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大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的制作方法

文檔序號(hào):6017634閱讀:239來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于試驗(yàn)設(shè)備,特別是一種能夠進(jìn)行多次重復(fù)沖擊疲勞試驗(yàn)的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)
研制沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的核心問(wèn)題在于解決沖擊的可重復(fù)加載問(wèn)題,加載機(jī)構(gòu)是試驗(yàn)機(jī)的核心部件。加載機(jī)構(gòu)的沖擊速度受沖擊頻率的限制,在沖擊速度確定的條件下,沖擊脈沖的調(diào)節(jié)通過(guò)力脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)。因此,試驗(yàn)機(jī)對(duì)加載機(jī)構(gòu)的主要要求是可靠地實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)沖擊加載。目前疲勞試驗(yàn)機(jī)可分為電液伺服、氣動(dòng)和機(jī)械式三種類型,只適合于對(duì)試件或零部件重復(fù)施加動(dòng)態(tài)載荷,無(wú)法施加大噸位高速?zèng)_擊載荷,故只適用于普通疲勞試驗(yàn)?,F(xiàn)有的沖擊試驗(yàn)機(jī)主要用于材料或零部件的單次沖擊試驗(yàn),進(jìn)行沖擊疲勞試驗(yàn)的效率太低,無(wú)法滿足沖擊疲勞試驗(yàn)要求。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)。《多沖碰撞試驗(yàn)機(jī)研制及其系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析》(蘇州大學(xué)碩士論文)一文中的沖擊疲勞試驗(yàn)裝置采用液壓復(fù)位系統(tǒng),需高速伺服閥和大功率電機(jī),雖然該沖擊試驗(yàn)機(jī)能夠提供較大的沖擊速度或沖擊能量,但沖擊頻率較低,系統(tǒng)復(fù)雜、成本高?!稑屝底詣?dòng)機(jī)沖擊疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)加載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及性能分析》(《兵工學(xué)報(bào)》)一文中的沖擊加載裝置采用凸輪滾子機(jī)構(gòu),沖頭的復(fù)位依賴于彈簧,無(wú)法保證每次沖擊的一致性,實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)沖擊加載的精度較低,且沖擊頻率不高、效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作不方便,不容易實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)沖擊加載和試驗(yàn)效率低等的技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進(jìn)行多次重復(fù)沖擊疲勞試驗(yàn)的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),由沖擊加載裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)身組成,機(jī)身采用C形開(kāi)式結(jié)構(gòu),由鋼板通過(guò)焊接的方式拼接而成,機(jī)身通過(guò)地腳螺栓固定在地面上,系統(tǒng)總體按立式布局,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在機(jī)身的后部下底板上,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身的前后箱板之間,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的正上方,沖擊加載裝置布置在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸前端,位于疲勞試驗(yàn)機(jī)的正面,工作臺(tái)上方;大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)工作時(shí),主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞到主軸上,主軸將動(dòng)力傳遞到?jīng)_擊加載裝置,沖擊加載裝置垂直下行加速對(duì)試件進(jìn)行一次沖擊,沖擊完后沖擊加載裝置垂直上行完成復(fù)位功能,重復(fù)上述過(guò)程,進(jìn)行多次沖擊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載機(jī)構(gòu)采用雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了滑塊上行復(fù)位與下行加速階段與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接,在沖擊階段滑塊和沖頭與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分離功能,機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在多次循環(huán)運(yùn)動(dòng)中,能夠可靠地實(shí)現(xiàn)沖擊脈沖的重復(fù)性,并能實(shí)現(xiàn)最高每分鐘1000次的高頻多次沖擊;(2)采用不同形狀、材
4料及其組合的力脈沖發(fā)生器改變沖擊力脈寬,采用增加配重塊調(diào)節(jié)沖擊沖量和改變沖擊力的大小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)方便;(3)采用優(yōu)化的定位凸輪和加速凸輪外輪廓,大幅度減少了滑塊傳動(dòng)過(guò)程中的碰撞,提高了沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的使用壽命。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的主視示意圖。圖2是本發(fā)明的左視示意圖。圖3是本發(fā)明的局部放大示意圖。圖4是本發(fā)明的沖擊加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的定位凸輪外輪廓。圖6是本發(fā)明的加速凸輪外輪廓。附圖標(biāo)記及其所代表的組成部分為1 一電機(jī)座,2—機(jī)身,3 —電機(jī),4一帶輪,5— 皮帶,6—離合器,7—飛輪,8—?jiǎng)悠胶廨啠?一箱板端蓋,10—工作臺(tái)板,11—導(dǎo)軌,12—橡膠墊片,13—銅墊片,14 一定位凸輪,15—加速凸輪,16—主軸,17—滑塊,18—沖頭座,19 一配重塊,20—?jiǎng)偠日{(diào)節(jié)塊,21—沖頭套,22—沖頭,14-1一定位凸輪第一外輪廓,14-2—定位凸輪第二外輪廓,14-3—定位凸輪第三外輪廓,15-1—加速凸輪第一外輪廓,15-2—加速凸輪第二外輪廓,15-3—加速凸輪第三外輪廓,15-4—加速凸輪第四外輪廓。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)采用雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)作為沖擊加載機(jī)構(gòu),將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng),以往復(fù)運(yùn)動(dòng)形式通過(guò)力脈沖發(fā)生器將沖擊動(dòng)量傳遞到試件上,能夠得到?jīng)_擊力F為2-20萬(wàn)牛的大噸位。結(jié)合圖1、圖2和圖3,本發(fā)明大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),由沖擊加載裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)身2組成,機(jī)身2采用C形開(kāi)式結(jié)構(gòu),由鋼板通過(guò)焊接的方式拼接而成,機(jī)身 2通過(guò)地腳螺栓固定在地面上,系統(tǒng)總體按立式布局,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在機(jī)身2的后部下底板上,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身2的前后箱板之間,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的正上方,沖擊加載裝置布置在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸16前端,位于疲勞試驗(yàn)機(jī)的正面,工作臺(tái)上方,為減小沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)、改善機(jī)構(gòu)工作性能,對(duì)沖擊加載裝置中的定位凸輪14和加速凸輪 15進(jìn)行了動(dòng)平衡設(shè)計(jì),動(dòng)平衡輪8安裝在主軸16的中間部位。大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)工作時(shí),主軸16每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)帶輪4、皮帶5將動(dòng)力傳遞到主軸16上,主軸16 將動(dòng)力傳遞到?jīng)_擊加載裝置,沖擊加載裝置垂直下行加速后與滑塊17脫離,對(duì)試件進(jìn)行一次沖擊,沖擊完后滑塊17垂直上行與定位凸輪14和加速凸輪15再次接觸完成復(fù)位功能, 重復(fù)上述過(guò)程,進(jìn)行多次沖擊。結(jié)合圖4,本發(fā)明大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的沖擊加載裝置由雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)和力脈沖發(fā)生器組成,其中雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)由定位凸輪14、加速凸輪15、滑塊17、導(dǎo)軌11組成,力脈沖發(fā)生器由沖頭座18、配重塊19、剛度調(diào)節(jié)塊20、沖頭套21、沖頭 22組成。雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)采用懸臂式布置方式,安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸16前端,滑塊17通過(guò)導(dǎo)軌11安裝在機(jī)身2的前箱板上,滑塊17沿導(dǎo)軌11垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng),加速
5凸輪15的后端面和定位凸輪14的前端面緊密結(jié)合在一起,并通過(guò)圓螺母、止動(dòng)墊圈安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸16前端。沖頭座18安裝在滑塊17的下底面,配重塊19對(duì)稱固定在沖頭座18的下方,沖頭22通過(guò)沖頭套21的螺紋連接在沖頭座18上,剛度調(diào)節(jié)塊20安裝在沖頭座18與沖頭22之間。本發(fā)明的滑塊17采用框式結(jié)構(gòu),導(dǎo)軌11對(duì)稱布置在滑塊17左右兩側(cè),框式滑塊 17的中間布置有加速凸輪15和定位凸輪14。切除滑塊17下部平底與定位凸輪14發(fā)生干涉部分,即滑塊17后側(cè)的下平底。切除滑塊17上部平底與加速凸輪15發(fā)生干涉部分,即滑塊17前側(cè)的上平底。雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)的加速凸輪15與滑塊17框架的下部平底前端面平齊,定位凸輪14的與滑塊17框架的上部平底后端面平齊?;瑝K17垂直下行加速由加速凸輪15作用于滑塊17下框接觸面完成,滑塊17垂直上行由定位凸輪14作用于滑塊17上框接觸面完成,定位凸輪14和加速凸輪15有一段共軛面,完成滑塊17復(fù)位功能。 切除相關(guān)部分后,滑塊17在接近試件位置附近與定位凸輪14和加速凸輪15輪廓處于分離狀態(tài),滿足了與試件的沖擊過(guò)程中的讓位要求。結(jié)合圖5和圖6,本發(fā)明的加速凸輪15外輪廓和定位凸輪14外輪廓采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,即加速凸輪第一外輪廓15-10°、0°屬于推程段,采用余弦加速曲線;加速凸輪第二外輪廓15-290° 165°屬于過(guò)渡段,此時(shí)滑塊17與加速凸輪15和定位凸輪14已處于分離狀態(tài);加速凸輪第三外輪廓15-3165° ^260°為回程段,采用余弦加速度曲線; 加速凸輪第四外輪廓15-似60 360°時(shí),為休止段,采用一段圓??;定位凸輪第一外輪廓 14-10°飛0°屬于休止段,采用一段圓?。欢ㄎ煌馆喌诙廨喞?4-260° 160°屬于推程段,采用余弦加速曲線;定位凸輪第三外輪廓14-3沈0° 360°屬于休止段,采用一段圓??;加速凸輪第一外輪廓15-1與加速凸輪第二外輪廓15-2連接處會(huì)產(chǎn)生尖角,為使滑塊 17運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,將尖角處打磨成圓角。加速凸輪15外輪廓的曲線方程
權(quán)利要求
1.一種大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),由沖擊加載裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)身(2)組成,機(jī)身(2)采用C形開(kāi)式結(jié)構(gòu),由鋼板通過(guò)焊接的方式拼接而成,機(jī)身(2)通過(guò)地腳螺栓固定在地面上,其特征在于系統(tǒng)總體按立式布局,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在機(jī)身(2)的后部下底板上,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身(2)的前后箱板之間,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的正上方,沖擊加載裝置布置在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸(16)前端,位于疲勞試驗(yàn)機(jī)的正面,工作臺(tái)上方;大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)工作時(shí),主軸(16)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞到主軸 (16)上,主軸(16)將動(dòng)力傳遞到?jīng)_擊加載裝置,沖擊加載裝置垂直下行加速對(duì)試件進(jìn)行一次沖擊,沖擊完后沖擊加載裝置垂直上行完成復(fù)位功能,重復(fù)上述過(guò)程,進(jìn)行多次沖擊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),其特征在于沖擊加載裝置由雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)和力脈沖發(fā)生器組成,其中雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)由定位凸輪 (14)、加速凸輪(15)、滑塊(17)、導(dǎo)軌(11)組成,力脈沖發(fā)生器由沖頭座(18)、配重塊(19)、 剛度調(diào)節(jié)塊(20)、沖頭套(21)、沖頭(22)組成,雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)采用懸臂式布置方式,即安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸(16)前端,滑塊(17)通過(guò)導(dǎo)軌(11)安裝在機(jī)身(2)的前箱板上,滑塊(17)沿導(dǎo)軌(11)垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng),加速凸輪(15)的后端面和定位凸輪(14)的前端面結(jié)合在一起,并安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸(16)前端;沖頭座(18)安裝在滑塊(17)的下底面,兩個(gè)配重塊(19)對(duì)稱固定在沖頭座(18)的下方,沖頭(22)通過(guò)沖頭套(21)的螺紋連接在沖頭座(18)上,剛度調(diào)節(jié)塊(20)安裝在沖頭座(18)與沖頭(22)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),其特征在于滑塊(17)采用框式結(jié)構(gòu),導(dǎo)軌(11)對(duì)稱布置在滑塊(17)左右兩側(cè),框式滑塊(17)的中間布置有加速凸輪(15) 和定位凸輪(14);切除滑塊(17)下部平底與定位凸輪(14)發(fā)生干涉部分,即滑塊(17)后側(cè)的下平底,切除滑塊(17)上部平底與加速凸輪(15)發(fā)生干涉部分,即滑塊(17)前側(cè)的上平底;雙凸輪框式平底滑塊機(jī)構(gòu)的加速凸輪(15)與滑塊(17)框架的下部平底前端面平齊, 定位凸輪(14)的與滑塊(17)框架的上部平底后端面平齊,滑塊(17)垂直下行加速由加速凸輪(15)作用于滑塊(17)下框接觸面完成,滑塊(17)垂直上行由定位凸輪(14)作用于滑塊(17)上框接觸面完成,定位凸輪(14)和加速凸輪(15)有一段共軛面,完成滑塊(17)復(fù)位功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),其特征在于加速凸輪(15)外輪廓和定位凸輪(14)外輪廓采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,S卩加速凸輪第一外輪廓(15-1)0°、0°屬于推程段,采用余弦加速曲線;加速凸輪第二外輪廓(15-2) 90° 165°屬于過(guò)渡段,此時(shí)滑塊(17)與加速凸輪(15)和定位凸輪(14)已處于分離狀態(tài);加速凸輪第三外輪廓(15-3) 165° ^260°為回程段,采用余弦加速度曲線;加速凸輪第四外輪廓(15-4)沈0 360°時(shí), 為休止段,采用一段圓??;定位凸輪第一外輪廓(14-1)0°飛0°屬于休止段,采用一段圓弧;定位凸輪第二外輪廓(14-2) 60° 160°屬于推程段,采用余弦加速曲線;定位凸輪第三外輪廓(14-3)沈0° 360°屬于休止段,采用一段圓??;加速凸輪第一外輪廓(15-1)與加速凸輪第二外輪廓(15-2)連接處會(huì)產(chǎn)生尖角,為使滑塊(17)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,將尖角處打磨成圓角。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),其特征在于力脈沖發(fā)生器中的沖頭(22)采用不同的形狀和材料,其形狀采用圓柱頭或球頭,從而調(diào)節(jié)沖擊力脈寬,且根據(jù)沖擊加載的需要采用不同重量的配重塊(19),從而調(diào)節(jié)沖擊沖量和改變沖擊力的大小,剛度調(diào)節(jié)塊(20)底部與沖頭(22)上端面接觸,剛度調(diào)節(jié)塊(20)采用一組碟形彈簧或非金屬圓柱塊或圓柱形液壓緩沖器,在力脈沖發(fā)生器的正下方布置有工作臺(tái)板(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),其特征在于在滑塊(17)與定位凸輪(14)的接觸面間填充橡膠墊片(12)、銅墊片(13),在滑塊(17)與加速凸輪(15)的接觸面間填充銅墊片,以吸收沖擊能量減小沖擊接觸應(yīng)力,定位凸輪(14)與加速凸輪(15)均采用高強(qiáng)度合金鋼制造。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī),系統(tǒng)總體按立式布局,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在機(jī)身的后部下底板上,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身的前后箱板之間,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的正上方,沖擊加載裝置布置在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主軸前端,位于疲勞試驗(yàn)機(jī)的正面,工作臺(tái)上方;大噸位沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)工作時(shí),主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞到主軸上,主軸將動(dòng)力傳遞到?jīng)_擊加載裝置,沖擊加載裝置垂直下行加速對(duì)試件進(jìn)行一次沖擊,沖擊完后沖擊加載裝置垂直上行完成復(fù)位功能,重復(fù)上述過(guò)程,進(jìn)行多次沖擊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)方便。
文檔編號(hào)G01M7/08GK102393286SQ201110268590
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者何玲, 孫勇飛, 孫彬, 徐家凡, 徐誠(chéng), 王亞平 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)
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