CN107796717B - 旋转弯曲疲劳检测装置及旋转弯曲疲劳试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转弯曲疲劳检测装置，其包括调心单元、应变测量单元、支撑连接单元、固定安装单元、伺服电机以及试验控制单元，所述固定安装单元借助于固定底板固定在地面上，试验件的第一端与调心单元的一端相连接，试验件的第二端与支撑连接单元的第一端相连接，支撑连接单元的第二端通过转接接头与联轴器的第一端相连接，联轴器的第一端与伺服电机的一端相连接，调心单元、支撑连接单元和伺服电机分别固定在固定安装单元上。本发明采用应变片和偏心装置调节应力加载值与传统旋转弯曲疲劳相片，省去了复杂的砝码加载装置，安装使用更便捷且加载精度更高，试验机结构更加简单成本更低，试验自动化程度高且使用安全。

Description

旋转弯曲疲劳检测装置及旋转弯曲疲劳试验方法
技术领域
本发明属于弯曲疲劳试验技术领域，具体涉及一种旋转疲劳弯曲试验装置及旋转弯曲疲劳试验方法。
背景技术
弯曲疲劳是工程中常见的现象，在疲劳发生初期，内部结构将发生改变，接着会出现疲劳裂纹的成核和扩展，当疲劳裂纹失稳扩展到一定程度时就导致疲劳断裂。通过标准方法弯曲疲劳试验可建立最大应力或应力振幅与其断裂循环周次之间的关系曲线(S-N曲线)以此评定不同材料的弯曲疲劳试验性能。旋转弯曲疲劳试验是一种典型的材料弯曲疲劳试验方法，用于对材料洁净度进行评估。
现有的旋转弯曲疲劳试验机，多为采用砝码加载的试验装置，这种装置结构复杂造价高，试验精度差。此外，现有的试验机未加防护罩，且使用过程中缺少安全防护门机连锁装置存在潜在的危险。
发明内容
为了克服现有旋转弯曲疲劳试验机结构复杂、部件组装繁琐、依靠砝码加载精度差等缺点，提供了一种轻量化、高精度、安全环保的旋转弯曲疲劳检测装置。
本发明涉及一种旋转弯曲疲劳检测装置，该装置包括调心单元、应变测量单元、支撑连接单元、固定安装单元、伺服电机以及试验控制单元，所述固定安装单元借助于固定底板固定在地面上，试验件的第一端与调心单元的一端相连接，试验件的第二端与支撑连接单元的第一端相连接，支撑连接单元的第二端通过转接接头与联轴器的第一端相连接，联轴器的第一端与伺服电机的一端相连接，调心单元、支撑连接单元和伺服电机分别固定在固定安装单元上，
所述调心单元包括固定端立板、偏心轴承座、第一传感器以及调心轴承，固定端立板的U形槽安装在固定底板上，试验件的第一端通过调心轴承固定在偏心轴承座上，偏心轴承座侧面在固定端立板的滑槽上滑动，固定端立板的底部侧面安装所述第一传感器；
所述应变测量单元包括应变片以及应变测试仪，所述应变片安装在试验件上，应变测试仪通过信号线与所述应变片相连接；
固定安装单元包括电机安装立板、固定底板以及第二传感器，固定底板固定在地面上，电机安装立板固定在固定底板上，电机安装立板的侧面与伺服电机相连接，第二传感器安装在电机安装立板侧面开槽处，
试验控制单元通过信号采集线和电源线分别与伺服电机、第一传感器以及第二传感器相连接，用于实现系统的控制和信号的采集。
优选地，还包括防护罩，所述防护罩的一端通过螺栓安装在固定安装单元的固定底板上，所述防护罩为U型有机玻璃罩，所述防护罩的顶部开设有安装孔，任意一边安装有铁皮护角。
优选地，所述调心单元还包括偏心轴承座端盖、加载端盖、加载螺栓以及锁紧螺母，偏心轴承座端盖通过螺栓固定在偏心轴承座上，加载端盖通过螺栓固定在固定端立板的顶部，加载螺栓穿过锁紧螺母和加载端盖与偏心轴承座的顶面相接触。
优选地，所述支撑连接单元包括支撑轴承座、支撑轴承座端盖、转接接头、联轴器以及轴承，所述支撑轴承座通过螺栓固定在固定底板上，试验件的第二端通过轴承固定在支撑轴承座上，支撑轴承座端盖通过螺栓固定在支撑轴承座上，转接接头的第一端通过内六方与试验件相连接，转接接头的第二端通过键槽与联轴器相连接。
优选地，电机的两侧分别设置有电机右斜面支撑板以及电机左斜面支撑板，电机右斜面支撑板和电机左斜面支撑板分别在电机两侧通过螺栓与电机安装立板相连接。
优选地，所述试验控制单元包括上位计算机、电机控制器以及信号采集卡，所述上位计算机通过信号线与电机控制器连接，电机控制器通过电源线和信号线与伺服电机相连接，信号采集卡安装在上位计算机上并通过信号线与第一传感器和第二传感器相连接。
优选地，所述加载端盖开设有螺纹孔，所述偏心轴承座的中部开设有通孔，四周开设有螺纹孔。
优选地，所述固定端立板设置有U型槽耳板，其内部开设有滑槽，侧面开设有异型固定孔；
所述加载端盖、偏心轴承座以及固定端立板为矩形结构，所述偏心轴承座端盖为中部和四周开有通孔的圆片形结构。
优选地，所述支撑轴承座为两侧带有耳板的矩形连接件，所述支撑轴承座端盖为中部和四周开有圆孔圆片结构件，所述转接接头为一端为六方结构，另一端开键槽的轴类结构件。
优选地，所述电机安装立板为中间开有圆孔的矩形结构件，所述固定底板为开有圆孔的矩形连接件，所述电机右斜面支撑板以及电机左斜面支撑板为三角板形结构件。
优选地，疲劳试验的参数值至少包括疲劳试验的速度和圈数。
本发明一种旋转弯曲疲劳试验方法，其包括以下步骤：
步骤一：预先设定待进行旋转弯曲疲劳试验的试压件的预设试验寿命次数；
步骤二：将试验件的两端分别与调心单元和支撑连接单元相连；
步骤三：在试验件应力最大位置处沿轴向粘贴应变片，将应变片连接到应变测试仪，调节应变测试仪的参数将应变测试仪的示数清零；
步骤四：通过上位机发送试验指令，进行疲劳试验，在控制器内设置疲劳试验的参数值，开始试验并计数，通过调节加载螺栓施加预设的加载应力，使应变测试仪示数到达预设的载荷值并固定锁紧螺母；
步骤五：当试验件断裂后，偏心轴承座落下触发第一传感器，试验结束并计数，若达到设定试验寿命次数107次还未断裂，试验自动停止。
本发明的有益效果是：
本发明采用应变片和偏心装置调节应力加载值与传统旋转弯曲疲劳相片，省去了复杂的砝码加载装置，安装使用更便捷且加载精度更高，试验装置结构更加简单成本更低。
本发明利用伺服电机控制试验件转动、配合伺服电机编码器及传感器实现试验件断裂停机计数、采用门机连锁装置，与传统的旋转弯曲疲劳机相比，试验自动化程度高且使用安全。
此外本发明采用模块化结构适用范围广、试验精度和可靠性高、采用应变片和偏心加载结构简单成本低，采用门机连锁装置，本发明提供的试验方法可靠性高，精度高，安全性高适用于航空航天、机械工业等多领域材料的旋转弯曲疲劳等相关试验，易于推广应用，具有较大的实用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的调心单元结构示意图；
图3为本发明的支撑连接单元结构示意图；
图4为本发明的固定端立板结构示意图；
图5为本发明的有机玻璃防护罩结构示意图；
图6为本发明的结构剖面图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如图1至图6所示的旋转弯曲疲劳检测装置，其包括防护罩1、调心单元2、应变测量单元3、支撑连接单元4、固定安装单元5、伺服电机6以及试验控制单元。
优选地，防护罩1为有机玻璃防护罩。
固定安装单元5包括固定底板16、电机安装立板21、电机右斜面支撑板22以及电机左斜面支撑板24。固定底板6固定在电机安装立板21的一侧，且与电机安装立板21垂直连接，电机右斜面支撑板22以及电机左斜面支撑板24均位于电机安装立板21的另一侧，且电机右斜面支撑板22以及电机左斜面支撑板24之间相互平行。
固定安装单元5的固定底板16固定在地面上，试验件14的第一端与调心单元2的一端相连接，试验件14的第二端与支撑连接单元4的第一端相连接，支撑连接单元4的第二端通过转接接头19与联轴器20的第一端相连接，联轴器20的第二端与伺服电机24的一端相连接，调心单元2、支撑连接单元4和伺服电机6分别固定在固定安装单元5上。
防护罩1的一端通过螺栓安装在固定底板16上，防护罩1的铁皮护角29在防护罩1打开时触发传感器实现门机连锁以便关闭本发明中的旋转弯曲疲劳试验装置。
试验控制单元通过线缆分别与伺服电机6和第一传感器15、第二传感器23相连接，实现系统的控制和信号的采集。
如图2和图4所示，调心单元2包括加载螺栓7、锁紧螺母8、加载端盖9、固定端立板10、偏心轴承座11、偏心轴承座端盖12、第一传感器15以及调心轴承。其中固定端立板10的呈L型，固定端立板10底部外侧与固定底板16连接的部分设置有槽27，安装时通过螺栓将固定端立板10安装在固定底板16上，试验件14的一端通过调心轴承支撑在偏心轴承座11上，偏心轴承座端盖12通过螺栓固定在偏心轴承座11上，偏心轴承座11能够在固定端立板10的滑槽25上滑动，加载端盖9通过螺栓固定在固定端立板10的顶部，加载螺栓7穿过锁紧螺母8和加载端盖9与偏心轴承座11的顶面相接触，固定端立板10的底部侧面朝向所述试验件14的一侧设置有第一传感器15。
加载端盖9为矩形结构件，其上开设有用于供螺纹紧固件穿过的孔；固定端立板10与偏心轴承座接触的内侧开设滑槽25，固定端立板靠近伺服电机6的侧面开设有异型固定孔26；偏心轴承座11的中部开有容纳轴承的通孔，偏心轴承座的四周开设有螺纹安装孔，偏心轴承座端盖12为中部和四周开有通孔的圆片形结构。
如图2和图3所示，应变测量单元3包括应变片13以及应变测试仪。其中应变片13设置在试验件14上，应变测试仪通过信号线与应变片13相连接。
如图3所示，支撑连接单元4包括支撑轴承座18、支撑轴承座端盖17、转接接头19、联轴器20以及第二轴承。其中，支撑轴承座18通过螺栓固定在固定底板16上，所述第二轴承支承试验件14，试验件14通过轴承支撑在支撑轴承座18上，支撑轴承座端盖17通过螺栓固定在支撑轴承座18上，转接接头19的第一端呈内六方结构，转接接头19的第一端部与试验件相连接；转接接头的第二端与联轴器20之间采用键连接，转接接头19的第二端端部设置有键槽。。
装配时，本发明中的旋转弯曲疲劳试验装置，通过固定底板16固定在地面上，电机安装立板21的侧面通过螺栓固定在固定底板16的侧面，电机安装立板21与伺服电机通过螺栓相连接，电机右斜面支撑板22和电机左斜面支撑板24分别在伺服电机6两侧且均通过螺栓与电机安装立板21相连接，第二传感器23安装在电机安装立板21侧面开槽处，用于有机玻璃防护罩打开时触发报警，防止误操作。
本发明还提供一种旋转弯曲疲劳试验方法，其具体步骤如下：
步骤一：预先设定待进行旋转弯曲疲劳试验的试压件的预设试验寿命次数；
步骤二：将试验件的两端分别与调心单元和支撑连接单元相连；
步骤三：在试验件应力最大位置处沿轴向粘贴应变片，将应变片连接到应变测试仪，调节应变测试仪的参数将应变测试仪的示数清零；
步骤四：通过上位机发送试验指令，进行疲劳试验，在控制器内设置疲劳试验的参数值，开始试验并计数，通过调节加载螺栓施加预设的加载应力，使应变测试仪示数到达预设的载荷值并固定锁紧螺母；
步骤五：当试验件断裂后，偏心轴承座落下触发第一传感器，试验结束并计数，若达到设定试验寿命次数107次还未断裂，试验自动停止。
优选地，疲劳试验的参数值至少包括疲劳试验的速度、圈数。
优选地，试验过程中，打开有机玻璃防护罩触发第二传感器，试验暂停并计数。
具体实施例
以下以正火处理后45号钢的旋转弯曲光滑试验件的旋转弯曲疲劳试验试验为例，其中E＝200.1Gpa，σmax＝250Mpa，kt＝1。
计算应变片ε＝,,σmax/E＝,250×1000/200.1≈1250
E——弹性模量
σmax————试验应力值
Kt——应力集中系数
ε——应变值。
按照试验要求将试验件分别与调心单元和支撑连接单元相连接并安装应变片。
连接应变片和应变测试仪，并调零。通过调节加载螺栓施加规定的加载应力，本实施例中将应变测试仪的读数调节至1250微应变，并固定锁紧螺母。根据试验要求将转速转速设定为3000r/min，在试验过程中转速能够进行调节，设定试验寿命次数为107，并通过上位机发送试验指令，开始试验并记录数据。
试验件断裂后偏心轴承座落下触发第一传感器，试验结束并计数。
若达到设定试验寿命次数107次还未断裂，试验自动停止。
试验过程中打开有机玻璃防护罩触发第二传感器，试验暂停并计数。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于，所述试验方法基于一种旋转弯曲疲劳检测装置，该装置包括调心单元、应变测量单元、支撑连接单元、固定安装单元、伺服电机以及试验控制单元，所述固定安装单元借助于固定底板固定在地面上，试验件的第一端与调心单元的一端相连接，试验件的第二端与支撑连接单元的第一端相连接，支撑连接单元的第二端通过转接接头与联轴器的第一端相连接，联轴器的第一端与伺服电机的一端相连接，调心单元、支撑连接单元和伺服电机分别固定在固定安装单元上，
所述调心单元包括固定端立板、偏心轴承座、第一传感器以及调心轴承，固定端立板的U形槽安装在固定底板上，试验件的第一端通过调心轴承固定在偏心轴承座上，偏心轴承座侧面在固定端立板的滑槽上滑动，固定端立板的底部侧面安装所述第一传感器；
所述应变测量单元包括应变片以及应变测试仪，所述应变片安装在试验件上，应变测试仪通过信号线与所述应变片相连接；
固定安装单元包括电机安装立板、固定底板以及第二传感器，固定底板固定在地面上，电机安装立板固定在固定底板上，电机安装立板的侧面与伺服电机相连接，第二传感器安装在电机安装立板侧面开槽处；
试验控制单元分别与伺服电机、第一传感器以及第二传感器相连接，用于实现系统的控制和信号的采集；
所述试验方法，其包括以下步骤：
步骤一：预先设定待进行旋转弯曲疲劳试验的试压件的预设试验寿命次数；
步骤二：将试验件的两端分别与调心单元和支撑连接单元相连；
步骤三：在试验件应力最大位置处沿轴向粘贴应变片，将应变片连接到应变测试仪，调节应变测试仪的参数将应变测试仪的示数清零；
步骤四：通过试验控制单元的上位计算机发送试验指令，进行疲劳试验，在试验控制单元的电机控制器内设置疲劳试验的参数值，开始试验并计数，通过调节调心单元的加载螺栓施加预设的加载应力，使应变测试仪示数到达预设的载荷值并固定调心单元的锁紧螺母；
步骤五：当试验件断裂后，偏心轴承座落下触发第一传感器，试验结束并计数，若达到设定试验寿命次数107次还未断裂，试验自动停止。
2.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述旋转弯曲疲劳检测装置还包括防护罩，所述防护罩的一端通过螺栓安装在固定安装单元的固定底板上，
所述防护罩为U型有机玻璃罩，所述防护罩的顶部开设有安装孔，所述防护罩的任意一边安装有铁皮护角。
3.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述调心单元还包括偏心轴承座端盖、加载端盖、加载螺栓以及锁紧螺母，偏心轴承座端盖通过螺栓固定在偏心轴承座上，加载端盖通过螺栓固定在固定端立板的顶部，加载螺栓穿过锁紧螺母和加载端盖与偏心轴承座的顶面相接触。
4.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述支撑连接单元包括支撑轴承座、支撑轴承座端盖、转接接头、联轴器以及轴承，所述支撑轴承座通过螺栓固定在固定底板上，试验件的第二端通过轴承固定在支撑轴承座上，支撑轴承座端盖通过螺栓固定在支撑轴承座上，转接接头的第一端通过内六方与试验件相连接，转接接头的第二端通过键槽与联轴器相连接。
5.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：伺服电机的两侧分别设置有电机右斜面支撑板以及电机左斜面支撑板，电机右斜面支撑板和电机左斜面支撑板分别在电机两侧通过螺栓与电机安装立板相连接。
6.根据权利要求3所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述试验控制单元包括上位计算机、电机控制器以及信号采集卡，所述上位计算机通过信号线与电机控制器连接，电机控制器通过电源线和信号线与伺服电机相连接，信号采集卡安装在上位计算机上并通过信号线与第一传感器和第二传感器相连接。
7.根据权利要求3所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述加载端盖开设有螺纹孔，所述偏心轴承座的中部开设有通孔，四周开设有螺纹孔。
8.根据权利要求7所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述固定端立板设置有U型槽耳板，所述固定端立板内部开设有滑槽，侧面开设有异型固定孔；
所述加载端盖、偏心轴承座以及固定端立板为矩形结构，所述偏心轴承座端盖为中部和四周开有通孔的圆片形结构。
9.根据权利要求4所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：所述支撑轴承座为两侧带有耳板的矩形连接件，所述支撑轴承座端盖为中部和四周开有圆孔的圆片结构件，所述转接接头为一端为六方结构，另一端开键槽的轴类结构件；
所述电机安装立板为中间开有圆孔的矩形结构件，所述固定底板为开有圆孔的矩形连接件，所述电机右斜面支撑板以及电机左斜面支撑板为三角板形结构件。
10.根据权利要求1所述的旋转弯曲疲劳试验方法，其特征在于：疲劳试验的参数值至少包括疲劳试验的速度和圈数。
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