專利名稱：無級加載式扭轉疲勞試驗機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及金屬材料的疲勞試驗設備，特別指利用磁粉離合器無級加載扭矩的扭轉疲勞試驗機。
背景技術：
疲勞破壞是機器零部件失效的形式之一，要確定零部件的疲勞極限，首先要確定材料的疲勞極限值(有的也可以直接做零部件的疲勞試驗)。長期以來對于旋轉彎曲疲勞強度的試驗研究居多，而對扭轉疲勞強度的試驗研究極少。其主要原因是前者試驗機簡單，工作穩定性好。通常在測得彎曲疲勞強度б-1以后，用它來換算扭轉疲勞強度τ-1。對于光滑試件，文[1]指出τ-1和б-1之比值一般在0.6-0.8之間。由于實驗提供的τ-1值相對來講較少。上述比值是否滿足更一般情況和是否存在與強度理論(塑性材料[τ]＝(0.5-0.6)[б]；脆性材料[τ]＝(0.8-1.0)[б])類似的關系，目前尚未完全清楚。因此需要一種簡單可靠的疲勞試驗機來對不同的材料做更多的扭轉疲勞試驗，以便取得更多的扭轉疲勞強度的實驗值τ-1。在國內，據我們了解除吉林工業大學研制的用于汽車萬向節、傳動軸或半軸的扭轉疲勞試驗臺和濟南試金集團的PNS-3000型微機控制電液伺服扭轉疲勞試驗機外，還沒有其它的扭轉疲勞試驗機產品。國外產品價格昂貴，國內產品品種單一，是扭轉疲勞試驗機市場的現狀。其客觀原因也許由于產品結構復雜，成本高，以致其價格居高不下。因此一般的設計部門不愿購買，只習慣從手冊上查到б-1，再簡單地換算一下就可以得到τ-1，在主觀上也想省去再做試驗的麻煩。
發明內容
本實用新型的目的是針對背景技術中存在的缺點和問題加以改進，提供一種結構簡單可靠，操作方便，造價低的無級加載式扭轉疲勞試驗機。
本實用新型的技術方案是在試件兩端設置帶有滾動支承可旋轉的夾頭，夾頭的一端聯接減速器驅動的曲柄搖桿機構，曲柄搖桿機構聯接調速電動機，其特點是夾頭另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器。
本實用新型有以下優點1、首次將磁粉離合器應用于扭轉疲勞試驗機的設計中，實現了加載扭矩的無級調節與控制。簡化了扭轉疲勞試驗機的結構。
2、一般疲勞試驗機的循環應力的波形為正弦波，本扭轉疲勞試驗機的波形為梯形波。為疲勞破壞實驗提供了一種新的穩定的波形。
3、本扭轉疲勞試驗機結構簡單可靠，成本低廉，操作方便。為國內試驗機市場提供一種新型的扭轉疲勞試驗機。
圖1是本實用新型傳動方式和安裝結構示意圖圖2是本實用新型轉矩與電流關系特征曲線圖具體實施方式
由圖1可知，在試件(3)兩端設置帶有滾動支承可旋轉的夾頭(4、41)，夾頭(4)的一端聯接減速器(2)驅動的曲柄搖桿機構(8)，曲柄搖桿機構(8)聯接調速電動機(1)，其特點是夾頭(41)另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器(7)。
本實用新型所述的磁粉離合器中的輸出端樞接試件夾頭(41)，另一端樞接轉子(5)，磁粉離合器的定子上設有勵磁圈(6)。
本實用新型為了確定加載值的精度，使用GB10128-88推薦采用的金屬扭轉試樣(低碳鋼圓形試樣，直徑為10mm，標距為100mm)來標定。只要調節勵磁電流，若加載扭矩值定為25N·m，它可直接從拉壓傳感器(精度為0.5％)的讀數得到，誤差不超過1％。但是由于磁粉離合器處于滑差工作狀態時的動態精度為3％，因此其讀數也有波動，若取其平均值，誤差不超過3％。由于磁粉離合器額定轉矩大小不同(樣機的磁粉離合器額定轉矩；30N·m，額定電流2A)，為測定不同應力水平下的τ-1-N曲線，可制成不同額定載荷扭轉疲勞試驗機。
本實用新型樣機中電動機的功率為250W，轉速為1440rpm，減速器傳動比為1∶50。改變減速器傳動比，可改變加載速度。可研究加載速度對扭轉疲勞破壞的影響。一旋轉彎曲疲勞試驗機相比，交變應力周期較長，實驗周期也長。這一點正好與工程中的實際情況相符合。由于工程實際中大多數疲勞失效都要經過相當一段時間，并不會像在高頻疲勞實驗機上做實驗的試件那樣快速疲勞破壞。
本實用新型只需要在試件上制造一些缺陷(各方向的切口，小圓孔等)，就可以通過在扭轉疲勞試驗機上的試驗，得出各種缺陷對扭轉疲勞破壞的影響。
本實用新型的工作原理電動機帶動蝸輪蝸桿減速器轉動，其輸出使曲柄搖桿機構的曲柄轉動，搖桿的擺動使試件的一個夾頭往返轉動，另一夾頭與磁粉離合器的輸出端相連。在離合器輸入端，接一個拉壓傳感器撥桿。當勵磁線圈兩端加上某一電壓時，線圈內將產生勵磁電流。工作間隙的磁粉被磁化，形成磁粉鏈。當主動件旋轉時，各磁粉鏈中磁粉顆粒間、磁粉與導磁體之間都因磨擦而產生摩擦力，從而將轉矩傳遞至從動件。在一定的勵磁電流作用下，離合器所能傳遞的轉矩是一定的。轉矩一電流的關系如圖2所示。圖中轉矩與電流在工作范圍內近似地成直線關系。而且，該轉矩的大小不隨轉速的變化而變化。不同型號的磁粉離合器，其額定滑差轉矩的大小不同。當搖桿的力矩在滑差轉矩內時，輸出軸與輸入同步轉動，二者無相對轉動。搖桿的力矩可由傳感器的讀數得到。滑差轉矩為離合器加給試件的最大轉矩，當搖桿的力矩大于滑差轉矩時，輸入軸雖然隨輸出軸轉動，但二都有相對轉動。施加在試件上的力矩只能等于滑差轉矩。通過傳感器可得到滑差轉矩的大小。當給予勵磁線圈一定的電流時，會產生一定的滑差轉矩。由于電流可以無線調節，故決定加載大小的滑差轉矩也可以無級調節。
在曲柄搖桿機械中，搖桿設計成無急回運動(K＝1，θ＝0)。搖桿擺角γ有足夠大，當兩夾頭裝上試件后，搖桿轉動使離合器處于滑差工作狀態。試件所受的最大轉矩為磁粉離合器滑差轉矩T。當曲柄轉一圈，試件所受的對稱循環扭轉作用，其值在±T之間變化。相應的剪應力也在±T/Wp之間變化。每完成一個循環，計數器計數一次。通過測得一組材料和尺寸相同的試件在不同剪應力水平下面的循環次數N，找到當N＞106-107的τ-1，就會做出τ-1-N曲線。
由于本試驗機結構簡單可靠，操作方便，且造價低廉，也可作為大專院校材料力學實驗室的教學設備。
權利要求1.一種無級加載式扭轉疲勞試驗機，在試件(3)兩端設置帶有滾動支承可旋轉的夾頭(4、41)，夾頭(4)的一端聯接減速器(2)驅動的曲柄搖桿機構(8)，曲柄搖桿機構(8)聯接調速電動機(1)，其特征在于夾頭(41)另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器(7)。
2.根據權利要求1所述的無級加載式扭轉疲勞試驗機，其特征在于所述的磁粉離合器中的輸出端樞接試件夾頭(41)，另一端樞接磁粉離合器轉子(5)，磁粉離合器的定子上設有勵磁線圈(6)。
專利摘要本實用新型涉及金屬材料的物理試驗設備，特別指利用磁粉離合器無級加載扭矩的扭轉疲勞試驗機。本實用新型在試件(3)兩端設置帶有滾動支承可旋轉的夾頭(4、41)，夾頭(4)的一端聯接減速器(2)驅動的曲柄搖桿機構(8)，曲柄搖桿機構(8)聯接調速電動機(1)，其特征在于夾頭(41)另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器(7)。本實用新型首次將磁粉離合器應用于扭轉疲勞試驗機的設計中，實現了加載扭矩的無級調節與控制。簡化了扭轉疲勞試驗機的結構。本扭轉疲勞試驗機結構簡單可靠，成本低廉，操作方便。為國內試驗機市場提供一種新型的扭轉疲勞試驗機。
文檔編號G01N3/22GK2679668SQ20042003520
公開日2005年2月16日 申請日期2004年2月22日 優先權日2004年2月22日
發明者曾紀杰, 趙穩, 余曉峰 申請人:曾紀杰, 趙穩