CN102607975B

CN102607975B - 金属导线疲劳微型试验机

Info

Publication number: CN102607975B
Application number: CN201210040406.3A
Authority: CN
Inventors: 薛济坤; 姚卫星; 张华�
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: CN102607975A

Abstract

本发明公开一种微型疲劳试验机，主要针对金属导线的摆动疲劳，属于材料科学与机械制造技术的仪器与仪表领域。本发明模拟导线一端固定一端周期性往复摆动的情况，用于测试导线的摆动疲劳性能，主要由基座、驱动装置、机械传动装置、摆盘装置和数据采集系统组成。机械传动装置将电机的转动转变成摆盘绕定轴的往复摆动，摆盘装置由多组定盘和动盘组成，定盘和动盘之间的距离在一定范围内可以实现连续调节。试验时导线两端分别由压块固定在动盘和定盘上，光电计数器记录导线摆动次数，数据采集系统实时监测试验导线的损伤状况。本发明实验装置，结构较简单，加工方便，能同时进行多组试验，导线摆动幅角可达6°，实现对试验频率（最大为50Hz）的连续控制。

Description

金属导线疲劳微型试验机

所属技术领域

本发明涉及一种导线摆动疲劳的微型试验机，属于材料科学与机械制造技术的仪器与仪表领域。

背景技术

导线的摆动疲劳是指结构中由于各元件之间的相对运动以及结构本身的振动引起连接导线发生周期性的摆动，从而在导线内部和连接处出现单根或多根金属丝疲劳断裂的现象。航空航天产品中，导线通常由上百根很细的金属丝缠绕而成，外层用绝缘皮包裹，导线的摆动疲劳破坏导致的单根或多根金属丝的断裂将对信号传输的可靠性产生严重影响，甚至会因此引起灾难性的事故。之前有关疲劳方面的研究多关注于承力结构在循环载荷下的疲劳破坏问题，而没有考虑导线等功能结构的疲劳破坏，随着航空航天产品对可靠性要求的不断提高，对导线摆动疲劳性能的分析研究是十分迫切，也是非常必要的。

目前，关于导线疲劳性能的试验多是有载试验（即导线两端施加有一定的拉载荷），而实际中很多连接导线都是处于松弛状态，其疲劳性能与有载状态下的不同。导线的松紧比（导线长度/导线两固定点的距离）和摆角是影响其摆动疲劳性能的主要因素，目前国内鲜有公开发表的关于导线摆动疲劳性能分析的文献或报告，也没有成型的实验设备。

发明内容

本发明模拟导线一端固定一端周期性往复摆动的情况，用于测试连接导线的摆动疲劳性能。通过调节电机转速，可以显著加快试验速度，缩短试验时间。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种金属导线疲劳微型试验机：包括驱动装置、机械传动装置、摆盘装置及用于固定上述装置的基座；所述驱动装置包括电机、调速器及光电计数器，上述装置固定在所述基座上，所述摆盘装置包括动盘和定盘，所述动盘和定盘之间布置试验导线，在动盘、定盘上开有环形槽、压边圈及弹簧片，试验导线的两端分别通过压边圈、弹簧片和硅胶固定在动盘和定盘的环形槽中；驱动装置驱动所述机械传动装置带动所述动盘往复摆动；试验导线两端还连有数据采集系统。

所述动盘和定盘包括至少一组，每组包括一个动盘和一个定盘，每组动盘和定盘之间沿环向布置多组试验导线。

所述机械传动装置包括连接头，第一连杆、第二连杆、导杆、环形导轨及导轨支撑，所述环形导轨通过导轨支撑固定在基座上，连接头连接所述第一连杆，第一连杆与第二连杆通过导杆在环形导轨处连接，连接头的另一端与所述电机的输出轴连接。

所述的导杆与环形导轨通过轴承连接。

所述摆盘装置包括定盘、动盘、定盘支柱及转轴，所述定盘支柱固定连接在基座上，定盘支柱上固定有至少两个定盘，所述定盘中心通过轴承连有转轴，转轴上设置有可以上下移动的紧固夹，紧固夹上紧固连接所述动盘。

所述紧固夹上设有两个凸缘，用来限制所述动盘的周向运动。

定盘支柱和转轴底端设有稳定架。

所述数据采集系统由光电计数器、多路测量电路、滤波电路、放大电路和单片机组成。由于导线中金属丝的断裂将引起导线电阻的变化，试验中为了检测导线的损伤状况，在试验导线两端加恒定电压，然后对其电流信号进行滤波放大，当导线中电流发生变化时认为导线中有金属丝发生断裂，记下此时该通道的试验循环数即为该导线的疲劳寿命。

本发明的有益效果是：

1、可以进行导线一端固定一端往复摆动的疲劳试验；

2、能同时进行多组导线的疲劳试验，减小试验分散性；

3、试验频率（0Hz-50Hz）可调节，缩短试验时间；

4、试验最大摆角为6°；

5、能对各试验导线损伤状况实时监测，自动记录试验数据；

6、结构简单，制造、操作、维护方便。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的正视图；

图3是动盘与紧固夹连接部分的详细剖视图；

图4是动盘与紧固夹连接部分的俯视图；

图5是本发明外部设备的连接关系图；

附图中标号名称：1、基座；2、定盘；3、环形导轨；4、导杆；5、定盘支柱；6、转轴；7、动盘；8、压边圈；10、紧固夹；12、连杆；13、连杆；14、弹簧片；15、连接头；16、螺栓；17、直流电机；18、稳定架；19、轴承；20、光电计数器的发射端；21、光电计数器的接收端；22、光电计数显示器；23、电机调速器；24、紧固螺钉；25、开关电源。

具体实施方式

图1所示，变频电机17与机座通过螺栓16连接，连杆13与电机17的连接头15通过轴承连接，连杆12两端分别与转轴6和导杆4连接，导杆4在环形导轨3上往复来回滑动。定盘支柱5两端分别与基座1和定盘2连接，转轴6两端分别通过轴承与基座1和定盘2连接，定盘2的3个孔穿过支柱5，并由紧固螺钉24定位和压紧。定盘支柱5和转轴6底端设有稳定架18。

如图3、图4所示，动盘7的中心孔穿过动盘紧固夹10，紧固夹10上的两个凸缘限制动盘7的周向运动，在动盘7上开有环形槽，压边圈8卡在所述环形槽中，由弹簧片14压紧固定。

试验时，将导线两端分别埋入某组动盘和定盘环形槽内，由压边圈、弹簧片和硅胶固定并外接测量电路。沿环向可布置多根导线，调整动紧固夹可以调整两固定槽之间的垂直距离，图1所示的结构可同时进行4组实验。

如图5所示，通过打开开关电源25，电机调速器23调节电机17的转速，通过光电计数显示器22测定直至试验所需转速和频率。数据采集系统通过单片机控制，在每根导线两端加恒定电压，当导线中出现断裂破坏时其电流会发生剧变，单片机记录此时的循环数即为该导线的疲劳寿命。

Claims

1.一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：包括驱动装置、机械传动装置、摆盘装置及用于固定上述装置的基座；所述驱动装置包括电机、调速器及光电计数器，上述装置固定在所述基座上，所述摆盘装置包括动盘和定盘，所述动盘和定盘之间布置试验导线，并保持试验导线在试验过程中始终为松弛状态；在动盘、定盘上开有环形槽、压边圈及弹簧片，试验导线的两端分别通过压边圈、弹簧片和硅胶固定在动盘和定盘的环形槽中；驱动装置驱动所述机械传动装置带动所述动盘往复摆动；试验导线两端还连有数据采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：所述动盘和定盘包括至少一组，每组包括一个动盘和一个定盘，每组动盘和定盘之间沿环向布置多组试验导线。

3.根据权利要求1所述的一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：所述机械传动装置包括连接头（15），第一连杆（13）、第二连杆（12）、导杆（4）、环形导轨（3）及导轨支撑，所述环形导轨（3）通过导轨支撑固定在基座（1）上，连接头（15）连接所述第一连杆（13），第一连杆（13）与第二连杆（12）通过导杆（4）在环形导轨（3）处连接，连接头（15）的另一端与所述电机（17）的输出轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：所述的导杆（4）与环形导轨（3）通过轴承（19）连接。

5.根据权利要求1所述的一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：所述摆盘装置包括定盘、动盘、定盘支柱（5）及转轴（6），所述定盘支柱（5）固定连接在基座（1）上，定盘支柱（5）上固定有至少两个定盘，所述定盘中心通过轴承连有转轴（6），转轴（6）上设置有可以上下移动的紧固夹（10），紧固夹（10）上紧固连接所述动盘。

6.根据权利要求5所述的一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：所述紧固夹（10）上设有两个凸缘，用来限制所述动盘的周向运动。

7.根据权利要求5所述的一种金属导线疲劳微型试验机，其特征在于：定盘支柱（5）和转轴（6）底端设有稳定架（18）。