CN108375516B - 一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明一种卧式直线电机驱动高频疲劳试验机，包括直线电机、力传感器、传感器座、支撑、夹具装置、底板、安装脚、阻尼脚垫等；力传感器和直线电机分别固定在底板左右两端，力传感器通过传感器座与底板相连，力传感器端与夹具间的连杆处设有内置直线轴承的传感器支撑；直线电机动子连杆前、后也设有内置直线轴承的前、后支撑；试验机底板通过安装角安装在专用台面上，安装角与台面间布置阻尼脚垫吸收振动。本发明用于各类试样静态、动态中等载荷高频疲劳测试，采用多个直线轴承支撑，提高了直线电机动子运动稳定性，提高试验机对中性，为高精度材料高频疲劳试验的提供了可靠高效的设备。

Description

一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机
技术领域
本发明涉及一种卧式直线电机驱动高频疲劳试验机，特别针对中高频循环载荷、高精度大载荷加载的疲劳试验机，属于中高频疲劳试验装置技术领域。
背景技术
研究材料与结构的疲劳，疲劳试验是不可或缺的研究基础。在外界交变载荷作用下零部件或者材料容易发生疲劳破坏，在这个过程中，表面的微小裂纹逐渐扩展，经过一段时间的循环载荷作用后，零部件就会发生疲劳破坏。
目前，国内外现有可进行疲劳试验的试验机有电子万能试验机、电液伺服疲劳试验机和动态热机械分析仪等。电子万能试验机最大载荷大，但加载速率慢，能实现的加载频率很低，难以承担加载循环数达到一定数量级要求的疲劳试验。电液伺服疲劳试验机最大载荷同样很大，加载速率较高，但是面对高循环疲劳其加载频率同样不够高，而且系统复杂，占地、噪声大；动态热机械分析仪虽然能达到很高加载频率，但最大载荷很小，只能研究微小尺寸式样的疲劳。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了卧式直线电机驱动高频疲劳试验机，满足中等载荷(10kN)中高频加载(60Hz)的疲劳测试需求,本试验机电机动子采用凹槽导轨滑动，与动子前后连接的夹具装置连杆分别用直线轴承支撑，可针对各种试件进行特定工况下的疲劳试验。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种卧式直线电机驱动高频疲劳试验机，包括控制器18、驱动器19和转换器20；底板1、安装脚2、阻尼脚垫3、直线电机4、连接螺钉5、传感器座6、力传感器7、传感器支撑8、夹头10和12、试样11、夹具锁定螺母9和13、前支撑15、连杆14、16和23、后支撑17及专用台面21。
其特征在于：力传感器7和直线电机4分别固定在底板1左、右两端，力传感器7通过传感器座6与底板1相连，力传感器7一端的连杆23处设有内置直线轴承22的传感器支撑8；直线电机4的动子前、后连杆14、16处也设有内置直线轴承22的前支撑15、后支撑17；底板1通过安装脚2用螺钉固定在专用台面上，安装脚2与专用台面21之间布置有阻尼脚垫3来吸收振动。
所述传感器座6制作成台锥形，底端开制有8个通孔，通过螺栓与底板1固定连接。传感器座6的头端中央开制有螺钉通孔和阶梯台阶，所述力传感器7通过连接螺钉5与传感器座6固定并放置在传感器座6的阶梯台阶上。
所述连接螺钉5是外六角螺钉，用来将力传感器7固定在传感器支撑8上。
所述试样11与夹头10和夹头12连接。
所述夹具锁定螺母9、13是带有内螺纹的套筒，用来分别将夹头10、12和连杆23、14连接。
所述安装角2一端带有外螺纹，另一端带有内螺纹；所述底板1通过安装脚2一端的外螺纹栓与安装角2相连，所述安装角2通过内螺纹孔与专有台面21通过螺钉固定连接。
所述前支撑15、后支撑17为带有内置直线轴承22的支撑，底端开有通孔用来与所述底板1通过螺钉固定；前支撑15、后支撑17布置在底板中线上，用于提高直线电机动子支撑稳定性，提高试验机对中性。
所述连杆14穿过前支撑15与所述直线电机4动子用沉头螺钉连接。
所述连杆16穿过后支撑17的支撑，用沉头螺钉将连杆16与直线电机4的动子相连；
所述控制器18用来接收力传感器7与直线电机位移传感器的反馈信号，以及处理、发送信号并经由驱动器19控制直线电机，用网线将控制器18与控制计算机连接。
所述力传感器7是用来感知疲劳试验机工作时试验件所受的真实力信号，通过信号线传递给转换器20。
所述驱动器19用来发出驱动电机运动的电压，用电缆与电机连接，也与转换器20通过信号线连接。
所述转换器20是模拟量控制模块，用网线与控制器18相连，接收控制器18发出的指令信号，通过信号线发送模拟量信号给驱动器19。
所述专用台面21是用来固定整个疲劳试验机装置，专用台面21与地面固接，保证疲劳试验机稳定工作。
本发明的基本工作流程是：安装好试件；接着开通试验机电源，控制器根据控制计算机输入的控制信号与同时从传感器反馈出来的力信号和直线电机位移信号作比较，转换器根据控制器传入的控制指令，并将控制指令转化为模拟量信号输入到驱动器中，驱动直线电机动子按指定要求作往返运动；直到金属试件的疲劳测试结束。
本发明的有益效果是：本发明所述的试验机能完全模拟各类高频载荷谱，进行材料试件的拉伸、压缩以及各类疲劳试验，直线电机作为动力源提供动力，可提供很高的加载频率，较高的试验载荷。而且本发明配有闭环反馈系统，测量精确，性能安全可靠。此外，本发明结构简单紧凑，设计合理，安装方便，操作简单，便于推广。
附图说明
图1是本发明卧式直线电机驱动高频疲劳试验机结构示意图。
图2是本发明卧式直线电机驱动高频疲劳试验机与专用台面的连接图。
图3是本发明卧式直线电机驱动高频疲劳试验机局部剖面结构示意图。
图4是本发明传感器座轴侧图。
图5是本发明连接螺栓示意图。
图6是力传感器结构示意图。
图7是本发明前、后支撑剖面图。
图8是本发明前、后支撑结构图。
图9是安装脚结构图。
图10是阻尼脚垫结构图。
图11是试样尺寸图。
图12试验机工作时输入、输出载荷波形。
具体实施方式
下面结合附图中一个具体案例对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，卧式直线电机驱动高频疲劳试验机，包括控制器18、驱动器19和转换器20；底板1、安装脚2、阻尼脚垫3、直线电机4、连接螺钉5、传感器座6、力传感器7、传感器支撑8、夹头10和12、试样11、夹具锁定螺母9和13、前支撑15、连杆14、16和23、后支撑17、专用台面21。
该卧式直线驱动高频疲劳试验机中：力传感器7和直线电机4分别固定在底板1左右两端，力传感器7通过传感器座6与底板1相连，力传感器7一端的连杆23处设有内置直线轴承22的传感器支撑8；所述传感器座6底部直径140mm，底部一周开有8个直径为12mm的通孔，通过螺栓将传感器座6与底板1固定连接，传感器座6头部为阶梯台锥型，如图4所示，且头部开有直径19mm的螺钉通孔，通过连接螺钉5(如图5所示)将力传感器7(如图6所示)与传感器座6固定，并放置在传感器座6的阶梯台阶上。
所述连杆14、16和23的直径为25mm，连杆14与夹具锁定螺母13连接的一端制作成直径为16mm的外螺纹栓；连杆23通过传感器支撑8和力传感器7相连(如图3所示)。
直线电机4通过螺钉与底板1固定连接，直线电机4运动动子前、后也设带有内置直线轴承22的前支撑15(如图7所示)和后支撑17(如图8所示)；连杆14和连杆16分别通过前支撑15和后支撑17与直线电机4的运动动子相连；试验机底板1通过安装角2(如图9所示)固定在专用台面21上，安装角2与专用台面间布置阻尼脚垫3(如图10所示)吸收振动。
所述底板1长1670mm、宽480mm、厚35mm，其作用为整套试验装置提供安装平台。
所述安装角2直径为28mm，高51mm，与底板1相连的一端为直径22mm的外螺纹栓，与专用台面连接的一端为直径15mm的内螺纹孔。
所述前支撑15、后支撑17为带有直线轴承的支撑，底端开有通孔用来与所述底板1通过螺钉固定连接，且将其布置在底板1中线上，用于提高直线电机动子支撑稳定性，提高试验装置的对中性。
所述控制器18用来接收力传感器7与直线电机位移传感器的反馈信号，以及处理、发送信号并经由驱动器19控制直线电机，用网线将控制器18与控制计算机连接。
所述力传感器7是用来感知疲劳试验机工作时试验件所受的真实力信号，通过信号线传递给转换器20。
所述驱动器19用来发出驱动电机运动的电压，用电缆与电机连接，也与转换器20通过信号线连接。
所述转换器20是模拟量控制模块，用网线与控制器18相连，接收控制器18发出的指令信号，通过信号线发送模拟量信号给驱动器19。
所述专用台面21是用来固定整个疲劳试验机装置，专用台面21与地面固接，保证疲劳试验机稳定工作。
该试验机以平板试样的疲劳寿命测试进行操作流程说明：本次试验操作说明选用厚为2mm的平板试样，标距段40mm，宽6mm；具体尺寸如图11所示；试验机按照具体实施操作安装完成之后；将平板试样安装在夹头10和夹头12上，首先接通电源，打开控制软件，选择载荷波形，输入载荷大小；输入频率,完成后开始让电机运行，电机按照设定的载荷条件运行，输入输出载荷波形如下图12所示。直到试样被拉断试验机停止工作，此时记录交变载荷作用在试样的循环数N，此试样经历11825个载荷循环断裂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，包括控制器、驱动器、转换器、底板、安装脚、阻尼脚垫、直线电机、连接螺钉、传感器座、力传感器、传感器支撑、夹头、试样、夹具锁定螺母、前支撑、连杆、后支撑及专用台面；
其特征在于：力传感器和直线电机分别固定在底板左、右两端，力传感器通过传感器座与底板相连，力传感器一端的连杆处设有内置直线轴承的传感器支撑；直线电机的动子前、后连杆处也设有内置直线轴承的前支撑、后支撑；底板通过安装脚用螺钉固定在专用台面上；
所述传感器座制作成台锥形，底端开制有个通孔，通过螺栓与底板固定连接；传感器座的头端中央开制有螺钉通孔和阶梯台阶，力传感器通过连接螺钉与传感器座固定并放置在传感器座的阶梯台阶上；
所述连接螺钉是外六角螺钉，用来将力传感器固定在传感器支撑上；
所述试样与夹头连接；
所述夹具锁定螺母是带有内螺纹的套筒，用来分别将夹头和连杆连接；
所述安装角一端带有外螺纹，另一端带有内螺纹；底板通过安装脚一端的外螺纹栓与安装角相连，安装角通过内螺纹孔与专有台面通过螺钉固定连接；
所述前支撑、后支撑为带有内置直线轴承的支撑，底端开有通孔用来与底板通过螺钉固定；前支撑、后支撑布置在底板中线上，用于提高直线电机动子支撑稳定性，提高试验机对中性；
所述连杆穿过前支撑与直线电机动子用沉头螺钉连接；
所述连杆穿过后支撑的支撑，用沉头螺钉将连杆与直线电机的动子相连；
所述控制器用来接收力传感器与直线电机位移传感器的反馈信号，以及处理、发送信号并经由驱动器控制直线电机，用网线将控制器与控制计算机连接；
所述力传感器是用来感知疲劳试验机工作时试验件所受的真实力信号，通过信号线传递给转换器；
所述驱动器用来发出驱动电机运动的电压，用电缆与电机连接，也与转换器通过信号线连接；
所述转换器是模拟量控制模块，用网线与控制器相连，接收控制器发出的指令信号，通过信号线发送模拟量信号给驱动器；
所述专用台面是用来固定整个疲劳试验机装置，专用台面与地面固接，保证疲劳试验机稳定工作。
2.根据权利要求1所述的一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，其特征在于：所述安装脚与专用台面之间布置有阻尼脚垫来吸收振动。
3.根据权利要求1所述的一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，其特征在于：所述传感器座底部直径140mm，底部一周开有8个直径为12mm的通孔，且头部开有直径19mm的螺钉通孔。
4.根据权利要求1所述的一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，其特征在于：所述连杆直径为25mm，连杆与夹具锁定螺母连接的一端制作成直径为16mm的外螺纹栓。
5.根据权利要求1所述的一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，其特征在于：所述底板长1670mm、宽480mm、厚35mm。
6.根据权利要求1所述的一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，其特征在于：所述安装角直径为28mm，高51mm，与底板相连的一端为直径22mm的外螺纹栓，与专用台面连接的一端为直径15mm的内螺纹孔。
7.根据权利要求1所述的一种卧式直线电机驱动中高频疲劳试验机，其特征在于：选用厚为2mm的平板试样，标距段40mm，宽6mm。
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