CN109738179A - 一种高频疲劳试验机的疲劳试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，包括上夹具座、上夹块、下夹具座和下夹块；所述上夹块安装在所述上夹具座的中部，所述上夹具座的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔，所述起吊孔的上方设置有供油口；所述下夹块安装在所述下夹具座的中部，所述下夹具座的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔，所述起吊孔的下方设置有供油口；所述上夹块的端部与第一待测试样和第二待测试样的一端夹持部相夹紧，所述第一待测试样和所述第二待测试样的另一端夹持部与所述下夹块相夹紧；所述上夹具座的上方通过引伸主轴连接有立直传感器。本发明提供的疲劳试验夹具节约了时间，提高了效率，降低了经费，可以对两组不同材料的实验同时进行疲劳实验。
Description
技术领域
本发明涉及材料疲劳性能技术领域，具体涉及一种高频疲劳试验机的疲劳试验夹具。
背景技术
现代工程中很多零件和构件都是在循环载荷下工作的，如曲轴、连杆、叶片、铁路桥梁、车轮、核反应堆及发电设备等，其失效形式主要是疲劳断裂。为便于分析研究，按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类，低周疲劳和高周疲劳。作用于零件、构件的应力水平较高，破坏循环次数一般低于104～105的疲劳称为低周疲劳；相反，作用于零件、构件的应力水平较低，破坏循环次数一般高于104～105的疲劳即高周疲劳。高周疲劳断裂通常是突然发生，而且无论脆性或者韧性材料，都不会发生明显的宏观塑性变形，因此往往导致灾难性的后果。值得注意的是，现在很多工程构件与动力机械在服役过程中已不再是低周疲劳，而更多的是高周疲劳，甚至是超高周疲劳。已有许多研究成果显示，材料在107周次以上的超高周疲劳阶段仍然可能发生疲劳断裂。这些年来，国内外研究学者也逐渐加大和深化对高周疲劳的研究。
疲劳破坏是当下机械零件破坏的主要形，疲劳试验是必不可少的机械零件试验手段，随着科技的发展，多种多样的疲劳试验机涌入科研领域，其中高频疲劳试验机也越来越受试验者的青睐，疲劳试验的样件主要分为板样和棒材。
疲劳试验机，是一种主要用于测定金属及其合金材料在室温状态下的拉伸、压缩或拉、压交变负荷的疲劳性能试验的机器。疲劳试验机用于进行测定金属、合金材料及其构件在室温状态下的拉伸、压缩或拉压交变负荷的疲劳特性、疲劳寿命、预制裂纹及裂纹扩展试验。疲劳试验是指通过金属材料实验测定金属材料的，绘制材料的S-N曲线，进而观察疲劳破坏现象和断口特征，进而学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法。通常疲劳实验机具有楔形夹具、平推夹具和筒时夹具；缺点是高频疲劳试验机工作的时候速度较快，而夹具的抱紧力不够，容易出现滑移的现象，导致事故的发生。对于大载荷疲劳试验，存在夹具破坏的风险，不能应用于大载荷疲劳试验夹具结构复杂，体积大，当进行疲劳实验中的小裂纹扩展实验时，由于捕捉小裂纹时循环周次的不确定性，当附加载荷比较小时，需要很长时间对待测实验进行拉伸和压缩，现有的疲劳试验机夹具不能满足两个试样同时进行实验操作，大大延迟了实验所需的时间，降低了实验效率，增加了实验成本，费时费力，不具备对不同材料进行对比操作。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，包括上夹具座、上夹块、下夹具座和下夹块；
所述上夹块安装在所述上夹具座的中部，所述上夹具座的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔，所述起吊孔的上方设置有供油口；
所述下夹块安装在所述下夹具座的中部，所述下夹具座的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔，所述起吊孔的下方设置有供油口；
所述上夹块的端部与第一待测试样和第二待测试样的一端夹持部相夹紧，所述第一待测试样和所述第二待测试样的另一端夹持部与所述下夹块相夹紧。
其中，所述上夹具座的上方通过引伸主轴连接有立直传感器。
其中，所述下夹块两侧对称安装有连通口，所述连通口的外侧连接有循环冷却水管，所述连通口的下方靠近一侧位置安装有固定座，所述固定座通过复位弹簧与所述下夹具座上的限位环相连接；
所述上夹具座与所述下夹具座的端部均安装有夹具盖，所述上夹具座和所述下夹具座分别与所述夹具盖通过定位孔相连接。
其中，所述下夹块的底端位于安装座的中部凹槽内，所述安装座的下方连接有夹块连接座，所述夹块连接座的外部环绕有凸台，所述夹块连接座的内侧中部与连接轴的上部通过转接头相连接，所述连接轴的下部通过螺纹配合连接有作动器，所述作动器与所述夹块连接座之间设置有连接环。
其中，所述第一待测试样与所述第二待测试样单边呈缺口状。
其中，所述第一待测试样与所述第二待测试样为相同材质。
其中，所述第一待测试样与所述第二待测试样为不同材质。
其中，所述供油口通过油管与油泵相连接。
其中，所述上夹块和所述下夹块呈楔形结构。
其中，所述上夹块和所述下夹块与所述第一待测试样和所述第二待测试样接触面均设置为锯齿状防滑平面。
本发明的工作原理：
本发明提供的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，工作时，首先将上夹块和下夹块配合安装在上夹具装置和下夹具装置中部，使夹块上的固定座通过复位弹簧与下夹具座上的限位环相连接，根据研究需要，确定做同种材质的疲劳实验或是不同材质的对比性实验，将试件置于上夹具座和下夹具座的夹块之间，启动试验机机体的上驱动装置，此时在油泵的作用下通过控制供油口的输入，使得上夹具座的上升带动上夹块相向运动，实现对试件上端的夹紧；其次，启动试验机的下驱动装置，夹块连接座内部的转接头通过连接轴与作动器8相连接，凸台与下夹具座相互配合，使得下夹具座在液压油泵的动力作用下能够往返运动，通过供油口向油泵的进油，使得下夹具座的下降，将带有锯齿状防滑平面的下夹块相对运动，实现对试件下端夹持部的夹紧；最后，作动器的上下运动进而带动待测试样和下夹具座在设定的循环周次、振动载荷和频率下做拉伸压缩往返运动实验，若实验完成需松开试件时，则反向旋转疲劳试验机上的驱动按钮，使上夹块和下夹块相对于夹紧动作反向运动即可。作动器与夹块连接座之间设置有连接环，使得作动器、夹块连接座和下夹具座呈一体式结构，试样在试验过程中一直保持夹紧状态，满足试样、夹块、夹具座三者之间的刚性连接要求，避免待测试样装夹后承受扭矩，影响疲劳测试结果，能够对同一种材料同时进行两组实验，大大节约了实验时间，提高实验效率，降低了实验经费，也可以对两组不同材料的实验同时进行疲劳实验，通过对比，分析材料不同的断裂韧性和使用寿命。
本发明的有益效果：
本发明提供的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，上夹具座的上方通过引伸主轴连接有立直传感器，上夹块的端部与第一待测试样与第二待测试样的一端夹持部相夹紧，第一待测试样与第二待测试样的另一端夹持部与下夹块相夹紧，固定座通过复位弹簧与下夹具座上的限位环相连接，上夹具座下夹具座的端部均安装有夹具盖，结构简单、使用方便，夹具与疲劳试验机配合试用，可以对试样进行高频的疲劳试验研究，试样在试验过程中一直保持夹紧状态，满足试样、夹块、夹具座三者之间的刚性连接要求，避免待测试样装夹后承受扭矩，影响疲劳测试结果，有效地解决在操作时待测试样容易掉落并且不能够进行对中定位的问题，适用于不同结构和尺寸的型材夹持，提高了在疲劳试验过程中试样夹持的稳定性，保证了疲劳试验结果的准确性，能够对同一种材料同时进行两组实验，大大节约了实验时间，提高实验效率，降低了实验经费，也可以对两组不同材料的实验同时进行疲劳实验，通过对比，分析材料不同的断裂韧性和使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的疲劳试验夹具的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的疲劳试验夹具中下夹具座的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的疲劳试验夹具中下夹具座的剖视图；
图4为本发明实施例提供的疲劳试验夹具中下夹块组合结构示意图；
图5为本发明实施例提供的疲劳试验夹具中下夹具座工作结构示意图；
图6为本发明实施例提供的疲劳试验夹具的主视图；
图7为本发明实施例提供的疲劳试验夹具中下夹具座的底部结构示意图；
图8为本发明实施例提供的疲劳试验夹具中安装座的结构示意图；
附图中附图标记所对应的名称为：1-上夹具座，2-立直传感器，3-供油口，4-起吊孔，5-第一待测试样，6-连通口，7-连接环，8-作动器，9-下夹具座，10-下夹块，11-第二待测试样，12-循环冷却水管，13-复位弹簧，14-固定座，15-安装座，16-夹块连接座，17-连接轴，18-转接头，19-上夹块，20-限位环，21-引伸主轴，22-定位孔，23-夹具盖，24-凹槽，25-凸台。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本发明提供了一种高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，如图1-8所示，包括上夹具座1、上夹块19、下夹具座9和下夹块10；所述上夹块19安装在所述上夹具座1的中部，所述上夹具座1的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔4，所述起吊孔4的上方设置有供油口3；所述下夹块10安装在所述下夹具座9的中部，所述下夹具座9的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔4，所述起吊孔4的下方设置有供油口3；所述上夹块19的端部与第一待测试样5和第二待测试样11的一端夹持部相夹紧，所述第一待测试样5和所述第二待测试样11的另一端夹持部与所述下夹块10相夹紧。
所述上夹具座1的上方通过引伸主轴21连接有立直传感器2；所述下夹块10两侧对称安装有连通口6，所述连通口6的外侧连接有循环冷却水管12，所述连通口6的下方靠近一侧位置安装有固定座14，所述固定座14通过复位弹簧13与所述下夹具座9上的限位环20相连接；所述上夹具座1与所述下夹具座9的端部均安装有夹具盖23，所述上夹具座1和所述下夹具座9分别与所述夹具盖23通过定位孔22相连接。
所述下夹块10的底端位于安装座15的中部凹槽24内，所述安装座15的下方连接有夹块连接座16，所述夹块连接座16的外部环绕有凸台25，所述夹块连接座16的内侧中部与连接轴17的上部通过转接头18相连接，所述连接轴17的下部通过螺纹配合连接有作动器8，所述作动器8与所述夹块连接座16之间设置有连接环7。
所述第一待测试样5与所述第二待测试样11单边呈缺口状，所述第一待测试样5与所述第二待测试样11为相同材质，所述供油口3通过油管与油泵相连接，所述上夹块19和所述下夹块10呈楔形结构，所述上夹块19和所述下夹块10与所述第一待测试样5和所述第二待测试样11接触面均设置为锯齿状防滑平面。
本发明提供的疲劳试验夹具，铸钢材质的上夹块19安装在碳素结构钢材质的上夹具座1的中部，保证上夹具座1与上夹块19的刚度性能，提高设备使用寿命，上夹具座1的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔4，能够根据实验需要对夹具进行移动，便于对MTS疲劳试验机上的夹具进行安装与拆卸，起吊孔4的上方设置有供油口3，便于通过供油口对上夹具座1内部供油，增大或减小内部压强，上夹具座1的上方通过引伸主轴21连接有立直传感器2，便于准确采集施加力的大小，将夹在上夹块19与下夹块10的第一待测试样5、第二待测试样11之间工作中的拉伸长度信息传递给疲劳试验机的操作设备，便于通过电脑屏幕观察试样实验过程中是否发生位移改变，第一待测试样5与第二待测试样11的一端夹持部与上夹块19的端部相夹紧，另一端夹持部与下夹块10相夹紧，使得接触牢靠，不产生滑移现象，提高实验精度（如图1所示）。
下夹块10的两侧对称安装的连通口6与循环冷却水管12相连接，能够降低试样由高温施加不同应力载荷后恢复室温所用的时间，减少了等待时间，大大提高了实验效率，降低试验费用，连通口6的下方安装的固定座14通过复位弹簧13与下夹具座9上的限位环20相连接（如图4所示），上夹具座1与下夹具座9的端部通过定位孔22与夹具盖23相连接，便于对夹具座安装完内部结构后进行密封，提高夹具零部件的一体化结构（如图7所示）。
铸钢材质的下夹块10的底端位于45#钢材质安装座15的中部凹槽24内，凹槽24呈矩形结构（如图8所示），高强度钢材质的安装座15的下方连接有夹块连接座16，夹块连接座16的外部环绕的凸台25与下夹具座9相互配合，便于下夹具座9在液压油泵的动力作用下上下运动，夹块连接座16的内侧中部与优质碳素结构钢材质的连接轴17的上部通过转接头18相连接，提高连接的整体牢靠稳定性，连接轴17的下部通过螺纹配合连接有作动器8（型号为NAC100），作动器8与夹块连接座16之间设置有连接环7，使得连接更加牢靠、工作更加稳定（如图3所示）。
第一待测试样5与第二待测试样11呈单边缺口试样，且第一待测试样5与第二待测试样11可以为相同材料，也可以为不同材质（如图6所示），使得应力分布集中，适用于不同结构和尺寸的型材进行疲劳试验，既能对同一种材料同时进行两组实验，大大节约了实验时间，提高实验效率，降低了实验经费，也可以对两组不同材料的实验同时进行疲劳实验，通过对比，分析材料不同的断裂韧性和使用寿命。
供油口3通过油管与疲劳试验机设备的油泵相连接（如图2所示），为下夹具座9提供动力来源，通过控制进出口油调节下夹具座9的上升与下降。
上夹块19、下夹块10呈楔形结构，且上夹块19、下夹块10与试样接触面均设置为锯齿状防滑平面（如图4所示），用于增大上夹块19、下夹块10与第一待测试样5与第二待测试样11之间的摩擦力，使得夹持更加牢靠，避免发生打滑现象。
需要说明的是，所述第一待测试样5与所述第二待测试样11也可以为不同材质。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：包括上夹具座（1）、上夹块（19）、下夹具座（9）和下夹块（10）；
所述上夹块（19）安装在所述上夹具座（1）的中部，所述上夹具座（1）的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔（4），所述起吊孔（4）的上方设置有供油口（3）；
所述下夹块（10）安装在所述下夹具座（9）的中部，所述下夹具座（9）的外部位于两侧对称位置均设置有起吊孔（4），所述起吊孔（4）的下方设置有供油口（3）；
所述上夹块（19）的端部与第一待测试样（5）和第二待测试样（11）的一端夹持部相夹紧，所述第一待测试样（5）和所述第二待测试样（11）的另一端夹持部与所述下夹块（10）相夹紧。
2.根据权利要求1所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述上夹具座（1）的上方通过引伸主轴（21）连接有立直传感器（2）。
3.根据权利要求1所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：
所述下夹块（10）两侧对称安装有连通口（6），所述连通口（6）的外侧连接有循环冷却水管（12），所述连通口（6）的下方靠近一侧位置安装有固定座（14），所述固定座（14）通过复位弹簧（13）与所述下夹具座（9）上的限位环（20）相连接；
所述上夹具座（1）与所述下夹具座（9）的端部均安装有夹具盖（23），所述上夹具座（1）和所述下夹具座（9）分别与所述夹具盖（23）通过定位孔（22）相连接。
4.根据权利要求1所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述下夹块（10）的底端位于安装座（15）的中部凹槽（24）内，所述安装座（15）的下方连接有夹块连接座（16），所述夹块连接座（16）的外部环绕有凸台（25），所述夹块连接座（16）的内侧中部与连接轴（17）的上部通过转接头（18）相连接，所述连接轴（17）的下部通过螺纹配合连接有作动器（8），所述作动器（8）与所述夹块连接座（16）之间设置有连接环（7）。
5.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述第一待测试样（5）与所述第二待测试样（11）单边呈缺口状。
6.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述第一待测试样（5）与所述第二待测试样（11）为相同材质。
7.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述第一待测试样（5）与所述第二待测试样（11）为不同材质。
8.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述供油口（3）通过油管与油泵相连接。
9.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述上夹块（19）和所述下夹块（10）呈楔形结构。
10.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的高频疲劳试验机的疲劳试验夹具，其特征在于：所述上夹块（19）和所述下夹块（10）与所述第一待测试样（5）和所述第二待测试样（11）接触面均设置为锯齿状防滑平面。
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