CN106053272A - 一种宽频疲劳试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽频疲劳试验机，包括加载横梁、驱动源、上工装夹具以及下工装夹具，驱动源主要由激振头、导向支撑轴以及驱动组件构成，驱动组件包括导磁体、铁芯、直流线圈以及交流线圈，铁芯设置在导磁体的内腔中以构成磁通道，直流线圈环绕设置在导磁体的内壁上的凹槽中以形成位于磁通道中的恒定强磁场，交流线圈环绕设置在导磁体的内壁与铁芯的外壁之间的工作气隙中以产生交变力，导向支撑轴设置在铁芯的内腔中并具有上下震荡的自由度，激振头分别与交流线圈和导向支撑轴固定连接。本发明利用交变运动的驱动源作为疲劳试验机的加载装置，其既能保证大驱动力的输出，又能提供大位移，全频带的疲劳测试，以替代或弥补现有类型的疲劳试验机。

Description

一种宽频疲劳试验机
技术领域
本发明涉及测试领域，具体涉及一种宽频疲劳试验机。
背景技术
随着现代科技、国防工业以及仪器仪表等工业的飞速发展，新材料、新工艺层出不穷，对设备零部件及其结构的安全性、可靠性要求也越来越高。统计发现，所有设备及构件在使用中的破坏，大部分是由于承受动载荷而使零部件产生疲劳裂纹引起的，因而疲劳试验在材料试验中尤为重要。疲劳试验机是测定材料疲劳强度最重要的试验设备之一，被广泛应用于航空航天、汽车工业、轨道交通、科研院所等领域。
近年来国内外对于疲劳试验机的研制发展异常迅速。目前，疲劳试验机的类型主要由电动式、电磁式、液压伺服式、压电式等。电动式疲劳试验机采用伺服电机作为动力源，虽然结构简单、成本低，但由于受电机转动惯量的影响，小功率的疲劳机频率可以从几十赫兹到上百赫兹，大功率的只有十几赫兹或几十赫兹，无法实现几千赫兹的高频运动，且动力越大频率越低。电磁式疲劳试验机采用电磁铁作为加载装置，利用电磁铁的吸合产生力，虽然加载力较大，但是频率单一，位移较小。谐振式疲劳试验机利用机械系统共振原理来工作的，虽然耗能低，操作方便，但加载力只有在共振频带段才能发挥作用，其它频带加载力出不来，只适用于中频段工作。液压式疲劳试验机，其位移较大，频率可以从DC到几十赫兹甚至上百赫兹，但受大流量伺服阀的技术封锁，大推力的液压疲劳机无法实现几百到上千赫兹的运动加载，且油源体积很大。压电式疲劳试验机采用压电元件作为驱动力源，虽然频率可以达到上万赫兹，但它是利用压电元件的压电效应转化后作用于试件上的，故位移较小，且加载力不大。
因此，希望提供一种位移大、频带宽、加载力大的疲劳试验设备来替代上述所有类型的疲劳试验机。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的发明目的在于提供一种宽频疲劳试验机，以克服现有技术的上述不足，使其既能保证大驱动力的输出，又能提供大位移，全频带的疲劳测试，以替代或弥补现有类型的疲劳试验机。
为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：一种宽频疲劳试验机，包括加载横梁、设置在所述加载横梁的下方的驱动源、安装在所述加载横梁的梁底的上工装夹具以及安装在所述驱动源的台面上的下工装夹具，所述驱动源包括激振头、导向支撑轴以及驱动组件，所述驱动组件包括：
导磁体，其具有一导磁腔，所述导磁腔的内壁设置有环形凹槽；
铁芯，其设置在所述导磁体的内腔中以构成磁通道；
直流线圈，其环绕设置在所述导磁体的环形凹槽中以形成位于所述磁通道中的恒定强磁场；
及交流线圈，其环绕设置在所述导磁体的内壁与所述铁芯的外壁之间的工作气隙中以产生交变力；
所述导向支撑轴设置在所述铁芯的内孔中并具有上下震荡的自由度，所述激振头分别与所述交流线圈和所述导向支撑轴固定连接。
上述技术方案中，所述宽频疲劳试验机还包括安装在所述加载横梁上的测试传感器和安装在所述激振头上的控制传感器。
上述技术方案中，所述宽频疲劳试验机采用由所述导磁体、所述铁芯以及一层所述直流线圈构成的单磁路系统。
上述技术方案中，所述宽频疲劳试验机采用由所述导磁体、所述铁芯以及上下设置的两层所述直流线圈构成的双磁路系统。
上述技术方案中，所述导磁体的上端口与所述激振头之间还设置有防护罩，所述防护罩的下端口与所述导磁体的上端口连接，所述防护罩的上端口通过防尘膜与所述激振头柔性连接，以构成所述驱动源的防异物落入结构。
上述技术方案中，所述导向支撑轴包括空气弹簧和连接在所述空气弹簧之上的导向支撑轴本体，所述空气弹簧安装在所述铁芯的内孔中，所述导向支撑轴本体连接所述激振头。
上述技术方案中，所述驱动源还设置有横梁提升装置，所述横梁提升装置安装在所述导磁体上以驱动所述加载横梁。
上述技术方案中，所述驱动源还设置有横梁导向柱，所述横梁导向柱安装在所述导磁体上以导向所述加载横梁。
上述技术方案中，所述加载横梁还设置有可将其锁紧在所述横梁导向柱上的锁紧结构。
上述技术方案中，至少两条所述横梁导向柱的顶端之间通过连接板加固连接。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明公开的宽频疲劳试验机根据“电→磁→力”的原理，即通入直流电的直流线圈会产生恒定的磁场，另外一个通入交流电的交流线圈处于该磁场中切割磁力线，会产生上下运动的交变力，利用此交变运动的驱动源来作为疲劳试验机的加载装置，其既能保证大驱动力的输出，又能提供大位移，全频带的疲劳测试，以替代或弥补现有类型的疲劳试验机。
附图说明
图1为本发明实施例一公开的单磁路的宽频疲劳试验机的结构示意图；
图2为本发明实施例二公开的双磁路的宽频疲劳试验机的结构示意图。
其中，100、加载横梁；110、锁紧结构；200、驱动源；210、激振头；220、空气弹簧；230、支撑导向轴本体；240、导磁体；250、铁芯；260、直流线圈；270、交流线圈；300、上工装夹具；400、下工装夹具；510、防护罩；520、防尘膜；600、横梁提升装置；700、横梁导向柱；710、连接板；800、试件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
参见图1，如其中的图例所示，一种宽频疲劳试验机，包括加载横梁100、设置在加载横梁100的下方的驱动源200、安装在加载横梁100的梁底的上工装夹具300以及安装在驱动源200的台面上的下工装夹具400，驱动源200主要由激振头210、导向支撑轴以及驱动组件构成，上述导向支撑轴包括空气弹簧220和连接在空气弹簧220之上的导向支撑轴本体230，上述驱动组件包括导磁体240、铁芯250、直流线圈260以及交流线圈270，铁芯250设置在导磁体240的内腔中以构成磁通道，直流线圈260环绕设置在导磁体240的内壁上的凹槽中以形成位于上述磁通道中的恒定强磁场，交流线圈270环绕设置在导磁体240的内壁与铁芯250的外壁之间的工作气隙中以产生交变力，空气弹簧220设置在铁芯250的内孔中并具有上下伸缩的自由度，导向支撑轴本体230的杆体导向连接在导向轴承280中，激振头210分别与交流线圈270和导向支撑轴本体230固定连接。
本实施例中的宽频疲劳试验机采用由导磁体240、铁芯250以及一层直流线圈260构成单磁路系统。
导磁体240的上端口与激振头210之间还设置有防护罩510，防护罩510的下端口与导磁体240的上端口连接，防护罩510的上端口通过防尘膜520与激振头210柔性连接，以构成驱动源的防异物落入结构。
采用单磁路结构，激振头210与交流线圈270为一体结构，交流线圈270处于工作气隙的环形磁场中，切割磁力线产生交变力，使激振头210上下运动，以此作为疲劳试验机的驱动源。
支撑导向轴固定在激振头210的中心下部，位于铁芯250的内部，为激振头210提供导向功能，保证其在轴向上的往复运动，同时提供激振头210及试验件800的承载。
加载横梁100提供上工装夹具300及测试传感器的安装，可以根据试验件800的尺寸调整加载横梁100的高度。激振头210上安装下工装夹具400及控制传感器，试验件800安装在上工装夹具300和下工装夹具400之间。
通入直流电的直流线圈产生恒定的磁场，另外一个通入交流电的交流线圈处于该磁场中切割磁力线，会产生上下运动的交变力。
为了实现加载横梁100的上升和下降驱动源还设置有横梁提升装置600和横梁导向柱700，横梁提升装置600安装在导磁体240上并且驱动连接加载横梁100，横梁提升装置600采用气缸或电机，所横梁导向柱700安装在导磁体240上并且导向连接加载横梁100。
为了进一步提高设备安全性能，实现失电锁紧，加载横梁100还设置有可锁紧在横梁导向柱700上的锁紧结构110。
为了提高横梁导向柱的稳固性，横梁导向柱700的顶端之间通过连接板800加固连接。
实施例二
参见图2，如其中的图例所示，其余与实施例一相同，不同之处在于，本实施例中的宽频疲劳试验机采用由导磁体240、铁芯250以及上下设置的两层直流线圈260构成的双磁路系统。
采用双磁路结构，两组直流线圈235尾端与尾端串联连接，通入的电流方向相反。
实施例三
其余与实施例一或二相同，不同之处在于，上述提升气缸以电机替代。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种宽频疲劳试验机，包括加载横梁、设置在所述加载横梁的下方的驱动源、安装在所述加载横梁的梁底的上工装夹具以及安装在所述驱动源的台面上的下工装夹具，其特征在于，所述驱动源包括激振头、导向支撑轴以及驱动组件，所述驱动组件包括：
导磁体，其具有一导磁腔，所述导磁腔的内壁设置有环形凹槽；
铁芯，其设置在所述导磁体的内腔中以构成磁通道；
直流线圈，其环绕设置在所述导磁体的环形凹槽中以形成位于所述磁通道中的恒定强磁场；
及交流线圈，其环绕设置在所述导磁体的内壁与所述铁芯的外壁之间的工作气隙中以产生交变力；
所述导向支撑轴设置在所述铁芯的内孔中并具有上下震荡的自由度，所述激振头分别与所述交流线圈和所述导向支撑轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述宽频疲劳试验机还包括安装在所述加载横梁上的测试传感器和安装在所述激振头上的控制传感器。
3.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述宽频疲劳试验机采用由所述导磁体、所述铁芯以及一层所述直流线圈构成的单磁路系统。
4.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述宽频疲劳试验机采用由所述导磁体、所述铁芯以及上下设置的两层所述直流线圈构成的双磁路系统。
5.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述导磁体的上端口与所述激振头之间还设置有防护罩，所述防护罩的下端口与所述导磁体的上端口连接，所述防护罩的上端口通过防尘膜与所述激振头柔性连接，以构成所述驱动源的防异物落入结构。
6.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述导向支撑轴包括空气弹簧和连接在所述空气弹簧之上的导向支撑轴本体，所述空气弹簧安装在所述铁芯的内孔中，所述导向支撑轴本体连接所述激振头。
7.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述驱动源还设置有横梁提升装置，所述横梁提升装置安装在所述导磁体上以驱动所述加载横梁。
8.根据权利要求1所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述驱动源还设置有横梁导向柱，所述横梁导向柱安装在所述导磁体上以导向所述加载横梁。
9.根据权利要求8所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，所述加载横梁还设置有可将其锁紧在所述横梁导向柱上的锁紧结构。
10.根据权利要求8所述的宽频疲劳试验机，其特征在于，至少两条所述横梁导向柱的顶端之间通过连接板加固连接。
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