CN104034615B - 用于小变形零件的变载荷疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于小变形零件的变载荷疲劳试验机，设置有驱动机构，驱动机构带动旋转盘进行旋转，旋转盘的旋转中心与自身的几何中心重合或不重合；被测试的地锚固定在地基上，所述旋转盘通过依次连接的连杆、滑杆、弹簧连接被测试的地锚，对地锚施加周期性变化的拉力；被测试的地锚和所述弹簧之间设置力传感器，检测地锚受到的拉力值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于小变形零件的变载荷疲劳试验机，具体涉及对射电望远镜地锚进行疲劳性能验证的变载荷疲劳试验机。
背景技术
500米口径球面射电望远镜（FAST）采用创新的主动反射面技术，其面型不断变化以跟踪信号，导致与反射面单元连接的地锚长期受到大小不断变化的拉力作用，力值范围约为1-10吨，变形约1mm。根据岩土性质，地锚以不同形式浇注到岩土中。FAST望远镜设计寿命为30年，地锚疲劳寿命大于50万次，该性能是望远镜正常运行的重要保证。
由于地锚使用过程中始终是小变形，但是长期积累也会造成损坏，在射电望远镜安装之前，必须验证地锚的疲劳性能。现有的变载荷疲劳试验机很少有在小变形情况下进行大次数疲劳实验的能力，无法满足地锚的力学和变形要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于小变形零件的变载荷疲劳试验机，该疲劳试验机对地锚施加的周期性变化拉力，在对地锚造成小变形状态下进行大次数的验证，模拟地锚的实际工作状态，满足地锚的力学和变形要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
用于小变形零件的变载荷疲劳试验机，设置有驱动机构，驱动机构带动旋转盘进行旋转，旋转盘的旋转中心与自身的几何中心重合或不重合；被测试的地锚固定在地基上，所述旋转盘通过依次连接的连杆、滑杆、弹簧连接被测试的地锚，对地锚施加周期性变化的拉力；被测试的地锚和所述弹簧之间设置力传感器，检测地锚受到的拉力值。
进一步，所述连杆通过销轴连接旋转盘，旋转盘上设置有不同位置的连接孔，通过不同连接孔设置该疲劳试验机产生的最小拉力及最大拉力；所述连杆通过销轴连接所述滑杆，配合所述滑杆设置有导向的支撑座，支撑座上设置有导向孔，所述滑杆沿导向孔上下运动，与支撑座之间还通过键和键槽的配合对所述滑杆运动限位。
进一步，所述旋转盘上设置有不同尺寸的圆形滑槽，在滑槽内设置销轴连接所述连杆，通过不同滑槽设置该疲劳试验机产生的最小拉力及最大拉力；所述连杆与所述滑杆一体构成，配合所述滑杆设置有导向的支撑座，支撑座上设置有导向孔，所述滑杆沿导向孔上下运动，与支撑座之间还通过键和键槽的配合对所述滑杆运动限位。
进一步，所述支撑座上设置加载螺母和锁紧螺母，加载螺母和锁紧螺母与所述滑杆螺纹连接，旋转加载螺母提升所述滑杆实现初始拉力值Fmin，调节完成后用锁紧螺母固定加载螺母；当加载螺母旋转时，支承座、键及键槽保证了滑杆的单向移动，进而产生初始拉力。
进一步，当Fmin加载完成、且滑杆与旋转盘连接后，可将加载螺母及锁紧螺母同时上移一段距离，以避免试验中与支承座发生碰撞。
进一步，当所述连杆与旋转盘连接点位于最下端时，Fmin=1吨，弹簧初始变形x0=Fmin/k，k为弹簧弹性系数。
进一步，所述滑杆移动量=弹簧伸长量=x，弹簧弹性系数为k，则加载到地锚上的载荷F=k*（x+x0）。
进一步，若已知地锚载荷变化为△F=10吨-1吨=9吨，弹簧弹性系数为k，则滑杆的移动量为x=△F/k，所述键和键槽的配合需满足此条件。
进一步，所述驱动机构设置有变速电机、减速器、飞轮、离合器连接旋转盘；调节电机转速，设置该疲劳试验机的加载频率。
采用上述结构设置的疲劳试验机具有以下优点：
1、通过弹簧把力传到地锚杆上，可忽略地锚杆的小变形影响，控制好弹簧弹性系数，地锚所受载荷易于准确达到设计值。
2、与不使用弹簧、直接与地锚刚性连接方案而言，消除了地锚小变形量与运动机构的行程匹配关系，且减小了试验机对制造精度的要求。
3、本方案不仅能应用在地锚杆疲劳试验上，也可应用到其它小变形零件的疲劳试验上。
附图说明
图1是本发明实施例1的主视图；
图2是图1中的局部视图；
图3是本发明实施例2的主视图；
图4是图2中的局部视图。
图中：1、地锚；2、力传感器；3、弹簧；4、滑杆；5、支撑座；6、锁紧螺母；7、连杆；8、连接孔；9、运动轨迹线；10、旋转盘；11、传动轴；12、变速电机；13、减速器；14、飞轮；15、离合器；16、旋转中心；17、加载螺母；18、键；19、键槽；20、销轴；21、滑槽；22、几何中心。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、工作流程详细说明如下。
实施例1
如图1、图2所示为本发明实施例之一，在该实施例中，用于小变形零件的变载荷疲劳试验机，设置有驱动机构，驱动机构带动旋转盘10进行旋转，旋转盘10的旋转中心与自身的几何中心重合或不重合，如图1中采用的是重合方式；被测试的地锚1固定在地基上，旋转盘10通过依次连接的连杆7、滑杆4、弹簧3连接被测试的地锚1，对地锚1施加周期性变化的拉力；被测试的地锚1和弹簧3之间设置力传感器2，检测地锚1受到的拉力值。
由于弹簧3可变形，所以可以忽略地锚1的小变形影响。
连杆7通过销轴连接旋转盘10，旋转盘10上设置有不同位置的连接孔8，通过不同连接孔8设置该疲劳试验机产生的最小拉力及最大拉力；如图1所示，连接孔8在旋转盘10上的运动轨迹如圆形运动轨迹线9所示。
连杆7通过销轴连接滑杆4，配合滑杆4设置有导向的支撑座5，支撑座5上设置有导向孔，滑杆4沿导向孔上下运动，与支撑座5之间还通过键和键槽的配合对所滑杆4运动限位，如图1所示，滑杆4上设置有键槽19，支撑座5上设置有键18。
支撑座5上设置加载螺母17和锁紧螺母6，加载螺母17和锁紧螺母6与滑杆4螺纹连接，旋转加载螺母17提升滑杆4实现初始拉力值Fmin，调节完成后用锁紧螺母6固定加载螺母17；当加载螺母17旋转时，支承座5、键18及键槽19保证了滑杆4的单向移动，进而产生初始拉力。
当Fmin加载完成、且滑杆4与旋转盘10连接后，可将加载螺母17及锁紧螺母6同时上移一段距离，以避免试验中与支承座5发生碰撞。
当连杆7与旋转盘10连接点位于最下端时，Fmin=1吨，弹簧3初始变形x0=Fmin/k，k为弹簧弹性系数。
滑杆4移动量=弹簧伸长量=x，弹簧3弹性系数为k，则加载到地锚1上的载荷F=k*（x+x0）。
若已知地锚1载荷变化为△F=10吨-1吨=9吨，弹簧3弹性系数为k，则滑杆4的移动量为x=△F/k，键18及键槽19的配合需满足此条件。
所述驱动机构设置有变速电机12、减速器13、飞轮14、离合器15连接旋转盘10；调节电机转速，设置该疲劳试验机的加载频率。
为避免电机启动时负载力矩过大而烧毁电机、以及避免选用过大功率的电机，设计了离合器与飞轮组件。当电机启动时，离合器断开负载阻力，飞轮存储能量；当电机运转正常后，离合器连接负载阻力，飞轮释放能量，减小负载对电机功率的要求。
实施例2
如图3、图4所示为本发明实施例之二，与实施例1所不同的是，在该实施例中，旋转盘10的旋转中心16与自身的几何中心22不重合，旋转盘10为偏心结构，偏心距离e，旋转盘10旋转一周，弹簧3伸长量x=2*e。
在该实施例中，旋转盘10上设置有不同直径尺寸的圆形滑槽21，在滑槽21内设置销轴连接连杆，通过不同滑槽设置该疲劳试验机产生的最小拉力及最大拉力；连杆与滑杆一体构成，构成图3中的滑杆4，配合滑杆4设置有导向的支撑座5，支撑座5上设置有导向孔，滑杆4沿导向孔上下运动，与支撑座5之间还通过键和键槽的配合对所述滑杆运动限位，如图3所示，滑杆4上设置有键槽19，支撑座5上设置有键18。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.用于小变形零件的变载荷疲劳试验机，设置有驱动机构，其特征在于，驱动机构带动旋转盘进行旋转，旋转盘的旋转中心与自身的几何中心重合或不重合；被测试的地锚固定在地基上，所述旋转盘通过依次连接的连杆、滑杆、弹簧连接被测试的地锚，对地锚施加周期性变化的拉力；被测试的地锚和所述弹簧之间设置力传感器，检测地锚受到的拉力值；所述连杆通过销轴连接旋转盘，旋转盘上设置有不同位置的连接孔，通过不同连接孔设置该疲劳试验机产生的最小拉力及最大拉力；所述连杆通过销轴连接所述滑杆，配合所述滑杆设置有导向的支撑座，支撑座上设置有导向孔，所述滑杆沿导向孔上下运动，与支撑座之间还通过键和键槽的配合对所述滑杆运动限位。
2.如权利要求1所述的疲劳试验机，其特征在于，所述旋转盘上设置有不同尺寸的圆形滑槽，在滑槽内设置销轴连接所述连杆，通过不同滑槽设置该疲劳试验机产生的最小拉力及最大拉力；所述连杆与所述滑杆一体构成，配合所述滑杆设置有导向的支撑座，支撑座上设置有导向孔，所述滑杆沿导向孔上下运动，与支撑座之间还通过键和键槽的配合对所述滑杆运动限位。
3.如权利要求1或2所述的疲劳试验机，其特征在于，所述支撑座上设置加载螺母和锁紧螺母，加载螺母和锁紧螺母与所述滑杆螺纹连接，旋转加载螺母提升所述滑杆实现初始拉力值Fmin，调节完成后用锁紧螺母固定加载螺母；当加载螺母旋转时，支承座、键及键槽保证了滑杆的单向移动，进而产生初始拉力。
4.如权利要求3所述的疲劳试验机，其特征在于，当Fmin加载完成、且滑杆与旋转盘连接后，可将加载螺母及锁紧螺母同时上移一段距离，以避免试验中与支承座发生碰撞。
5.如权利要求3所述的疲劳试验机，其特征在于，当所述连杆与旋转盘连接点位于最下端时，Fmin=1吨，弹簧初始变形x0=Fmin/k，k为弹簧弹性系数。
6.如权利要求5所述的疲劳试验机，其特征在于，所述滑杆移动量=弹簧伸长量=x，弹簧弹性系数为k，则加载到地锚上的载荷F=k*（x+x0）。
7.如权利要求6所述的疲劳试验机，其特征在于，若已知地锚载荷变化为△F=10吨-1吨=9吨，弹簧弹性系数为k，则滑杆的移动量为x=△F/k，所述键和键槽的配合需满足此条件。
8.如权利要求1所述的疲劳试验机，其特征在于，所述驱动机构设置有变速电机、减速器、飞轮、离合器连接旋转盘；调节电机转速，设置该疲劳试验机的加载频率。
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