CN106290026A - 一种旋转弯曲疲劳试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转弯曲疲劳试验机，包括机座、电机、输出轴、从动轴、用于装夹试样的试样夹具、向试样施加轴向力的轴向力加载装置以及向试样施加径向力的径向力加载装置，试样夹具包括夹持在试样两端的左夹头以及右夹头，电机设置在机座上，电机与输出轴一端连接，左夹头安装于输出轴另一端上，从动轴一端与右夹头连接，另一端分别与轴向力加载装置和径向力加载装置连接，本发明通过轴向力加载装置和径向力加载装置对待测试的试样在旋转状态下进行轴向力和径向力的加载，从而进行旋转弯曲疲劳测试，加载方式简单可靠并且精度高。

Description

一种旋转弯曲疲劳试验机
技术领域
本发明涉及一种疲劳试验机，具体涉及一种旋转弯曲疲劳试验机。
背景技术
疲劳试验机是可以通过各种方式测试材料及其构件(如操作关节、固接件、螺旋运动件等)的拉伸、压缩或拉压交变负荷的疲劳特性、疲劳寿命及裂纹扩展的机器，根据原理可分为液压伺服疲劳试验机、超声疲劳试验机、电磁疲劳试验机以及旋转弯曲疲劳试验机。其中旋转弯曲疲劳试验机结构简单、可靠性高、制造与使用成本低,十分适合进行高周或超高周疲劳试验。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种旋转弯曲疲劳试验机。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种旋转弯曲疲劳试验机，包括机座、电机、输出轴、从动轴、用于装夹试样的试样夹具、向试样施加轴向力的轴向力加载装置以及向试样施加径向力的径向力加载装置，试样夹具包括夹持在试样两端的左夹头以及右夹头，电机设置在机座上，电机与输出轴一端连接，左夹头安装于输出轴另一端上，从动轴一端与右夹头连接，另一端分别与轴向力加载装置和径向力加载装置连接，径向力加载装置包括第一加载杆、连接座、第一杠杆、加载轴承以及第一施力机构，第一杠杆中部铰接在连接座上，第一杠杆两端分别与第一加载杆和第一施力机构连接，第一加载杆上部与加载轴承的外圈固定连接，加载轴承的内圈套接于从动轴上。
优选的，所述轴向力加载装置包括支架、第二杠杆、第二施力机构以及第二加载杆，支架固定于机座上，第二杠杆中部铰接于支架上，第二杠杆两端分别为拉应力端和压应力端，第二施力机构连接在拉应力端或压应力端上，第二加载杆一端与第二杠杆连接，另一端与加载轴承的外圈连接。
优选的，所述轴向力加载装置包括加载平台以及用于推动所述加载平台的推杆机构，加载平台底部设置有滑轨，机座上设有滑槽，滑轨与滑槽相配合，推杆机构安装于机座上，所述连接座设置于加载平台上。
优选的，所述轴向力加载装置还设置有轴力加载杆，轴力加载杆固定于加载平台上，轴力加载杆顶部与加载轴承的外圈固定连接。
优选的，所述第一施力机构包括第一杆体、触头、固定挡块、第一防震弹簧、径向力加载砝码以及用于放置所述径向力加载砝码的第一砝码托盘，第一杆体顶部与第一杠杆连接，触头和固定挡块设置于第一杆体中部，触头位于固定挡块上方，固定挡块与机座固定连接，第一防震弹簧一端连接于第一杠杆底部，另一端与第一砝码托盘连接。
优选的，所述第二施力机构包括第二杆体、第二防震弹簧、轴力加载砝码以及用于放置所述轴力加载砝码的第二砝码托盘，第二杆体顶部与第二杠杆连接，第二杆体下部连接于第二防震弹簧顶部，第二防震弹簧底部与第二砝码托盘连接。
优选的，还包括总控系统以及用于对试样进行加热的电炉，总控系统包括计数器、限位开关、变频器、PLC控制器、控制面板、力传感器以及热电偶传感器，控制面板与PLC控制器连接；
计数器与PLC控制器连接，用于计算电机的旋转次数；
热电偶传感器与PLC控制器连接，用于检测电炉温度；
PLC控制器与变频器连接，变频器与电机连接，用于控制电机的转速；
力传感器与PLC控制器连接，用于检测轴向力加载装置施加的力；
PLC控制器与电炉连接，用于控制电炉的温度；
限位开关设置于触头底部，当试样断开后，触头下移与固定挡块接触时触发限位开关，限位开关向PLC控制器发出停机信号。
优选的，还包括主轴箱和冷却润滑系统，冷却润滑系统包括油箱、油泵、过滤器、溢流阀、单向阀、集油槽以及冷却器，主轴箱设置于机座上，主轴箱上设置轴承安装腔，轴承安装腔中安装有轴承，输出轴穿设于轴承安装腔的轴承中，集油槽设置于轴承安装腔底部且位于轴承下方向，油箱、过滤器、油泵、单向阀、主轴箱及冷却器首尾依次连接，溢流阀连接于油泵与单向阀之间。
优选的，所述电炉中对应在试样下方设置有防护网。
优选的，还设置有轴调整装置，轴调整装置包括连接筒以及6个调整螺栓，连接筒壁面开设有6个螺纹通孔，6个螺纹通孔三个为一组，两组螺纹通孔沿轴向左右设置，每组的螺纹通孔呈环形均匀设置在连接筒壁面上，电机输出轴与连接筒同轴设置且相固定连接在一起，输出轴连接到连接筒的筒口中，调整螺栓与螺纹通孔一一对应连接起来将输出轴固定于筒口中。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明通过轴向力加载装置和径向力加载装置对待测试的试样在旋转状态下进行轴向力和径向力的加载，从而进行旋转弯曲疲劳测试，加载方式简单可靠并且精度高。本发明的轴向力加载装置可对待测试的试样施加拉应力(拉伸)与压应力(压缩)双向的轴向力，能够测试不同平均应力下材料的疲劳性能。
2、本发明利用冷却润滑系统实现电机和输出轴的冷却，能够保证本发明在长时间运行后仍有高的可靠性。
3、本发明通过利用总控系统进行控制，能够自动调节温度和在待测试的试样断裂后能够自动停机，此外还能设定终止转数，当电机旋转次数达到终止转数时，实现自动停机。
附图说明
图1是本发明实施一的结构示意图。
图2是图1中A部的放大图。
图3是本发明的总控系统的结构框图。
图4是本发明的冷却润滑系统的示意图。
图5是本发明实施二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一：
一种旋转弯曲疲劳试验机，包括机座1、电机2、输出轴3、从动轴4、用于装夹试样5的试样夹具、向试样施加轴向力的轴向力加载装置以及向试样施加径向力的径向力加载装置，试样夹具包括夹持在试样两端的左夹头6以及右夹头7，电机设置在机座上，电机与输出轴一端连接，左夹头安装于输出轴另一端上，从动轴一端与右夹头连接，另一端分别与轴向力加载装置和径向力加载装置连接，径向力加载装置包括第一加载杆8、连接座、第一杠杆9、加载轴承11以及第一施力机构，第一杠杆中部铰接在连接座上，第一杠杆两端分别与第一加载杆和第一施力机构连接，第一加载杆上部与加载轴承的外圈固定连接，加载轴承的内圈套接于从动轴上。
优选的，所述轴向力加载装置包括支架12、第二杠杆13、第二施力机构以及第二加载杆14，支架固定于机座上，第二杠杆中部铰接于支架上，第二杠杆两端分别为拉应力端和压应力端，第二施力机构连接在拉应力端或压应力端上，第二加载杆一端与第二杠杆连接，另一端与加载轴承的外圈连接，优选的，压应力端和拉应力端分别设置于第二杠杆的左端和右端上。
优选的，所述第一施力机构包括第一杆体15、触头16、固定挡块17、第一防震弹簧18、径向力加载砝码19以及用于放置所述径向力加载砝码的第一砝码托盘20，第一杆体顶部与第一杠杆连接，触头和固定挡块设置于第一杆体中部，触头位于固定挡块上方，固定挡块与机座固定连接，第一防震弹簧一端连接于第一杠杆底部，另一端与第一砝码托盘连接。
优选的，所述第二施力机构包括第二杆体21、第二防震弹簧22、轴力加载砝码23以及用于放置所述轴力加载砝码的第二砝码托盘24，第二杆体顶部与第二杠杆连接，第二杆体下部连接于第二防震弹簧顶部，第二防震弹簧底部与第二砝码托盘连接。
优选的，还包括总控系统以及用于对试样进行加热的电炉，总控系统包括计数器、限位开关、变频器、PLC控制器、控制面板、力传感器以及热电偶传感器，控制面板与PLC控制器连接；
计数器与PLC控制器连接，用于计算电机的旋转次数；
热电偶传感器与PLC控制器连接，用于检测电炉温度；
PLC控制器与变频器连接，变频器与电机连接，用于控制电机的转速；
力传感器与PLC控制器连接，用于检测轴向力加载装置施加的力；
PLC控制器与电炉连接，用于控制电炉的温度；
限位开关设置于触头底部，当试样断开后，触头下移与固定挡块接触时触发限位开关，限位开关向PLC控制器发出停机信号。
优选的，还包括主轴箱26和冷却润滑系统，冷却润滑系统包括油箱27、油泵28、过滤器29、溢流阀30、单向阀31、集油槽以及冷却器32，主轴箱设置于机座上，主轴箱上设置有轴承安装腔，轴承安装腔中安装有轴承，输出轴穿设于轴承安装腔的轴承中，集油槽设置于轴承安装腔底部且位于轴承下方向，油箱、过滤器、油泵、单向阀、主轴箱及冷却器首尾依次连接，溢流阀连接于油泵与单向阀之间,所述轴承安装腔中安装有多个轴承，输出轴分别穿设在各轴承上。
工作时，油泵将润滑油泵送至主轴箱内对各轴承施加润滑油，进行冷却润滑，单向阀防止润滑油回流，过滤器过滤润滑油中的杂质，冷却器对润滑油进行冷却，提高安全性。
优选的，所述电炉中对应在试样下方设置有防护网，防止待测试的试样断裂后掉落损坏电炉。
优选的，所述左夹头以及右夹头分别为左装夹套筒和右装夹套筒。
优选的，还设置有轴调整装置，轴调整装置包括连接筒33以及6个调整螺栓，连接筒壁面开设有6个螺纹通孔34，6个螺纹通孔三个为一组，两组螺纹通孔沿轴向左右设置，每组的螺纹通孔呈环形均匀设置在连接筒壁面上，电机输出轴与连接筒同轴设置且相固定连接在一起，输出轴连接到连接筒的筒口中，调整螺栓与螺纹通孔一一对应连接起来将输出轴固定于筒口中。
本发明的工作过程及工作原理：试样可以是金属试样，如：钢、铁、铜、铝和钛等。
将试样两端分别装夹于左装夹套筒和右装夹套筒上，然后用百分表测试样中部的圆跳动，若大于设定的范围值时，根据实际情况，拧动右边的调整螺栓使试样上翘，而拧动左边的调整螺栓则可使试样下压，通过调整两组螺纹通孔中的调整螺栓使试样的圆跳动在设定的范围内。
径向力加载：向第一砝码托盘放入设定重量的径向力加载砝码，此时，第一杆体拉动第一杠杆绕第一杠杆中部的铰接处转动将载荷传递给第一加载杆，第一加载杆向上顶推加载轴承，再通过从动轴对试样进行径向力的加载，使试样产生弯矩。
轴向力加载：向第二砝码托盘中放入轴力加载砝码，此时，第二杆体拉动第二杠杆绕第二杠杆中部的铰接处转动将载荷传递给第二加载杆，第二加载杆轴向推加载轴承，再通过从动轴对试样进行轴向力的加载。
通过径向力加载砝码和轴力加载砝码的加载，可控制径向力和轴向力的大小，并随时可方便和准确地增加或减少径向力和轴向力，使测试更精确。
电机启动，带动试样高速旋转，而径向载荷和轴向载荷不弯，从而使试样受到循环载荷。
电炉进行加热，达到设定温度并且稳定后，根据设定，若需要对试样施加拉应力进行测试时，将第二施力机构连接到第二杠杆的拉应力端上，此时，第二加载杆向远离从动轴方向摆动并通过从动轴对试样施加拉应力，从而使试样在拉应力作用下进行测试；
当需要对试样施加压应力进行测试时，将第二施力机构连接到第二杠杆的压应力端上，此时，第二加载杆向从动轴摆动，并通过从动轴对试样施加压应力，从而使试样在压应力作用下进行测试。
当试样断开后，触头在径向力加载砝码的牵引下向下移动与固定挡块接触，此时，限位开关被触发，限位开关向PLC控制器发出停机信号，电机和电炉停机，计数器记录下电机总旋转次数，完成测试。此外，也可以设定终止转数，当电机旋转次数达到终止转数时，电机和电炉停机。
而在进行测试时，热电偶传感器对电炉的温度进行检测，并将信息反馈到PLC控制器，当温度过低或过高时，PLC控制器调整电炉的功率使温度上升或下降至设定的温度。
实施例二：
本实施例与实施例一不同之处在于：所述轴向力加载装置包括加载平台35以及用于推动所述加载平台的推杆机构36，加载平台底部设置有滑轨，机座上设有滑槽，滑轨与滑槽相配合，推杆机构安装于机座上，所述连接座设置于加载平台上。
优选的，所述轴向力加载装置还设置有轴力加载杆37，轴力加载杆固定于加载平台上，轴力加载杆顶部与加载轴承的外圈固定连接。
本实施例的工作过程及工作原理：推杆机构可以是液压推杆机构，进行轴向力加载时，液压推杆机构推加载平台从而产生载荷，加载平台上的连接座和/或轴力加载杆将载荷传送到从动轴从而对试样进行轴向力的加载。
本实施例中推杆机构施加的力可通过力传感器检测并发送到PLC控制器，然后PLC控制器将测得的结果显示于控制面板上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：包括机座、电机、输出轴、从动轴、用于装夹试样的试样夹具、向试样施加轴向力的轴向力加载装置以及向试样施加径向力的径向力加载装置，试样夹具包括夹持在试样两端的左夹头以及右夹头，电机设置在机座上，电机与输出轴一端连接，左夹头安装于输出轴另一端上，从动轴一端与右夹头连接，另一端分别与轴向力加载装置和径向力加载装置连接，径向力加载装置包括第一加载杆、连接座、第一杠杆、加载轴承以及第一施力机构，第一杠杆中部铰接在连接座上，第一杠杆两端分别与第一加载杆和第一施力机构连接，第一加载杆上部与加载轴承的外圈固定连接，加载轴承的内圈套接于从动轴上。
2.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：所述轴向力加载装置包括支架、第二杠杆、第二施力机构以及第二加载杆，支架固定于机座上，第二杠杆中部铰接于支架上，第二杠杆两端分别为拉应力端和压应力端，第二施力机构连接在拉应力端或压应力端上，第二加载杆一端与第二杠杆连接，另一端与加载轴承的外圈连接。
3.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：所述轴向力加载装置包括加载平台以及用于推动所述加载平台的推杆机构，加载平台底部设置有滑轨，机座上设有滑槽，滑轨与滑槽相配合，推杆机构安装于机座上，所述连接座设置于加载平台上。
4.根据权利要求3所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：所述轴向力加载装置还设置有轴力加载杆，轴力加载杆固定于加载平台上，轴力加载杆顶部与加载轴承的外圈固定连接。
5.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：所述第一施力机构包括第一杆体、触头、固定挡块、第一防震弹簧、径向力加载砝码以及用于放置所述径向力加载砝码的第一砝码托盘，第一杆体顶部与第一杠杆连接，触头和固定挡块设置于第一杆体中部，触头位于固定挡块上方，固定挡块与机座固定连接，第一防震弹簧一端连接于第一杠杆底部，另一端与第一砝码托盘连接。
6.根据权利要求2所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：所述第二施力机构包括第二杆体、第二防震弹簧、轴力加载砝码以及用于放置所述轴力加载砝码的第二砝码托盘，第二杆体顶部与第二杠杆连接，第二杆体下部连接于第二防震弹簧顶部，第二防震弹簧底部与第二砝码托盘连接。
7.根据权利要求5所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：还包括总控系统以及用于对试样进行加热的电炉，总控系统包括计数器、限位开关、变频器、PLC控制器、控制面板、力传感器以及热电偶传感器，控制面板与PLC控制器连接；
计数器与PLC控制器连接，用于计算电机的旋转次数；
热电偶传感器与PLC控制器连接，用于检测电炉温度；
PLC控制器与变频器连接，变频器与电机连接，用于控制电机的转速；
力传感器与PLC控制器连接，用于检测轴向力加载装置施加的力；
PLC控制器与电炉连接，用于控制电炉的温度；
限位开关设置于触头底部，当试样断开后，触头下移与固定挡块接触时触发限位开关，限位开关向PLC控制器发出停机信号。
8.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：还包括主轴箱和冷却润滑系统，冷却润滑系统包括油箱、油泵、过滤器、溢流阀、单向阀、集油槽以及冷却器，主轴箱设置于机座上，主轴箱上设置轴承安装腔，轴承安装腔中安装有轴承，输出轴穿设于轴承安装腔的轴承中，集油槽设置于轴承安装腔底部且位于轴承下方向，油箱、过滤器、油泵、单向阀、主轴箱及冷却器首尾依次连接，溢流阀连接于油泵与单向阀之间。
9.根据权利要求7所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：所述电炉中对应在试样下方设置有防护网。
10.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验机，其特征在于：还设置有轴调整装置，轴调整装置包括连接筒以及6个调整螺栓，连接筒壁面开设有6个螺纹通孔，6个螺纹通孔三个为一组，两组螺纹通孔沿轴向左右设置，每组的螺纹通孔呈环形均匀设置在连接筒壁面上，电机输出轴与连接筒同轴设置且相固定连接在一起，输出轴连接到连接筒的筒口中，调整螺栓与螺纹通孔一一对应连接起来将输出轴固定于筒口中。
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