一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗的制造方法
【專利摘要】一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗機，其主要是：設在機架上的步進電機A通過絲杠和空心拉伸軸與卡盤A一側相連，可檢測試件拉伸疲勞；步進電機B與偏心軸相連，偏心軸上設偏心輪、彎曲連桿及彎曲施力機構，其可檢測試件彎曲疲勞；偏心軸上還設另一偏心輪和扭轉連桿，其通過連接桿、過渡連桿和扭轉搖桿與空心扭轉軸連接，該空心扭轉軸與卡盤B相連，可檢測試件扭轉疲勞。本發明具有機械結構簡單，易于操作，步進電機功率小等優點，可以完成對試件材料從拉伸、彎曲、扭轉單一到多軸不同組合加載情況下的疲勞性能的測試。
【專利說明】一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械加工的檢測設備，特別是疲勞試驗機。
【背景技術】
[0002]疲勞性能是評價材料性能的重要參數。疲勞試驗機是檢測材料、零部件、結構疲勞性能的重要儀器設備，是材料行業和各級質監部門對材料性能檢測最常用的設備之一，其應用領域涉及機械、冶金、航空航天、建筑等各行業。現有的疲勞試驗機主要有拉壓疲勞試驗機、扭轉疲勞試驗機、旋轉彎曲疲勞試驗機、平面彎曲疲勞試驗機等。目前對于多軸加載情況下的疲勞性能測試，主要采用分別測出材料的拉伸、彎曲、扭轉疲勞強度，再運用等強度理論估算出多軸加載作用下的疲勞壽命，這種試驗方法不僅精度差、效率低而且無法得到實際工況下的真實數據。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種能實現拉伸、彎曲、扭轉組合加載情況下的多軸加載疲勞試驗機。本發明主要是將拉伸組件、彎曲組件和扭轉組件有機地結合成一體，既能完成各自的工作又能相互組合。
[0004]本發明通過以下技術方案加以實現:
[0005]本發明主要是在機架上設步進電機、絲杠、卡盤、偏心軸、偏心輪、拉伸組件、彎曲連桿組件和扭轉連桿組件。其中，拉伸組件主要包括:支承座、空心拉伸軸、絲杠和聯軸器。固定在機架上的支承座內設兩端貫通的空腔，在該支座的空腔內設有空心拉伸軸，兩者通過花鍵連接，使空心拉伸軸既可軸向移動又不能周向轉動。空心拉伸軸一端設有圓環形堵板，該堵板的中心螺孔與絲杠嚙合，該絲杠設在空心拉伸軸內，并與其同軸，該絲杠一端通過聯軸器與步進電機A相連,該空心拉伸軸的另一端與卡盤A非設卡爪一側相連,該卡盤A另一側設卡爪，其可夾持試件一端。最好拉伸支撐座與卡盤A之間設限位傳感器。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相對并同軸線。卡盤B非設卡爪一側與扭轉組件的空心扭轉軸一端相連，該扭轉組件主要包括:空心扭轉軸、支承座、扭轉搖桿、過渡連桿、連桿、直線導軌、扭轉連桿、偏心軸、偏心輪和底座。上述空心扭轉軸通過滾動軸承設在支座內兩端貫通的腔內可周向轉動，該支承座固定在機架上。空心扭轉軸上設有螺孔，其與豎直的扭轉搖桿下端螺紋連接，該扭轉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連桿的直桿部分一端鉸接，該扭轉連桿的直桿部分穿過設在機架上的一個直線導軌，另一端與扭轉連桿圓環部分外設凸塊上的叉爪鉸接，該扭轉連桿圓環部分的中心通孔通過滾動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連桿的一端通過滾動軸承置于固定在機架上的底座內，偏心軸的另一端穿過彎曲連桿、另一偏心輪及底座腔內的滾動軸承,另一端與步進電機B轉軸自由端相連，上述底座固定在機架上。上述彎曲連桿組件主要包括:底座、偏心輪、彎曲連桿、直線導軌及彎曲施力機構。該彎曲連桿及與其對應的偏心輪、底座及直線導軌的結構均與扭轉連桿所對應的偏心輪、底座及直線導軌的結構相同，該彎曲連桿組件的直桿部分端頂設有夾爪式彎曲施力機構，其可緊固在試件上。
[0006]本發明的工作過程簡述如下:拉彎扭多軸加載疲勞試驗機由機架上的步進電機A提供拉伸載荷動力，驅動滾珠絲杠實現拉伸疲勞檢測；步進電機B驅動偏心軸形成一個旋轉偏心量，為試件提供彎曲力和扭矩，設在偏心軸上的扭轉連桿驅動空心扭轉軸及與其相連的卡盤B轉動，為試件提供扭矩，實現扭轉疲勞檢測。設在偏心軸上的彎曲連桿組件的彎曲施力機構緊固在試件上，為試件提供彎矩，實現彎曲疲勞檢測。在試件上粘貼電阻應變片傳感器，將應變信號傳輸到動態應變儀和示波器，對拉伸、彎曲和扭轉的應變波形實現在線監測。利用計數傳感器記錄疲勞斷裂時試件的壽命，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度提供基礎數據。
[0007]本發明具有機械結構簡單，易于操作，步進電機功率小等優點，可以完成對試件材料從拉伸、彎曲、扭轉單一到多軸不同組合加載情況下的疲勞性能的測試，也可通過偏心量的設定實現彎曲行程0-10毫米，扭轉角0-12.5度之間的任意調節，通過步進電機A實現拉伸力從0-10000牛頓之間的任意設定，測試頻率范圍為1-800次/分鐘。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明立體示意簡圖。
[0009]圖2為本發明俯視示意簡圖。
[0010]圖3為本發明實施例實驗結果擬合的彎曲疲勞正應力與扭轉疲勞切應力之間關系曲線圖。
[0011]圖4為本發明實施例理論推導下的彎曲疲勞正應力與扭轉疲勞切應力之間關系曲線圖。
[0012]圖中:1步進電機B，2底座，3偏心軸，4偏心輪，5彎曲連桿組件，6扭轉連桿組件，7底座，8直線導軌，9連接桿，10支撐座，11搖桿，12空心扭轉軸，13過渡連桿，14卡盤B，15試件，16彎曲施力機構，17卡盤A，18空心拉伸軸，19絲杠，20支承座，21步進電機A，22機架。
【具體實施方式】
[0013]在圖1和圖2所不的一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗機中，固定在機架上的支承座內設兩端貫通的空腔，在該支座的空腔內設有空心拉伸軸，兩者通過花鍵連接。空心拉伸軸一端設有圓環形堵板，該堵板的中心螺孔與絲杠嚙合，該絲杠設在空心拉伸軸內，并與其同軸，該絲杠一端通過聯軸器與步進電機A相連，該空心拉伸軸的另一端與卡盤A非設卡爪一側相連，該卡盤A另一側設卡爪，其夾持試件一端。拉伸支撐座與卡盤A之間設限位傳感器。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相對并同軸線。卡盤B非設卡爪一側與扭轉組件的空心扭轉軸一端相連，上述空心扭轉軸通過滾動軸承設在支座內兩端貫通的腔內可周向轉動，該支承座固定在機架上。空心扭轉軸上設有螺孔，其與豎直的扭轉搖桿下端螺紋連接，該扭轉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連桿的直桿部分一端鉸接，該扭轉連桿的直桿部分穿過設在機架上的一個直線導軌，另一端與扭轉連桿圓環部分外設凸塊上的叉爪鉸接，該扭轉連桿圓環部分的中心通孔通過滾動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連桿的一端通過滾動軸承置于固定在機架上的底座內，偏心軸的另一端穿過彎曲連桿、另一偏心輪及底座腔內的滾動軸承，另一端與步進電機B轉軸自由端相連，上述底座固定在機架上。彎曲連桿及與其對應的偏心輪、底座及直線導軌的結構均與扭轉連桿所對應的偏心輪、底座及直線導軌的結構相同，該彎曲連桿組件的直桿部分端頂設有夾爪式彎曲施力機構，其可緊固在試件上。
[0014]下面是采用本發明的疲勞試驗機檢測試件的實施例
[0015]以45鋼為例，根據實際要求，讓卡盤A離開限位傳感器I毫米，將試件貼好應變片并安裝在卡盤上夾緊，將彎曲施力機構安裝在試件中間。利用數控編程，調節兩個偏心輪與偏心軸之間的夾角，使其達到扭轉角和彎曲幅值的要求，把彎曲與扭轉的頻率設定好，將計數傳感器清零。按下啟動按鈕設備開始啟動運行，同步的彎扭組合對稱循環交變應力作用在試件上，通過在試件上粘貼電阻應變片傳感器，將應變信號傳輸到動態應變儀和示波器，對彎曲和扭轉的應變波形實現在線監測，將得到的數據經過處理得到彎曲和扭轉應力。當試件發生斷裂的時候，卡盤接觸到限位傳感器，系統停止工作，這時計數傳感器上顯示的數據就是該應力下試件的疲勞壽命。通過實驗可以確定材料的彎曲疲勞應力、扭轉疲勞應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疲勞極限的關系曲線圖，如圖3所示。 [0016]另采用理論推導，在已知彎曲疲勞正應力和扭轉疲勞切應力下得到的二者之間的關系式為
【權利要求】
1.一種拉彎扭多軸加載疲勞試驗機，其特征在于:固定在機架上的支承座內設兩端貫通的空腔，在該支座的空腔內設有空心拉伸軸，兩者通過花鍵連接，空心拉伸軸一端設有圓環形堵板，該堵板的中心螺孔與絲杠嚙合，該絲杠設在空心拉伸軸內，并與其同軸，該絲杠一端通過聯軸器與步進電機A相連，該空心拉伸軸的另一端與卡盤A非設卡爪一側相連，該卡盤A另一側設卡爪，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相對并同軸線，卡盤B非設卡爪一側與扭轉組件的空心扭轉軸一端相連，上述空心扭轉軸通過滾動軸承設在支座內兩端貫通的腔內，該支承座固定在機架上，空心扭轉軸上設有螺孔，其與豎直的扭轉搖桿下端螺紋連接，該扭轉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連桿的直桿部分一端鉸接，該扭轉連桿的直桿部分穿過設在機架上的一個直線導軌，另一端與扭轉連桿圓環部分外設凸塊上的叉爪鉸接，該扭轉連桿圓環部分的中心通孔通過滾動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連桿的一端通過滾動軸承置于固定在機架上的底座內，偏心軸 的另一端穿過彎曲連桿、另一偏心輪及底座腔內的滾動軸承，另一端與步進電機B轉軸自由端相連，上述底座固定在機架上，彎曲連桿及與其對應的偏心輪、底座及直線導軌的結構均與扭轉連桿所對應的偏心輪、底座及直線導軌的結構相同，該彎曲連桿組件的直桿部分端頂設有夾爪式彎曲施力機構，其可緊固在試件上。
2.根據權利要求1所述的拉彎扭多軸加載疲勞試驗機，其特征在于:拉伸支撐座與卡盤A之間設限位傳感器。
【文檔編號】G01N3/32GK103900916SQ201410079784
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月6日 優先權日:2014年3月6日
【發明者】鄭麗娟, 霍立軍, 李燕, 郁冠英, 付宇明 申請人:燕山大學