专利名称：一种结合面静态法向接触刚度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量领域，涉及一种法向接触刚度测量装置，尤其是一种结合面 静态法向接触刚度测量装置。
技术背景在机床、大型飞机等复杂机械系统中存在大量的结合面，它们破坏了机械系统结 构的连续性，极大程度地影响机械系统的整机性能。结合面的连接特性呈现出非连续性，将 结合面特性参数模型引入系统整机建模过程可以有效地提高产品设计阶段的整机性能预 测能力。因此，准确构建结合面特性参数模型将为复杂机械部件结合面优化设计提供理论 ■石出。结合面接触刚度作为结合面重要特性参数之一，其准确程度将直接影响结合面参 数特性模型。结合面的接触刚度与两接触表面的表面形貌及接触状态有关，因此研究结合 面的形貌及接触状态对结合面接触刚度的影响规律将有助于准确确定结合面特性参数模 型
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种静态法向接触刚度测量装置，通过直接测量结合面 间的负载和位移，然后得到刚度。本实用新型是通过以下技术方案实现的，一种适用于结合面静态法向接触刚度的 测量装置，该测量装置包括测量支架、加载装置、测量装置、调节装置及待测试件；所述加 载装置固定放置在测试支架的底部，其正上方依次是测量装置、待测试件及调节装置，加载 装置、测量装置、待测试件及调节装置均位于测量支架内。所述测量装置包括一个压力传感器、传感器顶帽、压力传感器固定环和一个轴向 引伸计；压力传感器固定在千斤顶的正上方，压力传感器顶帽套在压力传感器的测量顶端， 压力传感器固定环固定在下支撑板上，对压力传感器及顶帽起到固定及导向作用，轴向引 伸计在测量过程中两个刀刃分别夹持在两个待测试件上。所述调节装置包括调整螺杆、螺杆导套、中空导向套、第一锁紧螺钉、第二锁紧螺 钉、调心球、试件固定环、钢球固定环；其中，带手柄的调整螺杆位于测量支架的正上方，螺 杆导套与上支撑板紧固配合，与调整螺杆螺纹联接，中空导向套固定在上支撑板上，试件固 定环设置于中空导向套内，位于待测试件的正上方，第一锁紧螺钉和第二锁紧螺钉设置于 中空导向套上的螺纹通孔内，可旋入旋出，调心球通过钢球固定环封在试件固定环内，可以 在试件固定环内自由旋转。所述待测试件包括上试件和下试件，下试件位于压力传感器顶帽的正上方，上试 件位于下试件的正上方，上试件的顶端有球窝，球窝的正上方是调心球，通过球头-球窝配 合防止加载时结合面局部接触，保证整个结合面完全接触，在结合面附近轴向引伸计通过 夹持刀刃固定在上试件及下试件上。[0009]所述测量支架包括上支撑板、第一立柱和为第二立柱及下支撑板，三者装配为一 体，在测量过程中始终保持固定不动。所述加载装置包括一个千斤顶，千斤顶固定在下支撑板内。本实用新型的原理是通过直接测量结合面间的负载和变形，然后得到刚度，原理 比较简单所以测量装置结构简单。当加载不同的正压力时，本实用新型的测量装置能够针 对不同的接触表面形貌、不同的正压力、不同的试验件材料特性等参数对结合面静态法向 接触刚度进行测量，并利用实验结果分析接触表面形貌、正压力及试验件材料对法向接触 刚度的影响规律。

图1为本实用新型的测量装置结构示意图；其中1为调整螺杆；2为上支撑板；3-1为第一锁紧螺钉；3-2为第二锁紧螺钉；4 为试件固定环；5为上试件；6为压力传感器固定环；7-1为第一立柱；7-2为第二立柱；8为 下支撑板；9为千斤顶；10为压力传感器；11为压力传感器顶帽；12为下试件；13为轴向引 伸计；14为钢球固定环；15为调心球；16为中空导向套；17为螺杆导套。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述如图1所示，本实用新型是一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，该 测量装置包括测量支架、加载装置、测量装置、调节装置及待测试件。测量支架包括上支撑板2、第一立柱7-1和为第二立柱7-2及下支撑板8，三者装 配为一体，在测量过程中始终保持固定不动。加载装置包括一个千斤顶9，千斤顶9固定在下支撑板8内。测量装置包括压力传感器10、压力传感器顶帽11、压力传感器固定环6和轴向引 伸计13。其中压力传感器10固定在千斤顶9的正上方，压力传感器顶帽11套在压力传 感器10的测量顶端，压力传感器固定环6固定在下支撑板8上，对压力传感器10及顶帽11 起到固定及导向作用，轴向引伸计13在测量过程中两个刀刃分别夹持在两个待测试件上。调节装置包括调整螺杆1、螺杆导套17、中空导向套16、第一锁紧螺钉3-1和第二 锁紧螺钉3-2、调心球15、试件固定环4、钢球固定环14。其中，带手柄的调整螺杆1位于测 量支架的正上方，螺杆导套17与上支撑板2紧固配合，与调整螺杆1螺纹联接，中空导向套 16固定在上支撑板2上，试件固定环4设置于中空导向套16内，位于待测试件的正上方，第 一锁紧螺钉3-1和第二锁紧螺钉3-2设置于中空导向套16上的螺纹通孔内，可旋入旋出， 调心球15通过钢球固定环14封在试件固定环4内，可以在试件固定环内4自由旋转。待测试件包括上试件5和下试件12，下试件12位于压力传感器顶帽11的正上方， 上试件5位于下试件12的正上方，上试件5的顶端有球窝，球窝的正上方是调心球15，通过 球头-球窝配合，可以防止加载时结合面局部接触，保证整个结合面完全接触，在结合面附 近轴向引伸计13通过夹持刀刃固定在上试件5及下试件12上。采用本实用新型进行结合面静态法向接触刚度的测量时，具体实施过程包括下列 步骤[0022]1)调节调整螺杆1，使试件固定环4可以在中空导向套16内上下滑动，调节第一 锁紧螺钉3-1和第二锁紧螺钉3-2，使试件固定环4固定在一个合适的位置方便放入试件；2)将具有特定表面粗糙度的下试件12放在压力传感器顶帽11的正上方，上试件 5放在下试件12的正上方，通过调节调整螺杆1及第一锁紧螺钉3-1和第二锁紧螺钉3-2 使调心球15嵌入球窝，固定试件；3)千斤顶9均勻加力，直至到达预定的最大压力，结合面间的压力及试件的变形 分别通过压力传感器10及轴向引伸计13测得，均勻采集力和变形的数据4) 一组实验做完以后，重复上述步骤，更换下一组试件，如此，可得到多组不同类 型的结合面的测量数据5)在每组试件中，得到多组压力与位移的数据后，进行数据后处理，得到每组试件 结合面的压力-位移曲线，从而求得结合面间的静态法向接触刚度。本实用新型的测量原理为，当在结合面两端施加法向正压力时，轴向引伸计测量
的变形包括两个部分一是结合面的法向变形，二是轴向引伸计两个夹持刀刃之间的材料
Λ 广FFT
的弹性变形。材料的弹性变形可由胡克定律= ^ = = ^^直接计算得到，其中，
L A EA
F为结合面间的法向正压力，A为结合面的名义接触面积，L为试件结合面端距离轴向引 伸计夹持刀刃的距离。因此，结合面在法向正压力F的作用下所产生的法向变形δ = W- Δ L1- Δ L2,其中，W是轴向引伸计测得的变形，Δ L” Δ L2是理论计算得到的材料的弹性变 形。这样，在多次加载下通过压力传感器测量正压力、轴向引伸计测量变形就可以得到结合 面的力-位移曲线，从而求得结合面的静态法向接触刚度。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施方式
仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为 属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求1.一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，其特征在于该测量装置包括 测量支架、加载装置、测量装置、调节装置及待测试件；所述加载装置固定放置在测试支架 的底部，其正上方依次是测量装置、待测试件及调节装置，加载装置、测量装置、待测试件及 调节装置均位于测量支架内。
2.如权利要求1所述一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，其特征在于 所述测量装置包括一个压力传感器、传感器顶帽、压力传感器固定环和一个轴向引伸计；压 力传感器固定在千斤顶的正上方，压力传感器顶帽套在压力传感器的测量顶端，压力传感 器固定环固定在下支撑板上，对压力传感器及顶帽起到固定及导向作用，轴向引伸计在测 量过程中两个刀刃分别夹持在两个待测试件上。
3.如权利要求1所述一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，其特征在于 所述调节装置包括调整螺杆、螺杆导套、中空导向套、第一锁紧螺钉、第二锁紧螺钉、调心 球、试件固定环、钢球固定环；其中，带手柄的调整螺杆位于测量支架的正上方，螺杆导套与 上支撑板紧固配合，与调整螺杆螺纹联接，中空导向套固定在上支撑板上，试件固定环设置 于中空导向套内，位于待测试件的正上方，第一锁紧螺钉和第二锁紧螺钉设置于中空导向 套上的螺纹通孔内，可旋入旋出，调心球通过钢球固定环封在试件固定环内，在试件固定环 内自由旋转。
4.如权利要求1所述一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，其特征在于 所述待测试件包括上试件和下试件，下试件位于压力传感器顶帽的正上方，上试件位于下 试件的正上方，上试件的顶端有球窝，球窝的正上方是调心球，通过球头-球窝配合防止加 载时结合面局部接触，保证整个结合面完全接触，在结合面附近轴向引伸计通过夹持刀刃 固定在上试件及下试件上。
5.如权利要求1所述一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，其特征在于 所述测量支架包括上支撑板、第一立柱和为第二立柱及下支撑板，三者装配为一体，在测量 过程中始终保持固定不动。
6.如权利要求1所述一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，其特征在于 所述加载装置包括一个千斤顶，千斤顶固定在下支撑板内。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于结合面静态法向接触刚度的测量装置，该测量装置包括测量支架、加载装置、测量装置、调节装置及待测试件；所述加载装置固定放置在测试支架的底部，其正上方依次是测量装置、待测试件及调节装置，加载装置、测量装置、待测试件及调节装置均位于测量支架内。本实用新型的测量装置结构简单，当加载不同的正压力时，本实用新型的测量装置能够针对不同的接触表面形貌、不同的正压力、不同的试验件材料特性等参数对结合面静态法向接触刚度进行测量，并利用实验结果分析接触表面形貌、正压力及试验件材料对法向接触刚度的影响规律。
文档编号G01N3/40GK201876396SQ20102063996
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者庄艳, 张进华, 李小虎, 杨国庆, 洪军, 王崴 申请人:西安交通大学