動(dòng)端蓋的主視圖，圖16示出了輸出振動(dòng)端蓋的俯視圖，圖15 示出了圖14的C-C向剖圖，圖17示出了圖14的A-A向剖圖，圖18示出了圖14的B-B向 剖圖。柔性較鏈14加工為兩層，柔性較鏈14結(jié)構(gòu)為中間由較鏈臂15連接的兩層柔性較鏈 結(jié)構(gòu)，上層的較鏈臂和下層的較鏈臂相差30度。該樣設(shè)計(jì)可使柔性較鏈工作穩(wěn)定，受力均 勻。
[0066] 圖9示出了圖5的C-C向的局部視圖，圖10示出了圖5的D向視圖；振動(dòng)臺底座 5和輸出振動(dòng)端蓋1之間通過螺釘10固定連接，且振動(dòng)臺底座5和輸出振動(dòng)端蓋1之間設(shè) 置有彈黃墊片，彈黃墊片與輸出振動(dòng)端蓋1設(shè)置有平墊。
[0067] 由于高頻振動(dòng)臺的驅(qū)動(dòng)元件為壓電陶瓷，功率驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)的 輸出端，功率驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接壓電陶瓷。壓電陶瓷的電氣特性呈電容特性，要使壓電陶 瓷產(chǎn)生很高頻率的振動(dòng)時(shí)需要很大的功率，壓電陶瓷采用1500V驅(qū)動(dòng)的壓電陶瓷，所W壓 電陶瓷的功率驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓為0V~1500V，驅(qū)動(dòng)頻率在20曲Z。
[0068] 圖19示出了功率驅(qū)動(dòng)器的電路原理，本實(shí)施方式的功率驅(qū)動(dòng)器包括供電電源和 功率轉(zhuǎn)化電路；供電電源采用高頻高壓開關(guān)穩(wěn)壓電源，供電電源的輸出端連接功率轉(zhuǎn)化電 路的輸入端，功率轉(zhuǎn)化電路的輸出端連接壓電陶瓷。其中的輸入電壓由信號源輸入或控制 模擬電壓輸入，輸入電壓范圍在0V~10V，輸出電壓在0V~1500V，放大倍數(shù)為150倍。供 電電源為減少功率驅(qū)動(dòng)器供電電壓的變化，零點(diǎn)漂移、噪聲和紋波，需要一個(gè)可靠穩(wěn)定的供 電電源端，所W采用高頻高壓開關(guān)穩(wěn)壓電源，高頻高壓開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理如圖20所 示，穩(wěn)壓電源調(diào)整管處于開關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率高達(dá)90%。又由于開關(guān)頻率高，因此濾 波元件取值較小，整個(gè)電源體積小，重量較輕。電源的穩(wěn)定度較高，紋波低于10毫伏，使得 功率驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。
[0069] 圖21示出了功率轉(zhuǎn)化電路原理，采用變換的晶體管電路，電路分流結(jié)構(gòu)形式設(shè) 計(jì)，用一對同類型的NPN型晶體管輸出，輸入電壓為0V~10V，電路的特點(diǎn)是T1工作于己 類，T2工作于甲類，它既作為功放管又作T1的倒相激勵(lì)管。工作過程是：當(dāng)輸入電壓比較 小時(shí)，T2的集電極電流小，集電極電位比較高，所WT1導(dǎo)通，其集電極電流il對壓電陶瓷 的電容充電。由于T1的發(fā)射結(jié)正偏，所W二極管D是截止的。在輸入電壓較大時(shí)，T2的內(nèi) 阻進(jìn)一步降低，集電極電位降低，二極管D開始導(dǎo)通，于是T1被截止，壓電陶瓷的電容通過 T2放電。從所述的工作過程可知；壓電陶瓷的電容C充放電快慢，就決定了功率轉(zhuǎn)化電路 的帶寬，要提高功率轉(zhuǎn)化電路的帶寬，顯然要減小功率轉(zhuǎn)化電路的輸出電阻。
[0070] 功率驅(qū)動(dòng)器的輸入和輸出部分；輸入部分可輸入模擬量，0到5V控制，通過功率轉(zhuǎn) 化電路內(nèi)部的放大電路輸出0V~1500V的驅(qū)動(dòng)電壓，放大倍數(shù)為300倍，模擬量可W由模 擬電子元件給出或用數(shù)字控制器通過D/A轉(zhuǎn)化給出。輸出部分連接高頻振動(dòng)臺內(nèi)部的壓電 陶瓷，輸出部分具有短路和過流保護(hù)功能。
[007U上述功率驅(qū)動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓為0V~1500V，驅(qū)動(dòng)頻率在20曲Z。
[0072] 采用用于小尺寸構(gòu)件高階振動(dòng)疲勞測試的壓電高頻振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行小尺寸構(gòu)件高 階振動(dòng)疲勞測試，測試環(huán)境如圖22所示，本次測試的對象是體積為70mmX70mmX70mmW 內(nèi)、重量小于500g的小尺寸構(gòu)件。
[0073] 小尺寸構(gòu)件高階振動(dòng)疲勞測試方法，按如下步驟進(jìn)行：
[0074] 步驟1 ;將小尺寸構(gòu)件安裝在高頻振動(dòng)臺的輸出振動(dòng)端蓋上；
[0075] 如圖22所示，將高頻振動(dòng)臺和小尺寸構(gòu)件17通過螺釘固定，高頻振動(dòng)臺固定支架 底座通過第一連接端19與測試用固定平臺18連接，小尺寸構(gòu)件17通過20第二連接端與 高頻振動(dòng)臺連接為一體。
[0076] 步驟2 ;為S支位移輸出相同的壓電陶瓷通入驅(qū)動(dòng)電壓和電流，從而使高頻振動(dòng) 臺產(chǎn)生高頻振動(dòng)；
[0077] 步驟3 ;小尺寸構(gòu)件在高頻振動(dòng)臺的帶動(dòng)下產(chǎn)生高頻往復(fù)振動(dòng)，同時(shí)測量小尺寸 構(gòu)件振動(dòng)參數(shù)，包括振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅值；
[007引如圖22所示的小尺寸構(gòu)件17在高頻振動(dòng)臺的帶動(dòng)下產(chǎn)生高頻振動(dòng)，同時(shí)傳感器 激光測頭16測量讀取小尺寸構(gòu)件17振動(dòng)參數(shù)，包括振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅值。
[0079] 步驟4 ;選擇高階振動(dòng)疲勞測試的階次并布置應(yīng)變傳感器；首先采用有限元仿真 方法，獲得小尺寸構(gòu)件的應(yīng)變振型，確定所選擇的階次對應(yīng)的應(yīng)變振型特點(diǎn)，然后將應(yīng)變傳 感器布置于小尺寸構(gòu)件的最大應(yīng)變位置；
[0080] 高階振動(dòng)疲勞測試的首要任務(wù)就是確定所要考核的小尺寸構(gòu)件的振動(dòng)疲勞階次。 階次的確定要與實(shí)際結(jié)構(gòu)件發(fā)生高階疲勞破壞的階次相對應(yīng)。
[0081] 步驟5 ;對小尺寸構(gòu)件固有頻率進(jìn)行高階振動(dòng)疲勞測試；首先采用鍵擊法模態(tài)測 試或有限元仿真分析方法，初步獲得小尺寸構(gòu)件的固有頻率；然后，設(shè)定掃頻范圍是初步獲 得的小尺寸構(gòu)件的固有頻率的75%~125%，利用壓電高頻振動(dòng)系統(tǒng)對小尺寸構(gòu)件進(jìn)行掃 頻測試，采用由高到低的掃頻方法獲得小尺寸構(gòu)件振動(dòng)響應(yīng)的=維瀑布圖，通過辨識峰值 響應(yīng)對應(yīng)的頻率，獲得小尺寸構(gòu)件的高階固有頻率值；
[0082] 圖23示出了對小尺寸構(gòu)件高階固有頻率掃頻測試時(shí)獲得的S維瀑布圖。
[0083] 步驟6 ;選定疲勞循環(huán)次數(shù)并初步確定極限應(yīng)力和極限應(yīng)變；選擇1〇6^上的疲勞 循環(huán)次數(shù)S，并根據(jù)小尺寸構(gòu)件材料對應(yīng)的S-N曲線，初步確定與高階振動(dòng)疲勞測試的極限 應(yīng)力，N為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
[0084] 假設(shè)所選定的疲勞循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的極限應(yīng)力為〇m"，根據(jù)胡克定律，可W通過式 (1)得到極限應(yīng)力0max所對應(yīng)的極限應(yīng)變emax:
[0085] 0",/E (1)
[0086] 式中，E為小尺寸構(gòu)件材料的楊氏模量。
[0087] 步驟7 ;確定達(dá)到極限應(yīng)變所需的激勵(lì)幅度和疲勞失效時(shí)間；在選定的振動(dòng)疲勞 測試階次下，利用壓電高頻振動(dòng)系統(tǒng)對小尺寸構(gòu)件進(jìn)行共振激勵(lì)，通過動(dòng)應(yīng)變傳感器測試 獲得不同激勵(lì)幅度對應(yīng)的動(dòng)力變值，直到確定出達(dá)到極限應(yīng)變所需的激勵(lì)幅度，并繪制激 勵(lì)幅度-動(dòng)應(yīng)變曲線，同時(shí)估算小尺寸構(gòu)件在極限應(yīng)變作用下發(fā)生疲勞失效的時(shí)間；
[008引在選定的振動(dòng)疲勞測試階次下，利用壓電高頻振動(dòng)系統(tǒng)對小尺寸構(gòu)件進(jìn)行共振激 勵(lì)，通過動(dòng)應(yīng)變傳感器測試獲得不同激勵(lì)幅度對應(yīng)的動(dòng)力變值，直到確定出達(dá)到極限應(yīng)變 所需的激勵(lì)幅度，并繪制激勵(lì)幅度-動(dòng)應(yīng)變曲線。同時(shí)，如果高階振動(dòng)疲勞測試可W順利開 展，則結(jié)構(gòu)件在極限應(yīng)變作用下發(fā)生疲勞失效的時(shí)間t可W按下式進(jìn)行估算。
[0089] t=手S (2)
[0090] 式中，fh為所選定的振動(dòng)疲勞測試階次對應(yīng)的固有頻率值，單位化，a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 通常有a= 1. 0~1. 2。
[0091] 步驟8 ;確定小尺寸構(gòu)件疲勞失效準(zhǔn)則，完成高階振動(dòng)疲勞測試；分別從頻率、動(dòng) 應(yīng)變和微觀裂紋角度來判斷小尺寸構(gòu)件是否發(fā)生高階疲勞失效，包括：①測試小尺寸構(gòu)件 的固有頻率變化，當(dāng)高階固有頻率下降2%~5%W后，則判斷小尺寸構(gòu)件發(fā)生疲勞