本發(fā)明屬于載荷測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載荷加載裝置及方法。

背景技術(shù)：

風電發(fā)電機組用的變槳軸承為大型構(gòu)件，主要包括環(huán)狀內(nèi)圈、外圈及其之間的滾子。變槳軸承在使用過程中外圈安裝孔的外緣和內(nèi)緣處均受到周向的拉力，會發(fā)生安裝孔疲勞開裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個軸承失效。測試安裝孔受載荷情況及評估其壽命與所受疲勞載荷的關(guān)系具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種載荷加載裝置及方法，能夠?qū)Νh(huán)狀構(gòu)件端面上安裝孔的內(nèi)緣或外緣處進行載荷加載并實現(xiàn)疲勞測試。

第一方面，提供一種載荷加載裝置，包括底座、第一支座、第二支座和壓頭組件。底座具有支撐面；第一支座和第二支座均具有圓周支撐面，設(shè)置于支撐面上，第一支座與第二支座之間具有預(yù)定距離；壓頭組件至少包括壓頭；其中，載荷加載裝置在使用時，壓頭組件設(shè)置于環(huán)段試件的上表面，第一支座和第二支座支撐環(huán)段試件的下表面，壓頭組件向環(huán)段試件施加測試載荷。

在第一種可能的實現(xiàn)方式中，載荷加載裝置還包括兩個墊板，兩個墊板設(shè)置于底座上并分別用于支撐第一支座和第二支座。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，兩個墊板嵌于底座的支撐面內(nèi)。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，第一支座和第二支座均為包括多段相同直徑且同軸設(shè)置的圓柱體。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，環(huán)段試件為軸承支撐圈的部分環(huán)體；環(huán)段試件具有外圓周面、內(nèi)圓周面、至少一個安裝孔以及相對的兩個端面，其中，待測安裝孔是至少一個安裝孔中的一個安裝孔，待測安裝孔設(shè)置在環(huán)段試件中部并貫穿兩個端面。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，壓頭靠近環(huán)段試件的端部設(shè)置有溝槽，溝槽沿環(huán)段試件寬度方向延伸，溝槽內(nèi)部容納至少一個球體，至少一個球體在溝槽內(nèi)依次排布，且與環(huán)段試件的上表面接觸。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能的實現(xiàn)方式中，溝槽的兩側(cè)均設(shè)置沿溝槽延伸方向排布的至少兩個凸臺。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能的實現(xiàn)方式中，環(huán)段試件的內(nèi)圓周面為上表面，環(huán)段試件的外圓周面為下表面；并且，內(nèi)圓周面具有軌道，至少一個球體設(shè)置在軌道和溝槽之間。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第八種可能的實現(xiàn)方式中，壓頭靠近環(huán)段試件的端部設(shè)置有截面呈U形的抵觸部，抵觸部與環(huán)段試件的上表面接觸。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第九種可能的實現(xiàn)方式中，環(huán)段試件的內(nèi)圓周面為下表面，環(huán)段試件的外圓周面為上表面。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第十種可能的實現(xiàn)方式中，壓頭與待測安裝孔對應(yīng)設(shè)置，壓頭施加的載荷壓力處于待測安裝孔所在的豎直平面內(nèi)。

第二方面，提供一種載荷加載方法，用于測試軸承支撐圈上待測安裝孔外緣或內(nèi)緣的強度，包括以下步驟：

a，截取軸承支撐圈上包含有待測安裝孔的一段環(huán)體以獲得環(huán)段試件；

b，提供第一支座和第二支座，通過第一支座和第二支座支撐環(huán)段試件的下表面，第一支座和第二支座的支點分布于待測安裝孔的兩側(cè)；

c，向環(huán)段試件施加測試載荷，測試載荷的作用點位于第一支座和第二支座之間，施加測試載荷的方向與第一支座和第二支座所提供的支撐力方向相反。

在第一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括步驟d：在待測安裝孔的內(nèi)緣或外緣處設(shè)置應(yīng)變傳感器，當向環(huán)段試件施加測試載荷時收集應(yīng)變傳感器的檢測信號。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，測試載荷為交變的壓力載荷。

本發(fā)明提供的載荷加載裝置及方法，通過截取軸承支撐圈上含有安裝孔的一段環(huán)體作為被測試件進行模擬載荷加載測試，無需對整個軸承支撐圈進行裝夾和加載載荷，可采用如拉壓試驗機的通用設(shè)備進行測試，對測試設(shè)備的要求較低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為變槳軸承外圈及由變槳軸承外圈獲得的環(huán)段試件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例提供的載荷加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例提供的載荷加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1-連接桿，2-壓頭，3-鋼球，4-擋板，5-待測安裝孔，6-底座，7-墊板，8-第一圓柱體，9-第二圓柱體，10a-內(nèi)緣環(huán)段試件，10b-外緣環(huán)段試件，11-支撐面，21-溝槽，22-凸臺。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，本發(fā)明可以在不需要這些具體細節(jié)中的一些細節(jié)的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發(fā)明的示例來提供對本發(fā)明的更好的理解。本發(fā)明絕不限于下面所提出的任何具體結(jié)構(gòu)和配置，而是在不脫離本發(fā)明的精神的前提下覆蓋了零件、部件和連接方式的任何修改、替換和改進。

此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本發(fā)明的實施例的充分理解。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。

本發(fā)明提供一種載荷加載裝置和方法，可用于對軸承支撐圈上安裝孔外緣或內(nèi)緣處施加載荷。軸承支撐圈一般分為內(nèi)圈和外圈，二者均包括外圓周面、內(nèi)圓周面和相對的兩個端面，即二者均為截面形狀為矩形的回轉(zhuǎn)環(huán)體。軸承支撐圈上設(shè)置有包括待測安裝孔在內(nèi)的多個安裝孔，安裝孔的軸線平行于軸承支撐圈的軸線。安裝孔的外緣是指安裝孔與支撐圈外圓周面之間的實體部分，內(nèi)緣是指安裝孔與支撐圈內(nèi)圓周面之間的實體部分。

參考圖1和圖2，圖1為變槳軸承外圈及由變槳軸承外圈獲得的環(huán)段試件結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中示出了內(nèi)緣環(huán)段試件10a的結(jié)構(gòu)示意圖。內(nèi)緣環(huán)段試件10a為由變槳軸承外圈上截取并加工出的具有待測安裝孔5的試件，包括外圓周面、內(nèi)圓周面和相對的兩個端面；其外圓周面上加工有第一支撐部和第二支撐部，且待測安裝孔5與外圓周面之間的材料被去除；其內(nèi)圓周面上具有用于容納軸承滾珠的滾道；第一支撐部和第二支撐部均為平行于待測安裝孔5的溝槽。外緣環(huán)段試件10b為由變槳軸承外圈上截取并加工出的具有待測安裝孔5的試件，包括外圓周面、內(nèi)圓周面和相對的兩個端面，其內(nèi)圓周面上加工有第一支撐部和第二支撐部，且待測安裝孔5與內(nèi)圓周面之間的材料被去除；其外圓周面為弧形面；第一支撐部和第二支撐部均為平行于待測安裝孔5的溝槽。

本發(fā)明提供了一種載荷加載裝置，可用于對由變槳軸承內(nèi)圈或外圈上獲取的部分環(huán)體或由部分環(huán)體加工成的環(huán)段試件施加載荷。

請繼續(xù)參考圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例提供的載荷加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，可用于對內(nèi)緣環(huán)段試件10a施加載荷。載荷加載裝置包括底座6、第一支座、第二支座、兩個墊板7、多個擋板4和壓頭組件。

底座6為矩形板狀，包括矩形的支撐面11，支撐面11上設(shè)置有兩個平行且具有預(yù)定間距的槽。兩個墊板7均為長條矩形片，其形狀與底座6上的槽相同并嵌于槽中。在可選實施例中，支撐面11上可不設(shè)置上述兩個平行的槽，兩個墊板7可通過螺釘或其他形式可拆卸地固定于支撐面11上，墊板7可由硬度較大的材料制成，當墊板7被磨損或變形后可更換。

第一支座和第二支座分別為具有圓周支撐面的第一圓柱體8和第二圓柱體9，通過其圓周支撐面放置于兩個墊板7上，二者之間具有預(yù)定距離，該預(yù)定距離可以與待支撐的部分環(huán)體或環(huán)段試件的長度大致相等。在可選實施例中，還可以不設(shè)置墊板7，第一圓柱體8和第二圓柱體9可通過其圓周支撐面直接放置在支撐面11上。

參考圖3，圖3為圖2中壓頭2的結(jié)構(gòu)示意圖。壓頭組件包括連接桿1、壓頭2和鋼球3。連接桿1為圓柱桿，壓頭2包括施壓端和與之相對的安裝平面。施壓端上設(shè)置有用于容置鋼球3的溝槽21和四個凸臺22。溝槽21的截面寬度與鋼球3直徑相同，溝槽21的兩側(cè)均設(shè)置沿溝槽21延伸方向排布的兩個凸臺22。溝槽21的部分側(cè)壁形成于凸臺22上，且凸臺22處的溝槽截面形狀為優(yōu)弧，鋼球3位于溝槽21中的凸臺22處時無法從溝槽開口處脫出。壓頭2的安裝平面上設(shè)置有安裝孔，連接桿1連接于該安裝孔中。使用時，壓頭2靠近內(nèi)緣環(huán)段試件10a的上表面，即內(nèi)圓周面?zhèn)?。溝?1沿內(nèi)緣環(huán)段試件10a寬度方向延伸，溝槽21內(nèi)部容納兩個球體3，兩個球體3在溝槽21內(nèi)依次排布，且分別位于內(nèi)緣環(huán)段試件10a的兩個滾道中，并與內(nèi)緣環(huán)段試件10a的上表面接觸。

擋板4為矩形金屬片，其側(cè)邊設(shè)有通孔，用于將擋板4安裝至底座6的側(cè)面。擋板4安裝在環(huán)繞底座6的四個側(cè)面并高于底座6的支撐面11。多個擋板4作為防護板，用于防止支撐面11上發(fā)生試件迸濺或彈出。

本實施例提供的載荷加載裝置可對內(nèi)緣環(huán)段試件10a施加載荷。使用時，內(nèi)緣環(huán)段試件10a通過其第一支撐部和第二支撐部卡合于第一圓柱體8和第二圓柱體9上形成簡支梁結(jié)構(gòu)。壓頭組件靠近內(nèi)緣環(huán)段試件10a的上表面并對其施壓，具體地，壓頭2上的溝槽21垂直于內(nèi)緣環(huán)段試件10a上的滾道，鋼球3同時容置于內(nèi)緣環(huán)段試件10a中的滾道和壓頭2上的溝槽21內(nèi)，壓頭組件僅通過鋼球3與內(nèi)緣環(huán)段試件10a接觸并施壓。當對內(nèi)緣環(huán)段試件10a中部施壓時，即，對與待測安裝孔5豎直對應(yīng)的位置施壓時，內(nèi)緣環(huán)段試件10a發(fā)生彎曲，并使待測安裝孔5的內(nèi)緣處產(chǎn)生周向應(yīng)力，因此可以無需對整個變槳軸承外圈進行載荷加載即可實現(xiàn)對待測安裝孔5內(nèi)緣處的疲勞強度測試。

第一圓柱體8和第二圓柱體9放置在支撐面11上，通過其圓柱面與底座6的支撐面11接觸。第一圓柱體8和第二圓柱體9在平行于支撐面11的方向上不受約束，即，二者不會對內(nèi)緣環(huán)段試件10a的兩個端部產(chǎn)生平行于支撐面11的移動或轉(zhuǎn)動，只承受壓頭2施加的作用力。因此，對內(nèi)緣環(huán)段試件10a施加較小的載荷即可使待測安裝孔5內(nèi)緣處產(chǎn)生足夠應(yīng)變。

在一個可選實施例中，第一圓柱體8和第二圓柱體9均可以由多段同直徑同軸設(shè)置的圓柱體組成，如可由較短的軸類下腳料加工而成。

參考圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例提供的載荷加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中與圖2中介紹說明的載荷加載裝置具有基本相同的結(jié)構(gòu)，此處僅對不同之處進行描述，相同之處請參考上述說明，此處不再贅述。

本實施例中壓頭組件包括連接桿1和壓頭2，壓頭2用于施壓的面為圓弧面且不設(shè)置溝槽，其截面大致呈“U”形。本實施例提供的載荷加載裝置用于裝夾外緣環(huán)段試件10b，外緣環(huán)段試件10b為由變槳軸承外圈上截取并加工出的具有待測安裝孔5的試件，其內(nèi)圓周面上加工有第一支撐部和第二支撐部，其外圓周面為弧形面。外緣環(huán)段試件10b的內(nèi)圓周面為下表面，其外圓周面為上表面，壓頭2與外緣環(huán)段試件10b的上表面接觸，并與待測安裝孔5對應(yīng)設(shè)置，可對外緣環(huán)段試件10b施壓。載荷加載裝置在使用時，外緣環(huán)段試件10b通過其第一支撐部和第二支撐部卡合于第一圓柱體8和第二圓柱體9形成簡支梁結(jié)構(gòu)，壓頭組件靠近外緣環(huán)段試件10b的上表面并對其施壓時，即，對與待測安裝孔5豎直對應(yīng)的位置施壓時，外緣環(huán)段試件10b發(fā)生彎曲，并使待測安裝孔5的外緣處產(chǎn)生周向應(yīng)力。

本發(fā)明實施例提供的載荷加載方法包括如下步驟：

S10，截取變槳軸承外圈上包含有待測安裝孔的一段環(huán)體以獲得環(huán)段試件，待測安裝孔位于該環(huán)段試件圓周方向上的中間位置，換言之，待測安裝孔與環(huán)段的兩個截斷面的距離大致相等。在可選實施例中，還可以截取變槳軸承內(nèi)圈上包含有安裝孔的環(huán)段作為試件。

S20，在環(huán)段試件的外圓周面上加工第一支撐部和第二支撐部得到內(nèi)緣環(huán)段試件10a，具體包括以下過程。

除去環(huán)段試件的部分外圓周側(cè)材料，并在該側(cè)加工出第一支撐部和第二支撐部，二者均為平行于待測安裝孔并貫穿環(huán)段試件的長槽，長槽的截面形狀為半圓弧或劣弧。并且，第一支撐部和第二支撐部關(guān)于對稱平面對稱，該對稱平面經(jīng)過待測安裝孔軸線和變槳軸承外圈中心線。并且去除待測安裝孔與基準平面之間的材料，使待測安裝孔變?yōu)殚L槽。

S30，提供第一支座和第二支座，通過第一支座和第二支座分別支撐內(nèi)緣環(huán)段試件10a的兩端，即支撐內(nèi)緣環(huán)段試件10a的第一支撐部和第二支撐部，此時內(nèi)緣環(huán)段試件10a與兩個支座構(gòu)成簡支梁結(jié)構(gòu)。參考圖2，圖2示出了該簡支梁的構(gòu)成。本實施例中第一支座和第二支座為圓柱狀支撐體，通過圓柱狀支撐體的圓周面嵌入內(nèi)緣環(huán)段試件10a的第一支撐部和第二支撐部的長槽，形成對內(nèi)緣環(huán)段試件10a的穩(wěn)定支撐。

S40，向內(nèi)緣環(huán)段試件10a施加交變測試載荷，測試載荷的方向與第一支座和第二支座所提供的支力方向相反，且該測試載荷的作用點位于待測安裝孔軸線和內(nèi)緣環(huán)段試件10a軸線所共面的平面內(nèi)。具體地，該步驟可在拉壓試驗機上執(zhí)行，可通過圖2中所示的壓頭組件對內(nèi)緣環(huán)段試件10a施加交變載荷，壓頭組件作用于內(nèi)緣環(huán)段試件10a的內(nèi)圓周面。待測安裝孔的內(nèi)緣會受到周向交變應(yīng)力，該交變應(yīng)力可使內(nèi)緣處疲勞失效，實現(xiàn)對變槳軸承外圈安裝孔內(nèi)緣疲勞強度的測定。

通過上述方法，截取變槳軸承外圈上含有安裝孔的一段環(huán)體作為試件進行模擬載荷加載測試，無需對整個變槳軸承外圈進行裝夾和加載載荷測試，可采用如拉壓試驗機的通用設(shè)備進行測試，對測試設(shè)備的要求較低。另外，由于除去了待測安裝孔外緣的材料，對內(nèi)緣環(huán)段試件10a施加較小的載荷即可使待測安裝孔的內(nèi)緣處產(chǎn)生足夠的應(yīng)變，可降低對實驗設(shè)備加載能力的要求。

在一個可選實施例中，可以將環(huán)段試件加工成圖1中所示的外緣環(huán)段試件10b。具體加工過程包括如下步驟：

除去環(huán)段試件的部分內(nèi)圓周側(cè)材料，在該側(cè)加工第一支撐部和第二支撐部，二者均為平行于待測安裝孔并貫穿環(huán)段試件的長槽，長槽的截面形狀為半圓弧或劣弧。并且，第一支撐部和第二支撐部關(guān)于對稱平面對稱，該對稱平面經(jīng)過待測安裝孔軸線和變槳軸承外圈中心線，并去除待測安裝孔與基準平面之間的材料，使待測安裝孔形成長槽。

可以通過兩個支座支撐外緣環(huán)段試件10b的第一支撐部和第二支撐部，從而將外緣環(huán)段試件10b也設(shè)置為簡支梁結(jié)構(gòu)，通過對外緣環(huán)段試件10b的外圓周面施加載荷可以使待測安裝孔的外緣處產(chǎn)生周向應(yīng)力，實現(xiàn)對變槳軸承外圈安裝孔外緣疲勞強度的測定。

在一個可選實施例中，加工第一支撐部和第二支撐部時，不對待測安裝孔與外圓周面或內(nèi)圓周面之間的材料進行去除處理。即，保留環(huán)段試件上待測安裝孔的內(nèi)緣和外緣的實體材料。具有完整內(nèi)緣和外緣的環(huán)段試件，在載荷加載測試時其受力情況更接近實際，測試結(jié)果更準確。

在一個可選實施例中，可以不在環(huán)段試件上加工第一支撐部和第二支撐部，直接以其內(nèi)圓周面或外圓周面作為支撐部接受第一支座和第二支座的支撐，第一支座和第二支座進行適應(yīng)性變形，與環(huán)段試件形成簡支梁結(jié)構(gòu)即可。

在另一個實施例中，載荷加載方法還包括步驟S50：在待測安裝孔的內(nèi)緣或外緣處設(shè)置應(yīng)變傳感器，當向環(huán)段試件施加測試載荷時收集應(yīng)變傳感器的檢測信號。通過應(yīng)變傳感器可收集環(huán)段試件內(nèi)緣和/或外緣處周向應(yīng)變值，可以判斷徑向載荷與內(nèi)緣和/或外緣處的應(yīng)變關(guān)系。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準。