CN107192612A - 一种拉扭疲劳试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料和结构试验装备及试验方法技术领域，尤其涉及一种拉扭疲劳试验台。拉扭疲劳试验台包括：支架、被测试件及加载装置；被测试件包括至少一个第一端和至少一个第二端；加载装置包括与至少一个第一端对应并连接的至少一个第一加载装置和与至少一个第二端对应并连接的至少一个第二加载装置；第一加载装置对被测试件的第一端扭转并轴向固定第一端，第一加载装置设置在支架上；第二加载装置对被测试件的第二端拉伸并周向固定第二端，第二加载装置设置在支架上。本发明的拉扭疲劳试验台结构简单、能耗较小且能够对试件同时进行拉伸和扭转试验。

Description

一种拉扭疲劳试验台

技术领域

本发明涉及材料和结构试验装备及试验方法技术领域，尤其涉及一种拉扭疲劳试验台。

背景技术

疲劳试验台是对各种材料、零部件、构件进行拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、冲击等试验，通过试验测出被测材料、零部件、构件的弹性、塑性、韧性、强度、刚度等力学性能的设备。

现有技术的一种感应加热模式下复合载荷材料力学测试系统，包括拉伸模块驱动单元和双端扭转模块驱动单元，拉伸模块驱动单元由双向滚珠丝杠带动双端扭转模块承载台沿试验台水平方向同步拉伸，双端扭转模块完成对被试件的双端扭转加载工况。上述感应加热模式下复合载荷材料力学测试系统需要对扭转模块进行整体的移动来实现拉伸，且扭转模块需要成对布置实现扭转，整个装置结构复杂，能耗较大。

因此，亟须一种结构简单、能耗较小且能够对试件同时进行拉伸和扭转试验的拉扭疲劳试验台。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种结构简单、能耗较小且能够对试件同时进行拉伸和扭转试验的拉扭疲劳试验台。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种拉扭疲劳试验台。具体地，该拉扭疲劳试验台包括：支架、被测试件及加载装置；

被测试件包括至少一个第一端和至少一个第二端；

加载装置包括与至少一个第一端对应并连接的至少一个第一加载装置和与至少一个第二端对应并连接的至少一个第二加载装置；

第一加载装置对被测试件的第一端扭转并轴向固定第一端，第一加载装置设置在支架上；

第二加载装置对被测试件的第二端拉伸并周向固定第二端，第二加载装置设置在支架上。

进一步地，第一加载装置包括扭转组件、扭转组件驱动装置和第一连接组件；

被测试件的第一端借助于第一连接组件与扭转组件连接，扭转组件借助于第一连接组件轴向固定被测试件的第一端；

扭转组件驱动装置驱动扭转组件使其对被测试件的第一端实施扭转；

第二加载装置包括拉伸组件、拉伸组件驱动装置和第二连接组件；

被测试件的第二端借助于第二连接组件与拉伸组件连接，拉伸组件借助于第二连接组件周向固定被测试件的第二端；

拉伸组件驱动装置驱动拉伸组件使其对被测试件的第二端实施拉伸。

进一步地，扭转组件驱动装置包括扭转驱动固定端和扭转驱动移动端，扭转驱动移动端相对扭转驱动固定端直线移动；

拉伸组件驱动装置包括拉伸驱动固定端和拉伸驱动移动端，拉伸驱动移动端相对拉伸驱动固定端直线移动。

进一步地，扭转组件包括导杆、扭转轴；

扭转轴轴向固定且周向可转动地设置在支架上，扭转轴借助于第一连接组件与被测试件的第一端连接；

扭转轴上固定设置有加长耳座，加长耳座与导杆铰接，导杆与扭转驱动移动端连接，扭转驱动固定端与支架铰接，扭转驱动移动端相对于扭转驱动固定端的移动推动或拉动导杆运动，带动加长耳座和扭转轴围绕扭转轴的轴线旋转，用于实现被测试件第一端沿周向转动。

进一步地，拉伸组件包括拉伸轴和拉伸轴座；

拉伸轴的第一端借助于第二连接组件与被测试件的第二端连接，拉伸轴的第二端与拉伸驱动移动端连接，拉伸驱动固定端与支架固定；

拉伸轴座设置在支架上；

拉伸轴上设置有沿轴向的至少一根凸起；

拉伸轴座上设置有沿轴向的至少一条凹槽；

凸起和凹槽形成可滑动的凹凸配合，用于限制拉伸轴沿周向的转动且允许拉伸轴沿轴向的移动。

进一步地，扭转组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷；

拉伸组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

进一步地，被测试件第一端的个数为三个，三个被测试件的第一端分别为垂向第一端、侧向第一端及正向第一端；

被测试件第二端的个数为三个，三个被测试件的第二端分别为垂向第二端、侧向第二端及正向第二端；

垂向、侧向及正向相互垂直；

第一加载装置的个数为三个，三个第一加载装置分别为垂向第一加载装置、侧向第一加载装置及正向第一加载装置；

第二加载装置的个数为三个，三个第二加载装置分别为垂向第二加载装置、侧向第二加载装置及正向第二加载装置。

进一步地，被测试件还包括基体，基体为立方体；

垂向第一端、侧向第一端、正向第一端、垂向第二端、侧向第二端及正向第二端分别在基体的六个面处与基体连接；

基体的体对角线上设置有基体孔，基体孔用于减小基体的截面面积。

进一步地，支架包括由上往下相对固定的顶层支架、中层支架及底层支架；

中层支架上设置有支架孔，被测试件设置在支架孔处，至少侧向第一端、正向第一端、侧向第二端、正向第二端、以及垂向第一端和垂向第二端二者之一位于中层支架上方；

侧向第一加载装置、侧向第二加载装置、正向第一加载装置及正向第二加载装置设置在中层支架上；

垂向第一加载装置设置在底层支架上，垂向第二加载装置设置在顶层支架上，或者，垂向第一加载装置设置在顶层支架上，垂向第二加载装置设置在底层支架上。

进一步地，本发明的拉扭疲劳试验台还包括：

距离传感器，距离传感器包括直线位移传感器和角位移传感器；

直线位移传感器用于测量被测试件的拉伸变形，并将所测的直线位移量传输给中央处理器；

角位移传感器用于测量被测试件的扭转变形，并将所测的角位移量传输给中央处理器；

中央处理器和显示装置，中央处理器根据接收到的直线位移量、角位移量及被测试件变形数据模拟破坏过程，得到计算结果并通过显示装置显示。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的拉扭疲劳试验台，被测试件的第一端与第一加载装置连接，被测试件的第二端与第二加载装置连接，第二加载装置周向固定被测试件的第二端，第二加载装置不对被测试件拉伸，第一加载装置对被测试件扭转，实现对被测试件单独扭转；

本发明的拉扭疲劳试验台，被测试件的第一端与第一加载装置连接，被测试件的第二端与第二加载装置连接，第一加载装置轴向固定被测试件的第一端，第一加载装置不对被测试件扭转，第二加载装置对被测试件拉伸，实现对被测试件单独拉伸；

本发明的拉扭疲劳试验台，被测试件的第一端与第一加载装置连接，被测试件的第二端与第二加载装置连接，第一加载装置轴向固定被测试件的第一端，第二加载装置对被测试件的第二端拉伸，第二加载装置周向固定被测试件的第二端，第一加载装置对被测试件的第一端扭转，实现对被测试件同时拉伸和扭转，结构简单，能耗较小。

综上，本发明的拉扭疲劳试验台结构简单、能耗较小且能够对试件同时进行拉伸和扭转试验。

附图说明

图1为具体实施方式中拉扭疲劳试验台的结构示意图；

图2为具体实施方式中被测试件的正向第二端被正向拉伸液压卡盘夹紧的示意图；

图3为具体实施方式中扭转轴和导杆的组装侧视图；

图4为具体实施方式中扭转轴和导杆的组装俯视图；

图5为具体实施方式中正向扭转液压缸俯视图；

图6为具体实施方式中侧向拉伸液压缸俯视图。

【附图标记说明】

图中：

1：支架；101：底层支架；102：中层支架；103：顶层支架；

2：被测试件；201a：侧向第一端；201b：侧向第二端；202a：正向第一端；202b：正向第二端；203a：垂向第一端；203b：垂向第二端；

3：扭转组件；301：扭转轴；3011：正向扭转轴；3012：加长耳座；3013：正向扭转轴承座；302：导杆；3021：正向导杆；

4：拉伸组件；401：拉伸轴；4011：侧向拉伸轴；402：拉伸轴座；4021：侧向拉伸轴座；4012：垂向拉伸轴；4022：垂向拉伸轴座；

5：液压卡盘；502a：侧向扭转液压卡盘；

6：侧向扭转联轴器；

7：正向扭转液压缸；701：正向扭转静力缸；702：正向扭转液压缸杆；703：正向扭转静力缸支撑座；

8：侧向拉伸液压缸；801：侧向拉伸静力缸；802：侧向拉伸液压缸杆；803：侧向拉伸静力缸支撑座；

9：垂向拉伸静力缸支撑座。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参照图1-图6，本实施例的拉扭疲劳试验台包括：支架1、被测试件2、加载装置、距离传感器、中央处理器及显示装置。本实施例中，垂向指铅垂方向，即Z向，侧向和正向指水平面垂直的两方向，侧向即X向，正向即Y向。本实施例中，第一端、第一加载装置和第一连接组件与X反向、Y反向、Z反向对应，第二端、第二加载装置和第二连接组件与X正向、Y正向、Z正向对应。

被测试件2

如图2所示，被测试件2包括至少一个第一端和至少一个第二端，被测试件2第一端的个数为三个，三个第一端分别为垂向第一端203a、侧向第一端201a及正向第一端202a，被测试件2第二端的个数为三个，三个第二端分别为垂向第二端203b、侧向第二端201b及正向第二端202b。

垂向、侧向及正向相互垂直。

被测试件2还包括基体，基体位于被测试件2的中部，基体为立方体，基体的体对角线上设置有基体孔，基体孔用于减小基体的截面面积，当基体的截面面积变小，可以保证被测试件2的疲劳破坏发生在基体的中间。

垂向第一端203a、侧向第一端201a、正向第一端202a、垂向第二端203b、侧向第二端201b及正向第二端202b分别在基体的六个面处与基体连接。本实施例中，垂向第一端203a、侧向第一端201a、正向第一端202a、垂向第二端203b、侧向第二端201b及正向第二端202b为实心杆件，杆件的端部为方形结构。垂向第一端203a、侧向第一端201a、正向第一端202a、垂向第二端203b、侧向第二端201b及正向第二端202b与基体的连接处设置有圆角，圆角能够减弱连接处的应力集中。

支架1

如图1所示，支架1包括由上往下相对固定的顶层支架103、中层支架102及底层支架101。具体地，顶层支架103、中层支架102及底层支架101通过四根立柱连接。其中，底层支架101通过地脚螺栓与立柱连接，中层支架102与立柱焊接，顶层支架103通过螺栓与立柱连接。

中层支架102上设置有支架孔，被测试件2设置在支架孔处，至少侧向第一端201a、正向第一端202a、侧向第二端201b、正向第二端202b、以及垂向第一端203a和垂向第二端203b二者之一位于中层支架102上方。这样可以使得被测试件2垂向第一端203a与垂向第一加载装置穿过支架孔连接，或者，可以使得被测试件2垂向第二端203b与垂向第二加载装置穿过支架孔连接。

中层支架102和顶层支架103可以在保证安装的情况下，减小其体积，从而节约材料，减少成本。

加载装置

加载装置包括与至少一个第一端对应并连接的至少一个第一加载装置和与至少一个第二端对应并连接的至少一个第二加载装置。

第一加载装置

第一加载装置对被测试件2的第一端扭转并轴向固定所述第一端，第一加载装置设置在支架1上。具体地，第一加载装置包括扭转组件3、扭转组件驱动装置和第一连接组件；被测试件2的第一端借助于第一连接组件与扭转组件3连接，扭转组件3借助于第一连接组件轴向固定第一端；扭转组件驱动装置驱动扭转组件3使其对被测试件2的第一端实施扭转。

扭转组件驱动装置包括扭转驱动固定端和扭转驱动移动端，扭转驱动移动端相对扭转驱动固定端直线移动。扭转组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

扭转组件3包括导杆302、扭转轴301。扭转轴301轴向固定且周向可转动的设置在支架1上，扭转轴301借助于第一连接组件与被测试件2的第一端连接。

扭转轴301上固定设置有加长耳座3012，加长耳座3012与导杆302铰接，导杆302与扭转驱动移动端连接，扭转驱动固定端与支架铰接，扭转驱动移动端相对于扭转驱动固定端的移动推动或拉动导杆302运动，带动加长耳座3012和扭转轴301围绕扭转轴301的轴线旋转，用于实现被测试件2第一端沿周向转动。

第一加载装置的个数为三个，三个第一加载装置分别为垂向第一加载装置、侧向第一加载装置及正向第一加载装置。

正向第一加载装置

正向第一加载装置设置在中层支架102上。正向第一加载装置包括正向扭转组件、正向扭转组件驱动装置和正向第一连接组件。被测试件2的正向第一端202a借助于正向第一连接组件与正向扭转组件连接，正向扭转组件借助于正向第一连接组件轴向固定正向第一端202a。正向扭转组件驱动装置驱动正向扭转组件使其对被测试件2的正向第一端202a实施扭转。

正向扭转组件驱动装置

正向扭转组件驱动装置包括正向扭转驱动固定端和正向扭转驱动移动端，正向扭转驱动移动端相对正向扭转驱动固定端直线移动。正向扭转组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

正向扭转组件驱动装置可以采用气压缸、液压缸等，本实施例中，采用正向扭转液压缸7作为正向扭转组件驱动装置。

正向扭转液压缸7

具体地，如图5所示，正向扭转液压缸7包括正向扭转动力缸、正向扭转静力缸701、正向扭转静力缸底盖和正向扭转液压缸杆702。正向扭转驱动移动端为正向扭转液压缸杆702，正向扭转驱动固定端为正向扭转静力缸701。正向扭转动力缸、正向扭转静力缸701和正向扭转静力缸底盖通过法兰结构螺栓连接。正向扭转动力缸、正向扭转静力缸701和正向扭转静力缸底盖上均设置有通孔，该通孔用于将正向扭转液压缸杆702设置在正向扭转动力缸和正向扭转静力缸701内部。在正向扭转动力缸内的正向扭转液压缸杆702上套有正向扭转动力环，正向扭转动力环两侧的正向扭转动力缸上设置有两个油口。在正向扭转静力缸701上设置有进油口和出油口。试验时，通过高频切换两个油口的进油和出油顺序，实现正向扭转动力缸内正向扭转动力环两侧空腔内部油压的高频切换，从而实现对正向扭转液压缸杆702施加动载荷。正向扭转静力缸701用于对正向扭转液压缸杆702施加静载荷。

本实施例的拉扭疲劳试验台，首先启动正向扭转静力缸701，直至拉力达到试验要求的拉力后保持不变，其次启动正向扭转动力缸，使得正向扭转液压缸杆702在静力的基础上叠加一个交变力。交变力疲劳试验所需的时间较长，对正向扭转液压缸7的磨损较大，因此正向扭转动力缸和正向扭转静力缸701分开铸造，方便维修及更换。

本实施例，正向扭转驱动固定端与中层支架102铰接，具体地，正向扭转静力缸701与设置在中层支架102上的正向扭转静力缸支撑座703连接。具体地，正向扭转静力缸701一端设置有正向扭转耳环，正向扭转耳环上设置有正向扭转耳环孔，正向扭转静力缸支撑座703上设置有正向扭转支撑座孔，正向扭转液压缸7通过插设在正向扭转耳环孔和正向扭转支撑座孔的正向扭转销轴实现与中层支架102铰接。

正向扭转组件

正向扭转组件包括正向导杆3021和正向扭转轴3011。正向扭转轴3011轴向固定且周向可转动地设置在中层支架102上，本实施例，正向扭转轴3011通过平键与正向扭转支撑环连接，正向扭转支撑环通过正向扭转深沟球轴承和正向扭转轴承座3013将正向扭转支撑环设置在中层支架102上，正向扭转轴3011借助于正向第一连接组件与被测试件2的正向第一端202a连接，如图3和图4所示。

正向扭转轴3011上设置有加长耳座3012，加长耳座3012与正向导杆3021铰接，具体地，如图3和图4所示，加长耳座3012的个数为两个，两个加长耳座3012上设置有加长耳座孔，正向导杆3021上设置有导杆孔，加长耳座3012通过插设在导杆孔和加长耳座孔310的销轴与正向导杆3021铰接。

本实施例，正向扭转轴3011上设置加长耳座3012，一方面，使得正向扭转轴3011与正向导杆3021铰接；另一方面，在不增加正向扭转轴3011壁厚的情况下，增大扭矩的力臂，从而使得相同扭矩所需加载的载荷变小，节约了材料，减小了能耗。

正向导杆3021与正向扭转驱动移动端连接，正向扭转驱动固定端与中层支架铰接。本实施例，正向扭转组件驱动装置为正向扭转液压缸7，正向扭转驱动移动端为正向扭转液压缸杆702，正向扭转液压缸杆702端部通过法兰结构与正向导杆3021连接。正向扭转驱动移动端相对于正向扭转驱动固定端的移动推动或拉动正向导杆3021运动，带动加长耳座3012和正向扭转轴3011围绕正向扭转轴3011的轴线旋转。正向扭转组件驱动装置的驱动方向与正向扭转轴3011的轴向之间成夹角，则正向扭转组件驱动装置在正向扭转轴3011的轴向上存在载荷分量，优选地，夹角成90度，用于实现被测试件2正向第一端202a沿周向转动。

本实施例的拉扭疲劳试验台，正向扭转液压缸7产生的交变拉伸力经由正向导杆3021和正向扭转轴3011转化为正向扭转轴3011上受到的扭矩，再通过正向第一连接组件作用在被测试件2上的正向第一端202a。

正向第一连接组件

正向第一连接组件包括正向扭转液压卡盘502a和正向扭转联轴器6。

具体地，被测试件2的正向第一端202a与正向扭转液压卡盘502a连接，正向扭转液压卡盘502a一端的中部形成方形凹槽，方形凹槽的四个方位设置有小型液压缸，小型液压缸用于夹紧被测试件2的正向第一端202a。正向扭转液压卡盘502a的另一端为圆柱结构，正向扭转液压卡盘502a的另一端与正向扭转联轴器6的一端通过平键连接，正向扭转联轴器6的另一端通过平键与正向扭转轴3011的第二端连接。

侧向第一加载装置

侧向第一加载装置设置在中层支架102上。侧向第一加载装置包括侧向扭转组件、侧向扭转组件驱动装置和侧向第一连接组件。被测试件2的侧向第一端201a借助于侧向第一连接组件与侧向扭转组件连接，侧向扭转组件借助于侧向第一连接组件轴向固定侧向第一端201a。侧向扭转组件驱动装置驱动侧向扭转组件使其对被测试件2的侧向第一端201a实施扭转。

侧向扭转组件驱动装置

侧向扭转组件驱动装置和正向扭转组件驱动装置类似。

侧向扭转组件

侧向扭转组件和正向扭转组件类似。

侧向第一连接组件

侧向第一连接组件和正向第一连接组件类似。

垂向第一加载装置

垂向第一加载装置设置在底层支架101上。垂向第一加载装置包括垂向扭转组件、垂向扭转组件驱动装置和垂向第一连接组件。被测试件2的垂向第一端203a借助于垂向第一连接组件与垂向扭转组件连接，垂向扭转组件借助于垂向第一连接组件轴向固定垂向第一端203a。垂向扭转组件驱动装置驱动垂向扭转组件使其对被测试件2的垂向第一端203a实施扭转。

垂向扭转组件驱动装置

垂向扭转组件驱动装置与侧向扭转组件驱动装置类似，区别仅在于垂向扭转静力缸与设置在底层支架101上的垂向扭转静力缸支撑座连接。

垂向扭转组件

垂向扭转组件包括垂向导杆和垂向扭转轴。垂向扭转轴轴向固定且周向可转动的设置在底层支架101上，本实施例，垂向扭转轴通过平键与垂向扭转支撑环连接，垂向扭转支撑环通过推力轴承和垂向扭转轴承座将垂向扭转支撑环设置在底层支架101上，垂向扭转轴承座底部通过法兰结构与底层支架101固定。垂向扭转轴借助于垂向第一连接组件与被测试件2的垂向第一端203a连接，如图1所示。

垂向扭转轴上设置有加长耳座3012，加长耳座3012与垂向导杆铰接，具体地，如图1所示，加长耳座3012的个数为两个，两个加长耳座3012上设置有加长耳座孔，垂向导杆上设置有垂向导杆孔，加长耳座3012通过插设在垂向导杆孔和加长耳座孔的垂向销轴与垂向导杆铰接。

本实施例，垂向扭转轴上设置加长耳座3012，一方面，使得垂向扭转轴与垂向导杆铰接；另一方面，在不增加垂向扭转轴壁厚的情况下，增大扭矩的力臂，从而使得相同扭矩所需加载的载荷变小，节约了材料，减小了能耗。

垂向导杆与垂向扭转驱动移动端连接，垂向扭转驱动固定端与底层支架铰接。本实施例，垂向扭转组件驱动装置为垂向扭转液压缸，垂向扭转驱动移动端为垂向扭转液压缸杆，垂向扭转液压缸杆端部通过法兰结构与垂向导杆连接。垂向扭转驱动移动端相对于垂向扭转驱动固定端的移动推动或拉动垂向导杆运动，带动加长耳座3012和垂向扭转轴围绕垂向扭转轴的轴线旋转。垂向扭转组件驱动装置的驱动方向与垂向扭转轴的轴向之间成夹角，则垂向扭转组件驱动装置在垂向扭转轴的轴向上存在载荷分量，优选地，夹角成90度，用于实现被测试件2垂向第一端203a沿周向转动。

本实施例的拉扭疲劳试验台，垂向扭转液压缸产生的交变拉伸力经由垂向导杆和垂向扭转轴转化为垂向扭转轴上受到的扭矩，再通过垂向第一连接组件作用在被测试件2上的垂向第一端203a。

垂向第一连接组件

垂向第一连接组件与正向第一连接组件类似。

第二加载装置

第二加载装置对被测试件2的第二端拉伸并周向固定第二端，第二加载装置设置在支架1上。具体地，第二加载装置包括拉伸组件、拉伸组件驱动装置和第二连接组件；被测试件2的第二端借助于第二连接组件与拉伸组件连接，拉伸组件借助于第二连接组件周向固定被测试件2的第二端；拉伸组件驱动装置驱动拉伸组件使其对被测试件的第二端实施拉伸。

拉伸组件驱动装置包括拉伸驱动固定端和拉伸驱动移动端，拉伸驱动移动端相对拉伸驱动固定端直线移动。拉伸组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

拉伸组件包括拉伸轴401和拉伸轴座402。拉伸轴401的第一端借助于第二连接组件与被测试件2的第二端连接，拉伸轴401的第二端与拉伸驱动移动端连接，拉伸驱动固定端与支架1固定。拉伸轴座402设置在支架1上，拉伸轴401上设置有沿轴向的至少一根凸起，拉伸轴座402上设置有沿轴向的至少一条凹槽，凸起和凹槽形成可沿轴向相互滑动的凹凸配合，用于限制拉伸轴401沿周向的转动且允许拉伸轴401沿轴向的移动。

第二加载装置的个数为三个，三个第二加载装置分别为垂向第二加载装置、侧向第二加载装置及正向第二加载装置。

侧向第二加载装置

侧向第二加载装置设置在中层支架102上。侧向第二加载装置包括侧向拉伸组件、侧向拉伸组件驱动装置和侧向第二连接组件。被测试件2的侧向第二端201b借助于侧向第二连接组件与侧向拉伸组件连接，侧向拉伸组件借助于侧向第二连接组件周向固定被测试件2的侧向第二端201b；侧向拉伸组件驱动装置驱动侧向拉伸组件使其对被测试件2的侧向第二端201b实施拉伸。

侧向拉伸组件驱动装置

侧向拉伸组件驱动装置包括侧向拉伸驱动固定端和侧向拉伸驱动移动端，侧向拉伸驱动移动端相对侧向拉伸驱动固定端直线移动。侧向拉伸组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

侧向拉伸组件驱动装置可以采用气压缸、液压缸等，本实施例中，采用侧向拉伸液压缸8作为侧向拉伸组件驱动装置。

侧向拉伸液压缸8

具体地，如图6所示，侧向拉伸液压缸8包括侧向拉伸液压缸杆802、侧向拉伸动力缸盖、侧向拉伸动力缸和侧向拉伸静力缸801。侧向拉伸驱动移动端为侧向拉伸液压缸杆802，侧向拉伸驱动固定端为侧向拉伸静力缸801。侧向拉伸动力缸、侧向拉伸静力缸801和侧向拉伸动力缸盖通过法兰结构螺栓连接。侧向拉伸动力缸、侧向拉伸静力缸801和侧向拉伸动力缸盖上均设置有通孔，该通孔用于将侧向拉伸液压缸杆802设置在侧向拉伸动力缸和侧向拉伸静力缸801内部。在侧向拉伸动力缸内的侧向拉伸液压缸杆802上套有侧向拉伸动力环，侧向拉伸动力环两侧的侧向拉伸动力缸上设置有两个油口。在侧向拉伸静力缸801上设置有进油口和出油口。试验时，通过高频切换两个油口的进油和出油顺序，实现侧向拉伸动力缸内动力环两侧空腔内部油压的高频切换，从而实现对侧向拉伸液压缸杆802施加动载荷。侧向拉伸静力缸801用于对侧向拉伸液压缸杆802施加静载荷。

本实施例的拉扭疲劳试验台，首先启动侧向拉伸静力缸801，直至拉力达到试验要求的拉力后保持不变，其次启动侧向拉伸动力缸，使得侧向拉伸液压缸杆802在静力的基础上叠加一个交变力。交变力疲劳试验所需的时间较长，对侧向拉伸液压缸8的磨损较大，因此侧向拉伸动力缸和侧向拉伸静力缸801分开铸造，方便维修及更换。

本实施例，侧向拉伸静力缸801与设置在中层支架102上的侧向拉伸静力缸支撑座803连接。具体地，侧向拉伸静力缸支撑座803与中层支架102连接，侧向拉伸静力缸支撑座803上设置有侧向拉伸静力缸支撑座孔，侧向拉伸静力缸801套设在侧向拉伸静力缸支撑座孔中实现设置在中层支架102上。侧向拉伸静力缸801和侧向拉伸静力缸支撑座803通过螺栓预紧，用于防松。

侧向拉伸组件

侧向拉伸组件包括侧向拉伸轴4011和侧向拉伸轴座4021。侧向拉伸轴4011的第一端借助于侧向第二连接组件与被测试件2的侧向第二端201b连接，侧向拉伸轴4011的第二端与侧向拉伸驱动移动端连接，侧向拉伸驱动固定端与中层支架102固定。本实施例，侧向拉伸组件驱动装置为侧向拉伸液压缸8，侧向拉伸液压缸杆802端部通过法兰结构与侧向拉伸轴4011的第二端连接。

侧向拉伸轴座4021设置在中层支架102上，侧向拉伸轴座4021上设置有沿轴向的至少一条侧向凹槽。具体地，侧向拉伸轴座4021包括侧向拉伸轴套和侧向拉伸支撑架，侧向拉伸轴套的外壁与侧向拉伸支撑架固连。侧向拉伸轴套的中部有侧向拉伸轴套孔，侧向拉伸轴套孔的内部设置有沿轴向的至少一条侧向凹槽，侧向拉伸支撑架与中层支架102固定。

侧向拉伸轴4011上设置有沿轴向的至少一条侧向凸起，侧向凸起和侧向凹槽形成可沿轴向相互滑动的凹凸配合，用于限制侧向拉伸轴4011沿周向的转动且允许侧向拉伸轴4011沿轴向的移动，如图1所示。

本实施例的拉扭疲劳试验台，侧向拉伸液压缸8产生的交变拉伸力经由侧向拉伸液压缸杆802传递给侧向拉伸轴4011，再通过侧向第二连接组件作用在被测试件2上。

侧向第二连接组件

侧向第二连接组件和正向第一连接组件类似。

正向第二加载装置

正向第二加载装置设置在中层支架102上。正向第二加载装置包括正向拉伸组件、正向拉伸组件驱动装置和正向第二连接组件。被测试件2的正向第二端202b借助于正向第二连接组件与正向拉伸组件连接，正向拉伸组件借助于正向第二连接组件周向固定被测试件2的正向第二端202b；正向拉伸组件驱动装置驱动正向拉伸组件使其对被测试件2的正向第二端202b实施拉伸。

正向拉伸组件驱动装置

正向拉伸组件驱动装置和侧向拉伸组件驱动装置类似。

正向拉伸组件

正向拉伸组件和侧向拉伸组件类似。

正向第二连接组件

正向第二连接组件和正向第一连接组件类似。

垂向第二加载装置

垂向第二加载装置设置在顶层支架103上。垂向第二加载装置包括垂向拉伸组件、垂向拉伸组件驱动装置和垂向第二连接组件。被测试件2的垂向第二端203b借助于垂向第二连接组件与垂向拉伸组件连接，垂向拉伸组件借助于垂向第二连接组件周向固定被测试件2的垂向第二端203b；垂向拉伸组件驱动装置驱动垂向拉伸组件使其对被测试件2的垂向第二端203b实施拉伸。

垂向拉伸组件驱动装置

垂向拉伸组件驱动装置包括垂向拉伸驱动固定端和垂向拉伸驱动移动端，垂向拉伸驱动移动端相对垂向拉伸驱动固定端直线移动。垂向拉伸组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

垂向拉伸组件驱动装置可以采用气压缸、液压缸等，本实施例中，采用垂向拉伸液压缸作为垂向拉伸组件驱动装置。

垂向拉伸液压缸

具体地，如图1所示，垂向拉伸液压缸包括垂向拉伸液压缸杆、垂向拉伸动力缸盖、垂向拉伸动力缸和垂向拉伸静力缸。垂向拉伸驱动移动端为垂向拉伸液压缸杆，垂向拉伸驱动固定端为垂向拉伸静力缸。垂向拉伸动力缸、垂向拉伸静力缸和垂向拉伸动力缸盖通过法兰结构螺栓连接。垂向拉伸动力缸、垂向拉伸静力缸和垂向拉伸动力缸盖上均设置有通孔，该通孔用于将垂向拉伸液压缸杆设置在垂向拉伸动力缸和垂向拉伸静力缸内部。在垂向拉伸动力缸内的垂向拉伸液压缸杆上套有垂向拉伸动力环，垂向拉伸动力环两侧的垂向拉伸动力缸上设置有两个油口。在垂向拉伸静力缸上设置有进油口和出油口。试验时，通过高频切换两个油口的进油和出油顺序，实现垂向拉伸动力缸内动力环两侧空腔内部油压的高频切换，从而实现对垂向拉伸液压缸杆施加动载荷。垂向拉伸静力缸用于对垂向拉伸液压缸杆施加静载荷。

本实施例的拉扭疲劳试验台，首先启动垂向拉伸静力缸，直至拉力达到试验要求的拉力后保持不变，其次启动垂向拉伸动力缸，使得垂向拉伸液压缸杆在静力的基础上叠加一个交变力。交变力疲劳试验所需的时间较长，对垂向拉伸液压缸的磨损较大，因此垂向拉伸动力缸和垂向拉伸静力缸分开铸造，方便维修及更换。

本实施例，垂向拉伸静力缸与设置在顶层支架103上的垂向拉伸静力缸支撑座9连接。具体地，垂向拉伸静力缸支撑座9与顶层支架103连接，垂向拉伸静力缸支撑座9上设置有垂向拉伸静力缸支撑座孔，垂向拉伸静力缸套设在垂向拉伸静力缸支撑座孔中实现设置在顶层支架103上。垂向拉伸静力缸和垂向拉伸静力缸支撑座9通过螺栓预紧，用于防松。

垂向第一加载装置设置在顶层支架103上，垂向第二加载装置设置在底层支架101上，这种安装方式与垂向第一加载装置设置在底层支架101上，垂向第二加载装置设置在顶层支架103上类似，二者的区别仅在于，前者为上扭下拉，后者为下扭上拉，这里不在重复，相对应的结构也不在本实施例中重复。

垂向拉伸组件

垂向拉伸组件包括垂向拉伸轴4012和垂向拉伸轴座4022。垂向拉伸轴4012的第一端借助于垂向第二连接组件与被测试件2的垂向第二端203b连接，垂向拉伸轴4012的第二端与垂向拉伸驱动移动端连接，垂向拉伸驱动固定端与顶层支架103固定。本实施例，垂向拉伸组件驱动装置为垂向拉伸液压缸，垂向拉伸液压缸杆端部通过法兰结构与垂向拉伸轴4012的第二端连接。

垂向拉伸轴座4022设置在顶层支架103上，垂向拉伸轴座4022上设置有沿轴向的至少一条垂向凹槽。具体地，垂向拉伸轴座4022的中部设置有垂向拉伸轴座孔，垂向拉伸轴座孔的内部设置垂向凹槽，垂向拉伸轴座4022的上端通过法兰结构与顶层支架103和垂向拉伸静力缸支撑座9固定，如图1所示。

垂向拉伸轴4012上设置有沿轴向的至少一条垂向凸起，垂向凸起和垂向凹槽形成可沿轴向相互滑动的凹凸配合，用于限制垂向拉伸轴4012沿周向的转动且允许垂向拉伸轴4012沿轴向的移动，如图1所示。

本实施例的拉扭疲劳试验台，垂向拉伸液压缸产生的交变拉伸力经由垂向拉伸液压缸杆传递给垂向拉伸轴4012，再通过垂向第二连接组件作用在被测试件2上。

垂向第二连接组件

垂向第二连接组件和正向第一连接组件类似。

距离传感器

距离传感器，距离传感器包括直线位移传感器和角位移传感器。

直线位移传感器用于测量被测试件2的拉伸变形，并将所测的直线位移量传输给中央处理器。

角位移传感器用于测量被测试件2的扭转变形，并将所测的角位移量传输给中央处理器。

本实施例的拉扭疲劳试验台，在液压缸启动时，距离传感器会数据清零，实时将直线位移量和角位移量输给中央处理器记录。

中央处理器及显示装置

中央处理器和显示装置，中央处理器根据接收到的直线位移量、角位移量及被测试件2变形数据模拟破坏过程，得到计算结果并通过显示装置显示。

试验过程

以45号钢制成的被测试件2为例，安装被测试件2时，首先，启动所有液压缸的静力缸，调节液压缸杆使其移动到静力缸的底部，以留出足够的安装被测试件2的操作空间；其次，先将被测试件2侧向第二端201b伸入到一个液压卡盘5的方形凹槽中，再启动方形凹槽四个方位的小型液压缸，使得被测试件2被夹紧，然后调节侧向拉伸液压缸8，使被测试件2位于中层支架102的标定位置，依此类推，调节正向拉伸液压缸和垂向拉伸液压缸，最后将侧向第一端201a、正向第一端202a及垂向第一端203a和其余三个液压卡盘5连接，最终使被测试件2位于中层支架102的支架孔的位置并固定。而后启动各个液压缸和各个传感器，按照各个方向所需的力和力矩，调节各液压缸的油压，当静力缸到达指定压力后停止供油，启动动力缸产生交变应力，一直持续到被测试件2发生疲劳破坏为止。被测试件2产生疲劳破坏断裂后，停止液压缸，最后收集直线位移量、角位移量及被测试件2变形数据，通过中央处理器分析即可模拟破坏过程，得出需要的计算结果。

本实施例的拉扭疲劳试验台，被测试件2的第一端与第一加载装置连接，被测试件2的第二端与第二加载装置连接，第二加载装置周向固定被测试件2的第二端，第二加载装置不对被测试件2拉伸，第一加载装置对被测试件2扭转，实现对被测试件2单独扭转；

本实施例的拉扭疲劳试验台，被测试件2的第一端与第一加载装置连接，被测试件的第二端2与第二加载装置连接，第一加载装置轴向固定被测试件2的第一端，第一加载装置不对被测试件2扭转，第二加载装置对被测试件2拉伸，实现对被测试件2单独拉伸；

本实施例的拉扭疲劳试验台，被测试件2的第一端与第一加载装置连接，被测试件2的第二端与第二加载装置连接，第一加载装置轴向固定被测试件2的第一端，第二加载装置对被测试件2的第二端拉伸，第二加载装置周向固定被测试件2的第二端，第一加载装置对被测试件2的第一端扭转，实现对被测试件2同时拉伸和扭转，结构简单，能耗较小。

本实施例的拉扭疲劳试验台，被测试件2的第一端、第一加载装置、被测试件2的第二端及第二加载装置的数量为三个，实现了对被测试件2侧向的拉伸作用、扭转作用及拉伸扭转复合作用，正向的拉伸作用、扭转作用及拉伸扭转复合作用，垂向的拉伸作用、扭转作用及拉伸扭转复合作用，实现了侧向和正向、侧向和垂向、正向和垂向上拉伸作用、扭转作用及拉伸扭转复合作用中作用方式的组合作用，实现了侧向、正向和垂向上拉伸作用、扭转作用及拉伸扭转复合作用中作用方式的组合作用。

本实施例的拉扭疲劳试验台，拉伸力与扭转力矩均可以调节，工作范围大，完全可以满足一般工作生产的要求。

综上，本实施例的拉扭疲劳试验台结构简单、能耗较小且能够对试件同时进行侧向、正向、垂向上的拉伸和扭转复合作用试验。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种拉扭疲劳试验台，其特征在于，包括：支架(1)、被测试件(2)及加载装置；

所述被测试件(2)包括至少一个第一端和至少一个第二端；

所述加载装置包括与所述至少一个第一端对应并连接的至少一个第一加载装置和与所述至少一个第二端对应并连接的至少一个第二加载装置；

所述第一加载装置对被测试件(2)的第一端扭转并轴向固定所述第一端，所述第一加载装置设置在支架(1)上；

所述第二加载装置对被测试件(2)的第二端拉伸并周向固定所述第二端，所述第二加载装置设置在支架(1)上。

2.根据权利要求1所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述第一加载装置包括扭转组件(3)、扭转组件驱动装置和第一连接组件；

所述被测试件(2)的第一端借助于所述第一连接组件与所述扭转组件(3)连接，所述扭转组件(3)借助于第一连接组件轴向固定被测试件(2)的第一端；

所述扭转组件驱动装置驱动所述扭转组件(3)使其对被测试件(2)的第一端实施扭转；

所述第二加载装置包括拉伸组件(4)、拉伸组件驱动装置和第二连接组件；

所述被测试件(2)的第二端借助于所述第二连接组件与所述拉伸组件(4)连接，所述拉伸组件(4)借助于第二连接组件周向固定被测试件(2)的第二端；

所述拉伸组件驱动装置驱动所述拉伸组件(4)使其对被测试件(2)的第二端实施拉伸。

3.根据权利要求2所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述扭转组件驱动装置包括扭转驱动固定端和扭转驱动移动端，所述扭转驱动移动端相对扭转驱动固定端直线移动；

所述拉伸组件驱动装置包括拉伸驱动固定端和拉伸驱动移动端，所述拉伸驱动移动端相对拉伸驱动固定端直线移动。

4.根据权利要求3所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述扭转组件(3)包括导杆(302)、扭转轴(301)；

所述扭转轴(301)轴向固定且周向可转动地设置在支架(1)上，所述扭转轴(301)借助于所述第一连接组件与所述被测试件(2)的第一端连接；

所述扭转轴(301)上固定设置有加长耳座(3012)，所述加长耳座(3012)与导杆(302)铰接，所述导杆(302)与扭转驱动移动端连接，所述扭转驱动固定端与所述支架铰接，所述扭转驱动移动端相对于所述扭转驱动固定端的移动推动或拉动所述导杆(302)运动，带动所述加长耳座(3012)和扭转轴(301)围绕所述扭转轴(301)的轴线旋转，实现被测试件(2)第一端沿周向转动。

5.根据权利要求3所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述拉伸组件(4)包括拉伸轴(401)和拉伸轴座(402)；

所述拉伸轴(401)的第一端借助于所述第二连接组件与被测试件(2)的第二端连接，所述拉伸轴(401)的第二端与拉伸驱动移动端连接，所述拉伸驱动固定端与所述支架(1)固定；

所述拉伸轴座(402)设置在支架(1)上；

所述拉伸轴(401)上设置有沿轴向的至少一根凸起；

所述拉伸轴座(402)上设置有沿轴向的至少一条凹槽；

所述凸起和所述凹槽形成可滑动的凹凸配合，用于限制拉伸轴(401)沿周向的转动且允许拉伸轴(401)沿轴向的移动。

6.根据权利要求3所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述扭转组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷；

所述拉伸组件驱动装置能够施加动载荷和静载荷。

7.根据权利要求1所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述被测试件(2)第一端的个数为三个，三个被测试件(2)的第一端分别为垂向第一端(203a)、侧向第一端(201a)及正向第一端(202a)；

所述被测试件(2)第二端的个数为三个，三个被测试件(2)的第二端分别为垂向第二端(203b)、侧向第二端(201b)及正向第二端(202b)；

所述垂向、侧向及正向相互垂直；

所述第一加载装置的个数为三个，三个第一加载装置分别为垂向第一加载装置、侧向第一加载装置及正向第一加载装置；

所述第二加载装置的个数为三个，三个第二加载装置分别为垂向第二加载装置、侧向第二加载装置及正向第二加载装置。

8.根据权利要求7所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述被测试件(2)还包括基体，所述基体为立方体；

所述垂向第一端(203a)、侧向第一端(201a)、正向第一端(202a)、垂向第二端(203b)、侧向第二端(201b)及正向第二端(202b)分别在基体的六个面处与基体连接；

所述基体的体对角线上设置有基体孔，所述基体孔用于减小基体的截面面积。

9.根据权利要求7所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，

所述支架(1)包括由上往下相对固定的顶层支架(103)、中层支架(102)及底层支架(101)；

所述中层支架(102)上设置有支架孔，所述被测试件(2)设置在所述支架孔处，至少所述侧向第一端(201a)、正向第一端(202a)、侧向第二端(201b)、正向第二端(202b)、以及所述垂向第一端(203a)和所述垂向第二端(203b)二者之一位于所述中层支架(102)上方；

所述侧向第一加载装置、侧向第二加载装置、正向第一加载装置及正向第二加载装置设置在中层支架(102)上；

所述垂向第一加载装置设置在底层支架(101)上，所述垂向第二加载装置设置在顶层支架(103)上，或者，所述垂向第一加载装置设置在顶层支架(103)上，所述垂向第二加载装置设置在底层支架(101)上。

10.根据权利要求1所述的拉扭疲劳试验台，其特征在于，还包括：

距离传感器，所述距离传感器包括直线位移传感器和角位移传感器；

所述直线位移传感器用于测量被测试件(2)的拉伸变形，并将所测的直线位移量传输给中央处理器；

所述角位移传感器用于测量被测试件(2)的扭转变形，并将所测的角位移量传输给中央处理器；

中央处理器和显示装置，所述中央处理器根据接收到的直线位移量、角位移量及被测试件(2)变形数据模拟破坏过程，得到计算结果并通过显示装置显示。