣施加的扭矩；空氣止推軸承(2)在扭矩傳感器(1)和剛性夾具之間傳遞扭矩，并將試驗軸向載荷通過軸承固定構件(6)、軸承固定板(7)傳遞到試驗機機架上以避免扭矩傳感器軸向過載損傷。

軸承主軸(3)另一端加工為通用夾具連接結構與夾具連接；將該測量裝置作為扭轉作動測量單元于拉扭疲勞試驗機上與軸向作動測量單元同軸相對安裝；將試樣夾裝于試驗機夾具，先夾裝軸向單元端，然后將扭轉單元軸自由扭轉至夾裝試樣的角度位置，調整軸向單元軸至合適夾持距離，最后使扭轉單元端夾具夾緊試樣。

軸承主軸(3)另一端加工為通用夾具連接結構與夾具剛性連接；給空氣軸承(2)持續供氣；將該測量裝置作為扭轉作動測量單元于拉扭疲勞試驗機上與軸向作動測量單元同軸相對安裝；將試樣夾裝于試驗機夾具，先夾裝軸向單元端，然后將扭轉單元軸自由扭轉至夾裝試樣的角度位置，調整軸向單元軸至合適夾持距離，最后使扭轉單元端夾具夾緊試樣，即可開始試驗，試驗中，電機驅動下端軸扭轉，依次通過彈性聯軸器(9)、扭矩傳感器(1)、彈性聯軸器(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，軸向單元對試樣施加的軸向試驗載荷依次通過空氣止推軸承(2)及其主軸(3)、軸承固定構件(6)、軸承固定板(7)傳遞到試驗機機架，扭矩傳感器不承受軸向試驗載荷。

本實用新型選用空氣止推軸承，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，并將試驗軸向載荷傳遞到機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軸器連接，在保證扭矩傳遞的同時調整一定安裝偏心。軸承主軸另一端可加工為通用連接結構與夾具剛性連接。該用于微型拉扭疲勞試驗機的扭矩測量方法具有高精度扭矩測量準確性高、扭矩測量和傳遞系統靈敏性好、測量系統穩定、軸向過載保護、使用壽命長、通用性好的特點。

本實用新型的優點是：