本发明涉及一种大型轴类部件综合力学试验装置，属于试验机技术领域。
背景技术：
主轴是一种典型的轴类部件，它把回旋运动和转矩通过主轴端部的连接传递给其它机件。在工作中，主轴要承受转矩和弯矩，而且还要求有很高的回转精度。主轴是设备的关键部件，主轴的制造质量直接影响到整个设备的工作性能、安全可靠和使用寿命。
现有技术中，有针对轴件的力学材料试验机，各轴件都要经过力学计算和有限元分析。即使各类主轴都有严格的生产标准和检验标准，但实际使用过程中还是不可避免的出现问题，如：汽车行业里，因后悬挂纵拖臂在行驶中断裂，导致整个后悬挂脱落、严重影响行驶安全；矿用提升机主轴断裂造成罐笼事故；行驶中的机车如果发生断轴会产生严重的后果；风力发电机组如果由于大轴故障会造成很大的经济损失。究其原因，一是材料性能指标问题；再就是检测设备是否能够全面反映被测件的真实性能指标。现有技术中针对轴件的材料试验机能够实现压力、拉力、扭力等单一力学检测，但无法完成综合性的被测件的各项静态力学检测和震动、疲劳等、动态力学检测以及可靠性试验。由于缺少综合力学材料试验机，造成诸如大轴等高端装备关键部件的质量只能依靠在工程计算和材料选择上冗余，在加工过程中严把质量来保证产品质量。所以，开发主轴、轴承及齿轮箱等高端装备关键部件的综合力学检测试验装置很有必要。
以风力发电为例，风力发电机组的受力情况最为复杂，风力发电机组在实际运行工况中，主轴端部将受到径向载荷、轴向载荷、弯矩及扭矩等空间6个自由度力和力矩的共同作用。如果能够研制成功以风力发电机组大轴的受力情况为标准的大轴零件力学检测试验台，就可以涵盖其它各类主轴的力学检测，对于掌握主轴的性能指标，提高主轴的产品质量，保证其工作的可靠性都具有重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种能够准确模拟大轴零件运行工况下的载荷、能够对大型轴类部件进行综合力学测试的大型轴类部件综合力学试验装置。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种大型轴类部件综合力学试验装置，其特征是：包括底座，设置在底座上的扭力电机和两个轴类零件支撑框架，两个轴类零件支撑框架与所述扭力电机同轴设置，所述扭力电机的电机轴上连接有联轴器，所述联轴器上连接有扭转传感器，在每个轴类零件支撑框架的径向两侧分别设有一个沿z轴方向设置的z轴双向推拉油缸与其连接，在每个所述z轴双向推拉油缸的前端均设置有双向测力传感器，在两个轴类零件支撑框架之间在其轴线两侧分别设有一个沿x轴方向设置的x轴双向推拉油缸，所述x轴双向推拉油缸与远离所述扭力电机的那个轴类零件支撑框架连接，在所述底座上对应于两个轴类零件支撑框架在其下部分别设置有一个沿y轴方向设置的y轴施力油缸，所述y轴施力油缸通过油缸支架固定在底座上，所述y轴施力油缸的活塞杆端通过一连杆机构与对应的轴类零件支撑框架的底端连接。
本发明工作时，待测样品通过两个轴类零件支撑框架进行支撑并固定，设置在联轴器上的扭转传感器与待测样品的一端连接。扭力电机用于为测试样品提供扭力，z轴双向推拉油缸用于保持或者为测试样品提供z轴方向载荷，x轴双向推拉油缸用于提供x轴方向载荷，y轴施力油缸用于保持或者为测试样品提供y轴方向载荷，连杆机构用于将施力油缸的推力转化为y轴方向载荷。两个y轴施力油缸与z轴方向设置的四个z轴双向推拉油缸配合产生轴类零件径向任意方向载荷。安装在z轴双向推拉油缸前端的双向测力传感器用于测量施加的载荷大小，扭转传感器用于获得给测试样品提供的综合扭矩。本发明可根据大轴零件的受力模型，通过控制各油缸的顶力和拉力来模拟被测对象实际运行工况下的各种载荷状况，可以模拟六个自由度的各种载荷。通过采集设备中载荷传感器和扭转传感器的载荷大小得到系统反馈，并不断调节系统载荷，最终实现轴类零件的复杂受力工况。本发明采用连杆机构将力施加给待测样品，结构简单紧凑，节省空间，其与z轴方向油缸配合，可实现任意径向力的加载，避免了y、z两个方向均布置油缸而产生的油缸力之间的约束问题，便于控制，减少了布置空间和成本。
进一步的，所述连杆机构包括相铰接的施力连杆ⅰ和施力连杆ⅱ，所述y轴施力油缸的活塞杆端与施力连杆ⅰ的一端铰接，施力连杆ⅱ的一端与轴类零件支撑框架的底端铰接。
进一步的，所述联轴器为膜片柔性联轴器。采用膜片柔性联轴器连接扭力电机和扭转传感器，可允许一定的不同轴度，降低了对安装的要求。
本发明的有益效果是：本发明通过特别的结构设计，利用控制系统控制各个油缸和电的动作来对待测轴类样品施加载荷，能够准确的模拟轴类零件运行工况下的载荷，能够完成对大型轴类部件进行的综合力学测试，能够保证大型轴类部件试验结果的准确性。本发明采用连杆机构将力施加给待测样品，结构简单紧凑，节省空间，其与z轴方向油缸配合，可实现任意径向力的加载，避免了y、z两个方向均布置油缸而产生的油缸力之间的约束问题，便于控制，减少了布置空间和成本。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的主视示意图；
图3是图2的俯视示意图；
图4是图2的左视图；
图中，1、扭力电机，2、底座，3、双向测力传感器，4、z轴双向推拉油缸，5、连接轴，6、x轴双向推拉油缸，7、联轴器，8、扭转传感器，9、轴类零件支撑框架，10、大轴类零件，11、油缸支架，12、y轴施力油缸，13、施力连杆ⅰ，14、施力连杆ⅱ。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图所示，一种大型轴类部件综合力学试验装置，其包括底座2，底座2上设置有扭力电机1和两个轴类零件支撑框架9，两个轴类零件支撑框架9与扭力电机1同轴设置。所述扭力电机1的电机轴上连接有联轴器7，联轴器7上连接有扭转传感器8。本实施例中，所述联轴器7为膜片柔性联轴器，可允许一定的不同轴度。在每个轴类零件支撑框架9的径向两侧分别设有一个沿z轴方向设置的z轴双向推拉油缸4，每个z轴双向推拉油缸4的下端通过连接轴5与底座2上的油缸支架连接，每个z轴双向推拉油缸4的活塞杆端与对应的轴类零件支撑框架9上设置的连接结构铰接。在每个z轴双向推拉油缸4的前端均设置有双向测力传感器3。在两个轴类零件支撑框架9之间的位置在其轴线两侧分别设有一个沿x轴方向设置的x轴双向推拉油缸6，所述x轴双向推拉油缸6的一端与通过连接轴与底座2上设置的油缸支架连接，所述x轴双向推拉油缸6的另一端与远离扭力电机1的那个轴类零件支撑框架9上设置的连接结构铰接。在底座2上对应于两个轴类零件支撑框架9在其下部分别设置有一个沿y轴方向设置的y轴施力油缸12。y轴施力油缸12的一端通过油缸支架11固定在底座2上，y轴施力油缸12的活塞杆端通过连杆机构与对应的轴类零件支撑框架9底端设置的连接结构铰接。
本实施例中，所述连杆机构包括通过连接轴相铰接的施力连杆ⅰ13和施力连杆ⅱ14，所述y轴施力油缸12的活塞杆端与施力连杆ⅰ13的一端铰接，施力连杆ⅱ14的一端与轴类零件支撑框架9的底端铰接。
本发明工作时，待测的大轴类零件10通过两个轴类零件支撑框架9进行支撑并固定，扭转传感器8与大轴类零件10的一端连接。本发明中，扭力电机1用于为测试样品提供扭力，z轴双向推拉油缸4用于保持或者为测试样品提供z轴方向载荷，x轴双向推拉油缸6用于提供x轴方向载荷，y轴施力油缸12用于保持或者为测试样品提供y轴方向载荷，连杆机构用于将y轴施力油缸12的推力转化为y轴方向载荷。两个y轴施力油缸12与z轴方向设置的四个z轴双向推拉油缸4配合产生轴类零件径向任意方向载荷。安装在z轴双向推拉油缸4前端的双向测力传感器3用于测量施加的载荷大小，扭转传感器8用于获得给测试样品提供的综合扭矩。
本发明工作时，利用控制系统控制各个油缸和电的动作来对轴类样品施加载荷，通过采集各测力传感器和扭转传感器的载荷大小得到系统反馈，并通过控制系统预先设定的受力模型进行不断调节系统载荷，最终实现轴类零件的复杂受力工况。在完成要求的动态载荷和保持载荷时间后，停止试验。利用各种检测量具检查样品形位尺寸变化，利用无损探伤技术检测轴件材料内部是否有破坏性损伤。最终完成轴类样品在复杂受力环境下的检测。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。
1.一种大型轴类部件综合力学试验装置，其特征是：包括底座(2)，设置在底座(2)上的扭力电机(1)和两个轴类零件支撑框架(9)，两个轴类零件支撑框架(9)与所述扭力电机(1)同轴设置，所述扭力电机(1)的电机轴上连接有联轴器(7)，所述联轴器(7)上连接有扭转传感器(8)，在每个轴类零件支撑框架(9)的径向两侧分别设有一个沿z轴方向设置的z轴双向推拉油缸(4)与其连接，在每个所述z轴双向推拉油缸(4)的前端均设置有双向测力传感器(3)，在两个轴类零件支撑框架(9)之间在其轴线两侧分别设有一个沿x轴方向设置的x轴双向推拉油缸(6)，所述x轴双向推拉油缸(6)与远离所述扭力电机(1)的那个轴类零件支撑框架(9)连接，在所述底座(2)上对应于两个轴类零件支撑框架(9)在其下部分别设置有一个沿y轴方向设置的y轴施力油缸(12)，所述y轴施力油缸(12)通过油缸支架固定在底座(2)上，所述y轴施力油缸(12)的活塞杆端通过一连杆机构与对应的轴类零件支撑框架(9)的底端连接。
2.根据权利要求1所述的大型轴类部件综合力学试验装置，其特征是：所述连杆机构包括相铰接的施力连杆ⅰ(13)和施力连杆ⅱ(14)，所述y轴施力油缸(12)的活塞杆端与施力连杆ⅰ(13)的一端铰接，施力连杆ⅱ(14)的一端与轴类零件支撑框架(9)的底端铰接。
3.根据权利要求1或2所述的大型轴类部件综合力学试验装置，其特征是：所述联轴器(7)为膜片柔性联轴器。
技术总结