電磁式多軸疲勞試驗機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用機械應力測試固體材料的強度特性的儀器，具體涉及一種電磁式多軸疲勞試驗機，屬于結構試驗領域。
【背景技術】
[0002]疲勞失效是工程結構件最主要的破壞形式之一，它危及安全并造成巨大的經濟損失。因此，世界各國都十分重視疲勞斷裂領域的研宄工作。國內外學者對單軸疲勞理論進行了大量研宄，積累了豐富的經驗和寶貴的數據。然而對于建筑結構的多軸疲勞問題國內研宄的還很少，鋼橋結構中的一些特殊或新型構造細節，如斜拉橋索梁錨固區、正交異性鋼橋面板、整體節點和管結構焊接節點等，在疲勞行為方面表現出較強的多軸效應。因此，多軸疲勞的研宄比單軸疲勞更加接近工程實際。
[0003]對等幅載荷作用下結構疲勞的研宄，可以利用材料的S-N曲線來估算在不同應力水平下到達破壞所經歷的循環次數。然而，針對兩個或更多應力水平下循環加載，就無法直接使用S-N曲線來估算其壽命了，還必須借助于疲勞累積損傷準則，但對于疲勞累積損傷的研宄已持續了數十年之久，至今未能得出一個令人滿意的統一模型。而實際的結構往往處于復雜受力狀態，因此仍需要通過大量實驗，研宄結構疲勞損傷規律。
[0004]目前針對結構疲勞試驗研宄，主要基于單軸疲勞試驗，而對于多軸試驗的開展則依賴MTS等大型加載設備，試驗效率低且不經濟。經檢索，中國專利文獻CN103994936A公開了一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置，應用于機械設計和金屬材料性能測試領域。一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置，該裝置包括殼體，作動缸，作動缸活塞桿，作動缸進出油管路，液壓伺服流量閥，第一蓄能器，第二蓄能器和電磁加載裝置；所述電磁加載裝置包括軟磁體，電磁體，載荷傳感器、電磁加載作用桿和電磁控制器。其通過電磁加載裝置與傳統雙出桿高噸位疲勞試驗機相結合，電磁加載是在已有的高噸位作動缸加載到試驗所需平均載荷之后才開啟，用于節約作動缸保持壓力所需能源，開始時還需要作動缸，且局限于單軸疲勞試驗。
[0005]基于以上情況，設計一種新型的、能夠模擬結構實際受力并且經濟的多軸疲勞試驗機已成為亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種多功能的電磁式多軸疲勞試驗機，采用電磁原理加載，沒有機械摩擦，以提高試驗效率、降低試驗噪音和試驗成本。
[0007]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供的電磁式多軸疲勞試驗機，包括機架上的試件固定臺和加載機構，所述加載機構為電磁加載機構，所述電磁加載機構包括用于彎曲加載的第一加載裝置，以及用于軸向和扭轉加載的第二加載裝置。
[0008]具體地，所述第一加載裝置包括第一永磁體和第一電磁鐵，所述第一永磁體與第一電磁鐵之間產生的磁力方向與試件的軸向正交。
[0009]具體地，所述第一永磁體安裝在試件上，所述第一電磁鐵安裝在機架上。
[0010]具體地，所述第一永磁體安裝在機架上，所述第一電磁鐵安裝在試件上。
[0011]具體地，所述第二加載裝置包括安裝在擺動副上的第二永磁體和第二電磁鐵，所述第二永磁體與第二電磁鐵之間產生的磁力方向與試件的軸向平行，所述擺動副包括主動擺動橫梁、從動擺動橫梁和機芯，所述從動擺動橫梁夾持在試件上，所述主動擺動橫梁與機芯傳動聯接。
[0012]具體地，所述第二永磁體安裝在從動擺動橫梁上，所述第二電磁鐵安裝在主動擺動橫梁上，所述第二永磁體是以試件軸心為對稱中心的一對永磁體，所述第二電磁鐵是以試件軸心為對稱中心安裝的一對電磁鐵。
[0013]具體地，所述第二永磁體安裝在主動擺動橫梁上，所述第二電磁鐵安裝在從動擺動橫梁上。
[0014]具體地，所述機芯包括變頻電機，安裝于變頻電機輸出軸兩端的一對凸輪，以及與凸輪配合的一組傳動桿，所述傳動桿與從動擺動橫梁相連接。
[0015]具體地，所述機芯安裝于升降裝置上，所述主動擺動橫梁和從動擺動橫梁上具有用于調整第二永磁體或第二電磁鐵位置的滑槽，所述滑槽上具有刻度。
[0016]具體地，所述機架上具有用于調整所述加載機構與試件距離的軌道，所述機架上具有用于調整所述機芯高度的軌道，所述機架上具有固定所述機芯的機芯鎖定盤。
[0017]其中機架主要包括試件固定臺、可移動機架、移動底座和試驗機底座。第一電磁鐵安裝在電磁鐵底座上，并且電磁鐵底座與移動底座連接，通過底座鎖定開關實現第一電磁鐵的升降和在試驗機底座上的第一電磁鐵移動槽道內移動和固定，以適應不同試件尺寸的要求。第二電磁鐵安裝在主動擺動橫梁上，主動擺動橫梁由機芯驅動。
[0018]機芯主要包括變頻電機、一號凸輪、二號凸輪、擺動軸、主擺動桿、輔助擺動桿、第一水平傳動桿、第二水平傳動桿、輔助定位軸、垂直傳動桿和滾輪。其中主擺動桿、輔助擺動桿和一對垂直傳動桿組成平行四連桿機構。一號凸輪和二號凸輪分別安裝在變頻電機的兩邊，安裝時一號凸輪與二號凸輪反向安裝。擺動軸和第一、二水平傳動桿的一端分別與主動擺動橫梁固定，擺動軸的另一端與主擺動桿固定，第一、二水平傳動桿的另一端與主擺動桿鉸接。輔助定位軸一端固定在機芯殼上，另一端與輔助擺動桿鉸接。垂直傳動桿分別與主擺動桿、輔助擺動桿相鉸接，垂直傳動桿底端安裝有滾輪，并且滾輪分別與一、二號凸輪相接觸。試驗機工作時，變頻電機轉動，帶動一號凸輪和二號凸輪轉動，反向安裝的一、二號凸輪將動力經滾輪傳至垂直傳動桿，垂直傳動桿將上下錯開的動力分別傳給第一水平傳動桿和第二水平傳動桿，最終由第一水平傳動桿和第二水平傳動桿帶動主動擺動橫梁繞擺動軸作定軸往復擺動運動。
[0019]機芯安裝在可移動機架內，機芯在千斤頂的作用下，通過機芯升降軌道實現機芯的上下的移動，以此實現第二電磁鐵能夠適應不同類型的疲勞試件所需的高度。當機芯到達所需的試驗高度時，通過機芯鎖定盤將機芯在此高度上鎖定，以保證試驗機在工作過程中保持穩固。
[0020]試驗時，試件安裝在試件固定臺上，從動擺動橫梁安裝在試件端部，在從動擺動橫梁下部安裝有第一永磁體，前部安裝有第二永磁體。調整移動底座，使第一電磁鐵處在第一永磁體的正下方的合適高度，并通過底座鎖定開關將第一電磁鐵定位鎖定。同時，調整機芯的高度，使第二電磁鐵與第二永磁體處于同一水平位置。通過機架軌道，移動可移動機架，使第二電磁鐵與第二永磁體的水平間距合適，最終將可移動機架固定。
[0021]本電磁式多軸疲勞試驗機的原理是:
1、第一電磁鐵通過控制電流大小、電流方向以及電流方向變化速度產生不同方向和大小的磁力，對第一永磁體形成變幅、變頻的吸引力或者排斥力，由此使從動擺動橫梁所夾住的試件產生彎曲循環加載效果；
2、第二電磁鐵通過控制電流的大小和電流大小變化速度產生不同大小的磁力，對第二永磁體形成脈沖式吸引力，由此使試件產生軸向循環加載的效果。
[0022]3、在第二電磁鐵對試件施加軸向磁力荷載的同時，主動擺動橫梁往復擺動工作，通過第二電磁鐵對第二永磁體的吸引力，對試件產生扭轉循環加載的效果。同時，第二電磁鐵和第二永磁體可以分別在主動擺動橫梁、從動擺動橫梁上左右移動調節，通過改變力臂來改變扭轉力矩和扭轉幅度的大小。橫梁上刻有刻度標尺，能夠方便調節力臂的長度。
[0023]有益效果:本發明采用電磁原理加載，沒有機械摩擦，可以提高試驗效率、降低試驗噪音和試驗成本。而且三種加載模式當單獨使用時即可達到單軸加載的模式，當組合使用時即可達到多軸加載模式。進行疲勞試驗時，根據疲勞試驗機工作原理，以及疲勞試件所需的加載類型選擇加載模式，具體可以實現以下幾種多軸加載方式:1)彎曲和軸向雙軸加載；2)彎曲和扭轉雙軸加載；3)軸向和扭轉雙軸加載；4)彎曲、軸向以及扭轉三軸同時加載。此外，本發明亦可根據試驗需要進行彎曲、軸向以及扭轉的單軸加載。
[0024]除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的優點外，本發明的電磁式多軸疲勞試驗機所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明實施例中電磁式多軸疲勞試驗機裝置的主視圖；
圖2是圖1的俯視圖；
圖3是圖2安裝試件后的示意圖；
圖4是圖3的A-A剖視圖；
圖5是圖4的B-B剖視圖；
圖6是圖4的C-C剖視圖；
圖7是圖4的右視圖；
圖8是圖4中機芯的結構示意圖圖9是圖8的D-D剖視圖；
圖10是圖9的E-E剖視圖；
圖11是圖9的工作狀態示意圖；
圖12圖9的機芯殼構造不意圖；
圖中:1試件固定臺；2可移動機架；3試驗機底座；4機架軌道；5第一電磁鐵移動槽道；6第一電磁鐵；7第二電磁鐵；8主動擺動橫梁