CN108572068A - 一种分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法，涉及夹具工装技术领域，具体是通过在分度机构上集成运动部件旋转电机来实现，并通过机构上特定的活动零配件测试出其使用寿命及疲劳程度。该试验工装包括控制部件、测试部件和基板，所述测试部件可拆卸地固定于基板上，所述控制部件可拆卸地悬空固定于所述测试部件的同一侧，所述控制部件包括主动控制部件和从动控制部件；所述主动控制部件为超声波电机，所述从动控制部件为两个通过传送带连接的带轮。本发明提出的分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法不仅可精确测定分度机构中活动零配件的疲劳程度和寿命，而且能监视其运行状态，有助于减少部件疲劳运行时的潜在危害。
Description
技术领域
本发明涉及夹具工装技术领域，尤其涉及一种分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法，主要用于测试分度机构上的弹簧、销轴以及孔的使用情况。
背景技术
分度机构是能够实现间歇的转动一定角度或移动一定距离的机构，可分为回转分度机构和直线分度机构。分度机构是机床中重要的组成部件之一，其主要作用是实现特定角度的转动或特定距离的移动，比如：加工中心上使用的分度头，主要是用于实现任意角度的转度，以满足加工不同的工件表面的要求。蜗杆分度机构主要由蜗杆、蜗轮及辅助支撑部件等组成，当蜗杆旋转一定转数时，对应的蜗轮也会转过一定的角度，从而实现分度要求。分度机构的分度准确性直接关系到被加工工件精度的高低。
在日益严酷的市场竞争中，产品的寿命和可靠性越来越成为人们关注的焦点，当产品投放市场后，每年因结构疲劳造成大量产品在其有效寿命期内报废，由于疲劳破坏而造成的恶性事故也时有出现。同时，耐久性问题的出现还会造成许多新产品失去竞争力，给企业带来巨大的经济损失，使企业形象蒙受巨大的负面影响。在中国，疲劳耐久性与可靠性问题更是普遍存在，是国产产品缺乏国际竞争力的最重要因素之一。
因此，在设计分度机构产品时，还需要对活动零配件进行寿命分析疲劳测试。疲劳是指材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。具体地，对于汽车零部件而言，疲劳是其主要的损坏形式，在实际使用过程中，由于负载和速度的不断改变这些零部件通常会受到周期性的交变应力直至破坏，这就被称为疲劳破坏，破坏时的里程或循环次数为疲劳寿命。为测试出分度机构的疲劳寿命，需要设计出对应的疲劳试验工装，以用于分度机构的疲劳试验。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法，以准确测定分度机构的耐疲劳强度，进而保证分度机构在使用过程中的安全性和可靠性。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确测定分度机构疲劳程度及寿命的疲劳试验工装及疲劳试验方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种分度机构疲劳试验工装，包括：控制部件、测试部件和基板，所述测试部件可拆卸地固定于基板上，所述控制部件可拆卸地悬空固定于所述测试部件的同一侧，所述控制部件包括主动控制部件和从动控制部件。
进一步地，所述主动控制部件为电机，所述从动控制部件为两个通过传送带连接的带轮，所述控制部件与主带轮同轴连接，所述测试部件与从带轮同轴连接，并且所述从带轮可拆卸地固定于所述测试部件上。
进一步地，所述测试部件包括：销轴、弹簧、轴承、中轴和外框架，所述外框架和所述从带轮与中轴固定连接，并且从带轮可拆卸地连接于中轴上，所述外框架上设置有孔。
进一步地，所述孔的形状为圆形，孔的个数为16个。
进一步地，所述电机为超声波电机，以提高实验工装的准确度。
本发明还提供了一种分度机构疲劳试验方法，包括以下步骤：
步骤1、对电机施加电源激励，以使得电机旋转；
步骤2、电机带动主带轮旋转；
步骤3、主带轮通过传动带带动的模式带动从带轮转动；
步骤4、从带轮通过中轴带动外框架转动，所述外框架上设置有多个圆孔、销轴和弹簧；
步骤5、通过外接的计数器的数值判断弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度；
步骤6、测试部件在正常运行时，重复步骤1到步骤4，计数器将当前的计数值传递到连接的微控制器，微控制器根据计数器当前的计数值及内部储存的最大计数值，对其进行比较，判断测试部件当前的疲劳程度。当疲劳程度值大于等于0.8时，通过外接的报警器及时通知工程技术人员观测测试部件的运行状态。
进一步地，在步骤2中，电机通过轴传动模式带动主带轮旋转，电机相当于主动轮，其转动会带动相当于从动轮的主带轮转动。
进一步地，在步骤4中，由于从带轮和外框架均与测试部件的中轴固定连接，并且从带轮可拆卸地连接于中轴上，因此，从带轮的转动会带动中轴转动，进而通过轴传动模式带动外框架转动。
进一步地，在步骤5中，首先需要在外框架上设置有多个圆孔，接着重复步骤1到步骤4，直至测试部件中的活动零配件弹簧、销轴以及孔等寿命终结，进而根据外接的计数器的最大计数值判断该测试部件上的弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度，并将最大计数值储存到与计数器相连的微控制器中。
进一步地，步骤1中的电机采用超声波电机，以提高实验工装的准确度。
由此可见，本发明所提出的分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法具体是通过在分度机构上集成运动部件旋转电机来实现。其工作机理是：当在电机上施加激励电源时，电机旋转，进而带动分度机构旋转，并通过分度机构上特定的活动零配件测试出分度机构上的弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度，最终得到分度机构的使用寿命及疲劳程度，有清晰的工程学意义，便于工程设计与分析应用。
本发明所提出的分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法不仅可精确测定和表征分度机构产品中活动零配件的疲劳程度和寿命，而且能监视测试部件的疲劳程度及状态，并提醒工程技术人员测试部件当前所处的工作状态，减少部件疲劳运行时的潜在危害。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的分度机构疲劳试验工装三维立体图；
图2是本发明的一个较佳实施例的分度机构疲劳试验工装剖面图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
为准确测定分度机构的耐疲劳强度，进而保证分度机构在使用过程中的安全性和可靠性，本实施例提出了一种分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法。具体的设计思想是：通过在分度机构上集成运动部件旋转电机来实现，当在电机上施加激励电源时，电机旋转，进而带动分度机构旋转，并通过分度机构上特定的活动零配件测试出分度机构上的弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度，最终得到分度机构的使用寿命及疲劳程度。
图1是本实施例所提出的分度机构疲劳试验工装三维立体图，图2是该分度机构疲劳试验工装的剖面图。该试验工装包括：控制部件、测试部件和基板8，所述测试部件可拆卸地固定于基板8上，所述控制部件可拆卸地悬空固定于所述测试部件的同一侧，所述控制部件包括主动控制部件和从动控制部件。
具体地，所述主动控制部件为电机1，所述从动控制部件为两个通过传送带连接的带轮，所述控制部件与主带轮2同轴连接，所述测试部件与从带轮3同轴连接，并且所述从带轮3可拆卸地固定于所述测试部件上。
具体的工作机理是：电机1在外加激励电源的作用下旋转，由于电机1与主带轮2的中心在同一根转轴上，因此，电机1相当于主动轮，其转动会带动相当于从动轮的主带轮2转动，主带轮2又通过传动带带动的模式带动从带轮3转动。由于从带轮3与外框架4均与中轴9固定连接，并且从带轮3可拆卸地连接于中轴9上，因此，从带轮3的转动会带动中轴转动，进而带动外框架4转动。另外，在外框架4上设置有16个圆孔，轴承7用于支撑该分度机构，因此，该机构每转动一圈，销轴5和弹簧6则对应试验16次。当机构连接一个计数器时，即可通过计数器的计数值判断该分度机构上的弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度。
测试部件可拆卸地固定于基板8上，电机1、主带轮2和从带轮3均悬空位于该测试部件的一侧，并且可拆卸地固定连接于测试部件上。
另外，本实施例中的计数器还可通过外接微控制器，微控制器根据判断的测试部件的疲劳程度值，将控制信号传递给相连的报警器，以实时监测测试部件的运行状态。具体的工作流程是：
步骤1、对电机1施加电源激励，以使得电机1旋转；
步骤2、电机1通过轴传动模式带动主带轮2旋转，电机1相当于主动轮，其转动会带动相当于从动轮的主带轮2转动；
步骤3、主带轮2通过传动带带动的模式带动从带轮3转动；
步骤4、由于从带轮3和外框架4均与测试部件的中轴9固定连接，并且从带轮3可拆卸地连接于中轴9上，因此，从带轮3的转动会带动中轴9转动，进而通过轴传动模式带动外框架4转动，所述外框架上设置有多个圆孔、销轴5和弹簧6；
步骤5、通过外接的计数器的数值判断弹簧、销轴5以及孔的使用寿命及疲劳程度，即：首先需要在外框架4上设置有多个圆孔，接着重复步骤1到步骤4，直至测试部件中的活动零配件弹簧6、销轴5以及孔等寿命终结，进而根据外接的计数器的最大计数值判断该测试部件上的弹簧6、销轴5以及孔的使用寿命及疲劳程度，并将最大计数值储存到与计数器相连的微控制器中；
步骤6、测试部件在正常运行时，重复步骤1到步骤4，计数器将当前的计数值传递到连接的微控制器，微控制器根据计数器当前的计数值及内部储存的最大计数值，对其进行比较，判断测试部件当前的疲劳程度。当疲劳程度值大于等于0.8时，通过外接的报警器及时通知工程技术人员观测测试部件的运行状态。
本实施例中的疲劳程度值ξ定义为：
上式中，n1为计数器在测试部件正常运行时实时的计数值，N1为测试部件在进行寿命测试时计数器的最大计数值。
本实施例中用到的电机采用超声波电机，具体为矩形板面内振动型电机，电机1的工作模态为一阶纵向振动模态和二阶弯曲振动模态。所述超声波电机由两相相位差为90°的正弦电压激励，并通过调节两电压源之间的相位差改变超声波电机的转速。由于超声波电机具有结构紧凑、能量密度大、低速大扭矩、无电磁干扰、控制精度高和结构多样等特点，因此，通过在测试部件上集成超声波电机来测定和监测部件的疲劳程度，有助于提高测定和监测的准确度，降低测试部件在运行中可能带来的威胁。
由此可见，本发明所提出的分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法具体是通过在分度机构上集成运动部件旋转电机来实现。其工作机理是：当在电机上施加激励电源时，电机旋转，进而带动分度机构旋转，并通过分度机构上特定的活动零配件测试出分度机构上的弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度，最终得到分度机构的使用寿命及疲劳程度，具有可迁移性，并具有清晰的工程学意义，便于工程设计与分析应用。
本发明所提出的分度机构疲劳试验工装及疲劳试验方法不仅可精确测定和表征分度机构产品中活动零配件的疲劳程度和寿命，而且能监视测试部件的疲劳程度及状态，并提醒工程技术人员测试部件当前所处的工作状态，减少测试部件疲劳运行时存在的潜在危害，有助于提高产品的竞争力及企业形象。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种分度机构疲劳试验工装，其特征在于，包括：控制部件、测试部件和基板，所述测试部件可拆卸地固定于基板上，所述控制部件可拆卸地悬空固定于所述测试部件的同一侧，所述控制部件包括主动控制部件和从动控制部件。
2.如权利要求1所述的一种分度机构疲劳试验工装，其特征在于，所述主动控制部件为电机，所述从动控制部件为两个通过传送带连接的带轮，所述控制部件与主带轮同轴连接，所述测试部件与从带轮同轴连接，并且所述从带轮可拆卸地固定于所述测试部件上。
3.如权利要求2所述的一种分度机构疲劳试验工装，其特征在于，所述测试部件包括：销轴、弹簧、轴承、中轴和外框架，所述外框架和所述从带轮与中轴固定连接，并且从带轮可拆卸地连接于中轴上，所述外框架上设置有孔。
4.如权利要求3所述的一种分度机构疲劳试验工装，其特征在于，所述孔的形状为圆形，孔的个数为16个。
5.如权利要求4所述的一种分度机构疲劳试验工装，其特征在于，所述电机为超声波电机，以提高实验工装的准确度。
6.一种分度机构疲劳试验方法，采用如权利要求1所述的试验工装，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对电机施加电源激励，以使得电机旋转；
步骤2、电机带动主带轮旋转；
步骤3、主带轮通过传动带带动的模式带动从带轮转动；
步骤4、从带轮通过中轴带动外框架转动，所述外框架上设置有多个圆孔、销轴和弹簧；
步骤5、通过外接的计数器的数值判断弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度；
步骤6、测试部件在正常运行时，重复步骤1到步骤4，计数器将当前的计数值传递到连接的微控制器，微控制器根据计数器当前的计数值及内部储存的最大计数值，对其进行比较，判断测试部件当前的疲劳程度。当疲劳程度值大于等于0.8时，通过外接的报警器及时通知工程技术人员观测测试部件的运行状态。
7.如权利要求6所述的一种分度机构疲劳试验方法，其特征在于，在步骤2中，电机通过轴传动模式带动主带轮旋转，电机相当于主动轮，其转动会带动相当于从动轮的主带轮转动。
8.如权利要求6所述的一种分度机构疲劳试验方法，其特征在于，在步骤4中，由于从带轮和外框架均与测试部件的中轴固定连接，并且从带轮可拆卸地连接于中轴上，因此，从带轮的转动会带动中轴转动，进而通过轴传动模式带动外框架转动。
9.如权利要求6所述的一种分度机构疲劳试验方法，其特征在于，在步骤5中，首先需要在外框架上设置有多个圆孔，接着重复步骤1到步骤4，直至测试部件中的活动零配件弹簧、销轴以及孔等寿命终结，进而根据外接的计数器的最大计数值判断该测试部件上的弹簧、销轴以及孔的使用寿命及疲劳程度，并将最大计数值储存到与计数器相连的微控制器中。
10.如权利要求6所述的一种分度机构疲劳试验方法，其特征在于，步骤1中的电机采用超声波电机，以提高实验工装的准确度。
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