一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)的制造方法
【專利摘要】一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)，其主要是：設(shè)在機(jī)架上的步進(jìn)電機(jī)A通過絲杠和空心拉伸軸與卡盤A一側(cè)相連，可檢測(cè)試件拉伸疲勞；步進(jìn)電機(jī)B與偏心軸相連，偏心軸上設(shè)偏心輪、彎曲連桿及彎曲施力機(jī)構(gòu)，其可檢測(cè)試件彎曲疲勞；偏心軸上還設(shè)另一偏心輪和扭轉(zhuǎn)連桿，其通過連接桿、過渡連桿和扭轉(zhuǎn)搖桿與空心扭轉(zhuǎn)軸連接，該空心扭轉(zhuǎn)軸與卡盤B相連，可檢測(cè)試件扭轉(zhuǎn)疲勞。本發(fā)明具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，步進(jìn)電機(jī)功率小等優(yōu)點(diǎn)，可以完成對(duì)試件材料從拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)單一到多軸不同組合加載情況下的疲勞性能的測(cè)試。
【專利說明】一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工的檢測(cè)設(shè)備，特別是疲勞試驗(yàn)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]疲勞性能是評(píng)價(jià)材料性能的重要參數(shù)。疲勞試驗(yàn)機(jī)是檢測(cè)材料、零部件、結(jié)構(gòu)疲勞性能的重要儀器設(shè)備，是材料行業(yè)和各級(jí)質(zhì)監(jiān)部門對(duì)材料性能檢測(cè)最常用的設(shè)備之一，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械、冶金、航空航天、建筑等各行業(yè)?，F(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)機(jī)主要有拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)、平面彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)等。目前對(duì)于多軸加載情況下的疲勞性能測(cè)試，主要采用分別測(cè)出材料的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度，再運(yùn)用等強(qiáng)度理論估算出多軸加載作用下的疲勞壽命，這種試驗(yàn)方法不僅精度差、效率低而且無法得到實(shí)際工況下的真實(shí)數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能實(shí)現(xiàn)拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)組合加載情況下的多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明主要是將拉伸組件、彎曲組件和扭轉(zhuǎn)組件有機(jī)地結(jié)合成一體，既能完成各自的工作又能相互組合。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn):
[0005]本發(fā)明主要是在機(jī)架上設(shè)步進(jìn)電機(jī)、絲杠、卡盤、偏心軸、偏心輪、拉伸組件、彎曲連桿組件和扭轉(zhuǎn)連桿組件。其中，拉伸組件主要包括:支承座、空心拉伸軸、絲杠和聯(lián)軸器。固定在機(jī)架上的支承座內(nèi)設(shè)兩端貫通的空腔，在該支座的空腔內(nèi)設(shè)有空心拉伸軸，兩者通過花鍵連接，使空心拉伸軸既可軸向移動(dòng)又不能周向轉(zhuǎn)動(dòng)。空心拉伸軸一端設(shè)有圓環(huán)形堵板，該堵板的中心螺孔與絲杠嚙合，該絲杠設(shè)在空心拉伸軸內(nèi)，并與其同軸，該絲杠一端通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)A相連,該空心拉伸軸的另一端與卡盤A非設(shè)卡爪一側(cè)相連,該卡盤A另一側(cè)設(shè)卡爪，其可夾持試件一端。最好拉伸支撐座與卡盤A之間設(shè)限位傳感器。試件的的另一端可裝夾在卡盤B的夾爪上。該卡盤B的卡爪與卡盤A相對(duì)并同軸線?？ūPB非設(shè)卡爪一側(cè)與扭轉(zhuǎn)組件的空心扭轉(zhuǎn)軸一端相連，該扭轉(zhuǎn)組件主要包括:空心扭轉(zhuǎn)軸、支承座、扭轉(zhuǎn)搖桿、過渡連桿、連桿、直線導(dǎo)軌、扭轉(zhuǎn)連桿、偏心軸、偏心輪和底座。上述空心扭轉(zhuǎn)軸通過滾動(dòng)軸承設(shè)在支座內(nèi)兩端貫通的腔內(nèi)可周向轉(zhuǎn)動(dòng)，該支承座固定在機(jī)架上?？招呐まD(zhuǎn)軸上設(shè)有螺孔，其與豎直的扭轉(zhuǎn)搖桿下端螺紋連接，該扭轉(zhuǎn)搖桿上端與水平的過渡連桿和豎直的連接桿鉸接呈門字形，連接桿的下端與扭轉(zhuǎn)連桿的直桿部分一端鉸接，該扭轉(zhuǎn)連桿的直桿部分穿過設(shè)在機(jī)架上的一個(gè)直線導(dǎo)軌，另一端與扭轉(zhuǎn)連桿圓環(huán)部分外設(shè)凸塊上的叉爪鉸接，該扭轉(zhuǎn)連桿圓環(huán)部分的中心通孔通過滾動(dòng)軸承套接在偏心輪上，該塔式偏心輪的中心通孔套接在偏心軸上。該偏心軸穿過偏心輪及扭轉(zhuǎn)連桿的一端通過滾動(dòng)軸承置于固定在機(jī)架上的底座內(nèi)，偏心軸的另一端穿過彎曲連桿、另一偏心輪及底座腔內(nèi)的滾動(dòng)軸承,另一端與步進(jìn)電機(jī)B轉(zhuǎn)軸自由端相連，上述底座固定在機(jī)架上。上述彎曲連桿組件主要包括:底座、偏心輪、彎曲連桿、直線導(dǎo)軌及彎曲施力機(jī)構(gòu)。該彎曲連桿及與其對(duì)應(yīng)的偏心輪、底座及直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)均與扭轉(zhuǎn)連桿所對(duì)應(yīng)的偏心輪、底座及直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)相同，該彎曲連桿組件的直桿部分端頂設(shè)有夾爪式彎曲施力機(jī)構(gòu)，其可緊固在試件上。
[0006]本發(fā)明的工作過程簡(jiǎn)述如下:拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)由機(jī)架上的步進(jìn)電機(jī)A提供拉伸載荷動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)拉伸疲勞檢測(cè)；步進(jìn)電機(jī)B驅(qū)動(dòng)偏心軸形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)偏心量，為試件提供彎曲力和扭矩，設(shè)在偏心軸上的扭轉(zhuǎn)連桿驅(qū)動(dòng)空心扭轉(zhuǎn)軸及與其相連的卡盤B轉(zhuǎn)動(dòng)，為試件提供扭矩，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞檢測(cè)。設(shè)在偏心軸上的彎曲連桿組件的彎曲施力機(jī)構(gòu)緊固在試件上，為試件提供彎矩，實(shí)現(xiàn)彎曲疲勞檢測(cè)。在試件上粘貼電阻應(yīng)變片傳感器，將應(yīng)變信號(hào)傳輸?shù)絼?dòng)態(tài)應(yīng)變儀和示波器，對(duì)拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)的應(yīng)變波形實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。利用計(jì)數(shù)傳感器記錄疲勞斷裂時(shí)試件的壽命，描述出試件材料的S-N曲線，從而為材料多軸疲勞加載下的許用疲勞強(qiáng)度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0007]本發(fā)明具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，步進(jìn)電機(jī)功率小等優(yōu)點(diǎn)，可以完成對(duì)試件材料從拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)單一到多軸不同組合加載情況下的疲勞性能的測(cè)試，也可通過偏心量的設(shè)定實(shí)現(xiàn)彎曲行程0-10毫米，扭轉(zhuǎn)角0-12.5度之間的任意調(diào)節(jié)，通過步進(jìn)電機(jī)A實(shí)現(xiàn)拉伸力從0-10000牛頓之間的任意設(shè)定，測(cè)試頻率范圍為1-800次/分鐘。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明立體示意簡(jiǎn)圖。
[0009]圖2為本發(fā)明俯視示意簡(jiǎn)圖。
[0010]圖3為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合的彎曲疲勞正應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)疲勞切應(yīng)力之間關(guān)系曲線圖。
[0011]圖4為本發(fā)明實(shí)施例理論推導(dǎo)下的彎曲疲勞正應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)疲勞切應(yīng)力之間關(guān)系曲線圖。
[0012]圖中:1步進(jìn)電機(jī)B，2底座，3偏心軸，4偏心輪，5彎曲連桿組件，6扭轉(zhuǎn)連桿組件，7底座，8直線導(dǎo)軌，9連接桿，10支撐座，11搖桿，12空心扭轉(zhuǎn)軸，13過渡連桿，14卡盤B，15試件，16彎曲施力機(jī)構(gòu)，17卡盤A，18空心拉伸軸，19絲杠，20支承座，21步進(jìn)電機(jī)A，22機(jī)架。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在圖1和圖2所不的一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)中，固定在機(jī)架上的支承座內(nèi)設(shè)兩端貫通的空腔，在該支座的空腔內(nèi)設(shè)有空心拉伸軸，兩者通過花鍵連接?？招睦燧S一端設(shè)有圓環(huán)形堵板，該堵板的中心螺孔與絲杠嚙合，該絲杠設(shè)在空心拉伸軸內(nèi)，并與其同軸，該絲杠一端通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)A相連，該空心拉伸軸的另一端與卡盤A非設(shè)卡爪一側(cè)相連，該卡盤A另一側(cè)設(shè)卡爪，其夾持試件一端。拉伸支撐座與卡盤A之間設(shè)限位傳感器。試件的的另一端裝夾在卡盤B的夾爪上。該卡盤B的卡爪與卡盤A相對(duì)并同軸線?？ūPB非設(shè)卡爪一側(cè)與扭轉(zhuǎn)組件的空心扭轉(zhuǎn)軸一端相連，上述空心扭轉(zhuǎn)軸通過滾動(dòng)軸承設(shè)在支座內(nèi)兩端貫通的腔內(nèi)可周向轉(zhuǎn)動(dòng)，該支承座固定在機(jī)架上?？招呐まD(zhuǎn)軸上設(shè)有螺孔，其與豎直的扭轉(zhuǎn)搖桿下端螺紋連接，該扭轉(zhuǎn)搖桿上端與水平的過渡連桿和豎直的連接桿鉸接呈門字形，連接桿的下端與扭轉(zhuǎn)連桿的直桿部分一端鉸接，該扭轉(zhuǎn)連桿的直桿部分穿過設(shè)在機(jī)架上的一個(gè)直線導(dǎo)軌，另一端與扭轉(zhuǎn)連桿圓環(huán)部分外設(shè)凸塊上的叉爪鉸接，該扭轉(zhuǎn)連桿圓環(huán)部分的中心通孔通過滾動(dòng)軸承套接在偏心輪上，該塔式偏心輪的中心通孔套接在偏心軸上。該偏心軸穿過偏心輪及扭轉(zhuǎn)連桿的一端通過滾動(dòng)軸承置于固定在機(jī)架上的底座內(nèi)，偏心軸的另一端穿過彎曲連桿、另一偏心輪及底座腔內(nèi)的滾動(dòng)軸承，另一端與步進(jìn)電機(jī)B轉(zhuǎn)軸自由端相連，上述底座固定在機(jī)架上。彎曲連桿及與其對(duì)應(yīng)的偏心輪、底座及直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)均與扭轉(zhuǎn)連桿所對(duì)應(yīng)的偏心輪、底座及直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)相同，該彎曲連桿組件的直桿部分端頂設(shè)有夾爪式彎曲施力機(jī)構(gòu)，其可緊固在試件上。
[0014]下面是采用本發(fā)明的疲勞試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)試件的實(shí)施例
[0015]以45鋼為例，根據(jù)實(shí)際要求，讓卡盤A離開限位傳感器I毫米，將試件貼好應(yīng)變片并安裝在卡盤上夾緊，將彎曲施力機(jī)構(gòu)安裝在試件中間。利用數(shù)控編程，調(diào)節(jié)兩個(gè)偏心輪與偏心軸之間的夾角，使其達(dá)到扭轉(zhuǎn)角和彎曲幅值的要求，把彎曲與扭轉(zhuǎn)的頻率設(shè)定好，將計(jì)數(shù)傳感器清零。按下啟動(dòng)按鈕設(shè)備開始啟動(dòng)運(yùn)行，同步的彎扭組合對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力作用在試件上，通過在試件上粘貼電阻應(yīng)變片傳感器，將應(yīng)變信號(hào)傳輸?shù)絼?dòng)態(tài)應(yīng)變儀和示波器，對(duì)彎曲和扭轉(zhuǎn)的應(yīng)變波形實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，將得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理得到彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。當(dāng)試件發(fā)生斷裂的時(shí)候，卡盤接觸到限位傳感器，系統(tǒng)停止工作，這時(shí)計(jì)數(shù)傳感器上顯示的數(shù)據(jù)就是該應(yīng)力下試件的疲勞壽命。通過實(shí)驗(yàn)可以確定材料的彎曲疲勞應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)疲勞應(yīng)力和疲勞壽命三者之間的S-N曲線，并通過S-N曲線得到彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限的關(guān)系曲線圖，如圖3所示。 [0016]另采用理論推導(dǎo)，在已知彎曲疲勞正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)疲勞切應(yīng)力下得到的二者之間的關(guān)系式為
【權(quán)利要求】
1.一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:固定在機(jī)架上的支承座內(nèi)設(shè)兩端貫通的空腔，在該支座的空腔內(nèi)設(shè)有空心拉伸軸，兩者通過花鍵連接，空心拉伸軸一端設(shè)有圓環(huán)形堵板，該堵板的中心螺孔與絲杠嚙合，該絲杠設(shè)在空心拉伸軸內(nèi)，并與其同軸，該絲杠一端通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)A相連，該空心拉伸軸的另一端與卡盤A非設(shè)卡爪一側(cè)相連，該卡盤A另一側(cè)設(shè)卡爪，其可夾持試件一端，試件的的另一端可裝夾在卡盤B的夾爪上，該卡盤B的卡爪與卡盤A相對(duì)并同軸線，卡盤B非設(shè)卡爪一側(cè)與扭轉(zhuǎn)組件的空心扭轉(zhuǎn)軸一端相連，上述空心扭轉(zhuǎn)軸通過滾動(dòng)軸承設(shè)在支座內(nèi)兩端貫通的腔內(nèi)，該支承座固定在機(jī)架上，空心扭轉(zhuǎn)軸上設(shè)有螺孔，其與豎直的扭轉(zhuǎn)搖桿下端螺紋連接，該扭轉(zhuǎn)搖桿上端與水平的過渡連桿和豎直的連接桿鉸接呈門字形，連接桿的下端與扭轉(zhuǎn)連桿的直桿部分一端鉸接，該扭轉(zhuǎn)連桿的直桿部分穿過設(shè)在機(jī)架上的一個(gè)直線導(dǎo)軌，另一端與扭轉(zhuǎn)連桿圓環(huán)部分外設(shè)凸塊上的叉爪鉸接，該扭轉(zhuǎn)連桿圓環(huán)部分的中心通孔通過滾動(dòng)軸承套接在偏心輪上，該塔式偏心輪的中心通孔套接在偏心軸上，該偏心軸穿過偏心輪及扭轉(zhuǎn)連桿的一端通過滾動(dòng)軸承置于固定在機(jī)架上的底座內(nèi)，偏心軸 的另一端穿過彎曲連桿、另一偏心輪及底座腔內(nèi)的滾動(dòng)軸承，另一端與步進(jìn)電機(jī)B轉(zhuǎn)軸自由端相連，上述底座固定在機(jī)架上，彎曲連桿及與其對(duì)應(yīng)的偏心輪、底座及直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)均與扭轉(zhuǎn)連桿所對(duì)應(yīng)的偏心輪、底座及直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)相同，該彎曲連桿組件的直桿部分端頂設(shè)有夾爪式彎曲施力機(jī)構(gòu)，其可緊固在試件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉彎扭多軸加載疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:拉伸支撐座與卡盤A之間設(shè)限位傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK103900916SQ201410079784
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】鄭麗娟, 霍立軍, 李燕, 郁冠英, 付宇明 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)