CN1072260A - 一种低频疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

一种低频疲劳试验机是采用弹簧配重调心和组 合调速的机械式设备。由于该机使用上、下两个配重 弹簧，因而可实现拉伸，压缩多种状态下对测试样品 的疲劳强度的测试。此外，由于采用调心配重装置输 出的作用力直接加到夹头上的设计，使整机结构简 单、便于操作、减少能耗，工作噪音低、且造价低。该 机也可配置微机实现自动控制测试工作，其测试精度 高，可作为各种材料拉压疲劳强度性能的通用测试设 备。

Description

本发明涉及一种机械测试设备，具体地说是提供一种测试金属材料疲劳强度，特别是能在腐蚀介质中应用的测试设备疲劳试验机。

疲劳试验机是测试金属（或非金属）疲劳强度的一种测试设备，主要有电磁式、液压伺服式和机械式几种类型。其中电磁式疲劳机由于频率高，不适合做腐蚀疲劳试验。液压伺服式疲劳机是一种较先进的测试装置，可以模拟各种试验条件，试验精度高。但在低频下工作时，功率消耗大、成本高，需与其它低频疲劳试验机配合起使用，才更加合理。机械式的测试设备，大多采用弹簧配重调心式结构和组合式调速系统，其机械传动结构简单，工作额定功率小、造价低（其成本仅为液压伺服式的1/5～1/10）。此外由于避开了高压油路，因此噪音较小，无油污，且可以通过微机实现自动控制。目前性能较好的机械式低频疲劳试验机由四个主要部分组成：1）试验机主体;2）动力装置;3）调心配重装置;4）控制系统。图1为该疲劳机整机结构，图2为其调心配重装置部分结构图。上述疲劳机的主体1）是测试试样部分，由机身11、杠杆5、拉杆6及夹头（包括试样）7组成。上下夹头7之间固定有试样，并可安装充有腐蚀介质的容器，使试验机能测试腐蚀介质存在状态下的疲劳强度。动力装置2）提供试验动力，它由电机1、无级变速器和摆线变速器2、应力自动平衡电机10及自动平衡蜗轮、蜗杆传动装置组成。控制系统4）是整机电控系统，由传感器6、控制仪8、电源开关等组成。调心配重装置3是测试机的重要的组成部分，它由调节滑块14、调节滑座13、配重弹簧15、调解手轮17、连动杆16、调解螺柱19及锁母18组成。调解滑座13和滑块14的轴心距，使滑座13随动力装置的无级输出轴转动时，滑块14沿竖直方向往复运动。滑块14带动连动杆16，将其作用力通过配力弹簧15和配重管套17传递到调解螺柱19，锁母18是将调解螺柱19固定在配重管套17上，调解螺柱19用螺母与拉杆4连结并固定。上述疲劳机的工作过程是无级调速和摆线针轮减速器2将电机1的转速调到疲劳试验时所需的转速，并由无级输出轴输出其动力，调心配重装置将电机输出的转动力矩，转变为竖直往复运动，连动杆16施加给配重弹簧15一脉冲式的正弦变力，即只有当滑块14带动连动杆16压缩弹簧15的半周，配重管套16才将其力传给拉杆4，并通过杠杆5在其另一臂，将对试样产生一向上的拉力，完成测试过程。转感器6，控制仪8是测量并显示试样受力情况的装置，控制仪8并能控制自动平衡电机10，通过自动平衡蜗轮、蜗杆传动装置9，调解实际载荷偏差，使试样恒定的受到外力作用。当试样裂断时，控制仪8能自控试验机停机，显示和记录试测结果。上述这种机械式疲劳试验机，虽然具有很多优点，但仍存在只能测试拉伸疲劳强，而不能测量压缩条件的或测量与实际应用更接近的拉伸，压缩复合状态。此外，这类设备体积较大，结构也比较复杂，电机载荷变化快，不但影响电机寿命，也降低功率利用率。

本发明的目的是克服上述机械式疲劳试验机的不足，提供一种结构更为简便，能耗低，并能对试样进行拉伸、压缩及控制多种性能进行实测的测试设备。

为实现本发明的目的，对目前应用的疲劳机进行了较大的改进，而提出一种新的设计方案。本发明的疲劳机仍然由试验机主体、动力装置、调心配重装置及控制系统四个主要部分组成，其特征在于作为试验机主体部分的机身11改为框架式结构，调心配重装置输出动力的调解螺柱与夹头连结在一起，直接将作用力施加到夹头（及试样）上，应力自动平衡电机及传动装置设计在机身框架上，通过调解上夹头来实现调整载荷偏差。这种设计能减小主体体积和结构。同时，在调心配重装置的配重管套中增加一配重弹簧，使连动杆在竖有上、下往复运动时均能与配重弹簧作用，将正弦交变力通配重弹簧及配重管套施加到试样上。附图3为本发明低频疲劳试验机的结构图。图中：1、电机;2、无级变速器及摆线针轮减速器;7、夹头（包括试样）;8、控制仪;9、自动平衡传动装置;10、应力自动平衡电机;11、机身;12、机座;13、调节滑座;14、调节滑块;16、连动杆;17、调重管套;19、调解螺柱;20、上配重弹簧;21、下配重弹簧;23、拉压传感器;24、加强板。

由图3所示的本发明试验机，其主体由框架式机身11及上、下夹头（包括试样）7组成，上夹头上安装有拉压传感器23，应力自动平衡电机10安装机身框架上部通过自动平衡传动装置9将修正应力施加到上夹头顶部。该机动力装置仍由电机1、无级变速器及摆线针轮减速器2及上述自动平衡传动装置9和应力自动平衡电机10组成，其作用过程和结构可与公知技术的相应部分相同。本发明试验机中的调心配重装置仍有调节滑座13、调节滑块14、配重弹簧、连动杆16，调重管套17及调解螺柱18组成，但其配重筒套17较长，且筒套17内安装有上、下两个配重弹簧20、21，连动杆16的端平台处于上、下配重弹簧20、21的中间。调重管套17外带一手轮，转动手轮，调整调解螺柱19与配重弹簧的距离，使连动杆16的端平台处于其竖直往复运动的中心时，当连动杆16向下运动将压缩下配重弹簧，带动调重管套17向下移动对试样将产生拉伸作用。而上连动杆16由中心位置向上运动将压缩上配重弹簧，带动调重管套17（或直接顶到调解螺柱19上）上移，给试样施加一压缩应力。这样由连动杆16输出的正弦交变作用力，将通过上、下配重弹簧20、21，对试样进行拉伸和压缩状态下的疲劳强度测试。当需要只对试样进行拉伸疲劳性能的测试时，只要转动调重管套17上的手轮，使其上移或下调连动杆16压缩下配重弹簧21，使连动杆16只在压缩下配重弹簧21半周往复运动中给试样施压拉伸作用力，而因连动杆16端平台离上配重弹簧存在一定间距（大于连动杆16最大位移量的一半），当连动杆16通过中心位置上移时，对上配重弹簧无法施加作用力。这种测度情况，同目前应用的疲劳机测试性能相同。相似处理，只要调整连动杆16上移、压缩上配重弹簧20，而在其往复运动中不能对下配重弹簧施加作用力时，加在试样上的将为间断的交变压力，即实现对试样进行压缩疲劳性能的测试。本发明的试验机为测量和显示拉压应力情况，其传感器采用拉压转感器23，通过控制仪8可显示出试样受力情况。控制系统的其它部分，同公知疲劳机相应部分类似，可参考公知技术设计出。附图3所示的疲劳机可作为本发明的一个具体的实施例。动力装置安装在机座12内，机座12上安置有框架式机身11与使之成为一整体，中间可加入一加强板24，以防止机身11在长时间的测试过程中发生断裂。控制仪8安装在加强板24上，便于操作和观测。该试验机的其它部分如上述对结构的说明中所指出的进行安装组装成整机。调整无级变速器及摆线针轮减速器2，可使该机工作频率在0.1～1.2赫兹范围内任意可调，调整调节滑座13和调节滑块14的轴心间距可使测试作用力于0～1，200kg范围内变化。此外，这种疲劳机也可以利用微机进行控制，实现自动测试。

由上述本发明的低频疲劳试验机与目前采用的同类型设备相比，其结构简单、操作方便、测试精度高、自控性能好，可对试样进行多种状态下（拉、压）疲劳强度性能的测试。同时，该设备能耗小、工作噪音低、无油污，且造价低廉。适于作为各种材料拉伸压缩疲劳强度性能的通用测试设备。

Claims (2)

1、一种低频疲劳试验机由试验机主体、动力装置、调心配重装置和控制系统四个主要部分组成，其特征在于：

1)主体的机身为框架式结构，且调心配重装置输出动力的调解螺柱19与夹头7连结在一起；

2)、调心配重装置的配重管套17中安装有上、下两个配重弹簧20、21，连动杆16的端平台处于上、下配重弹簧中间。

2、按照权利要求1所述的试验机，其特征在于控制系统中安装在夹头7上的传感器为拉压传感器23。

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