CN110887750B - 一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置及运行方法 - Google Patents

一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置及运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置及运行方法，涉及疲劳试验设备技术领域，无需准备多套夹具且制造和维修成本都较为低廉。本发明包括：通过同步带和传动轴将电机产生的扭矩传送到后续的曲柄连杆机构，然后作用在激励杆件上使其作水平方向上的往复直线运动，并产生对应的振幅，激励试件进行弯曲疲劳试验。本发明适用于叶片弯曲高周疲劳试验。

Description

一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置及运行 方法
技术领域
本发明涉及疲劳试验设备技术领域，尤其涉及一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置及运行方法。
背景技术
随着航空航天事业的不断发展，航空机械高周疲劳问题也在不断增多。其中，叶片的高周疲劳是疲劳失效的一个重要原因。因此，研究材料的疲劳寿命是非常有必要和具有实际工程应用价值的。在实际的生产、研究中，疲劳试验装置是测定材料疲劳强度非常重要的试验装置。
但目前采用的大多数疲劳试验装置，针对悬臂式叶片一阶弯曲振动疲劳损伤的试验装置较少，大都难以进行弯曲高周疲劳试验的试验。且多数疲劳试验装置设备结构过于复杂，成本过于高昂。
例如：目前已有的，可以用于叶片的高周疲劳的疲劳试验方案，一种是利用弹簧套筒组件对不同规格试样进行三点弯曲疲劳试验，这种疲劳试验机的传动装置较为复杂，且滑块和传动杆的摩擦会造成发热现象，影响试验机的使用寿命。还有一种就是通过偏心轮对试样施加周期性的载荷，使得试样反复弯曲变形直至试样断裂的疲劳试验机技术，这种疲劳试验机对尺寸规格不同的试件进行测试时需要更换夹具，操作过程繁琐，实际应用中存在夹具不配套从而无法进行试验的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置及运行方法，无需准备多套夹具且制造和维修成本都较为低廉。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置，包括：
电机部分(1)、同步带部分(2)、传动轴部分(3)、激励杆件部分(4)、夹具部分(5)和底座(6)；
电机部分(1)、同步带部分(2)、传动轴部分(3)、激励杆件部分(4)、夹具部分(5)依次按照传动顺序安装在底座(6)上；
传动轴部分(3)的中心轴线、圆盘(341)的中心、激励杆件部分(4)的中心轴线和夹具部分(5)所夹取试件的中心线在同一水平高度；
电机部分(1)包括三相交流变频电机(11)、电机脚固定装置(12)和电机输出轴(13)；
同步带部分(2)包括大同步带轮(21)、小同步带轮(23)以及皮带(22)；
传动轴部分(3)包括传动轴(31)、轴承座(32)以及凸台(33)；
电机(11)通过同步带(2)传动将扭矩传递到传动轴(31)上，之后再将扭矩传递到曲柄偏心机构上；
激励杆件部分(4)包括连杆(41)、接头(42)、T型底板(43)、滑动直线轴承(44)、激励杆件(45)和滚筒式夹头(46)；
圆盘(341)由于偏心作用产生的位移通过连杆传递到激励杆件(45)上形成稳定的振幅进而带动滚筒式夹头(46)激励试件进行弯曲疲劳试验；
夹具部分(5)包括固定底座(51)以及活动夹片(52)。
另一方面，提供一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验方法，包括：
S1：将大同步带轮(21)和小同步带轮(23)分别与电机输出轴(13)和传动轴(31)通过平键连接安装；将皮带(22)套在大同步带轮(21)和小同步带轮(23)上；将电机(11)通过螺栓固定在底座(6)上；安装电机脚固定装置(12)和夹具部分固定装置(53)。
S2:将传动轴(31)穿过两个轴承座(32)，将两个凸台(33)通过螺栓安装在底座(6)上，之后两个轴承座(32)通过螺栓安装在两个凸台(33)上，并将传动轴(31)的阶梯轴部分与圆盘(341)中心孔用螺母和键连接固紧；
S3：将两根螺栓穿过带孔薄片(343)的圆孔以及圆筒(342)的圆孔，并调整螺栓在圆盘(341)槽上的位置为试验所需的振幅处，之后用螺母将螺栓固紧；
S4：将两个深沟球轴承分别安装在连杆(412)两端的圆孔中，之后一根螺栓穿过垫块、轴承内孔和薄片中心圆孔后用螺母固紧；另一根螺栓穿过接头上的圆孔、垫块以及轴承内孔后用螺母固紧；
S5：两块矩形薄片(461)和两根圆柱杆(462)构成“口”字形框架，圆柱杆(462)上开有通孔，两根螺杆分别穿过圆柱杆上的通孔和深沟球轴承，每根螺杆的两端用螺母固紧，即组装完成滚筒式夹头(46)；
S6：将T型底板(43)用螺栓安装在底座(6)上，并将直线滑动轴承(44)安装在T型底板(43)上；激励杆件(45)穿过两个直线滑动轴承(44)，激励杆件(45)的一端安装接头(42)，激励杆件(45)的另一端安装滚筒式夹头(46)，激励杆件(45)的两端均使用螺母固定后键连接固紧的方式，并使整个夹头所在平面保持与底座(6)的平面垂直的状态；
S7：将夹具部分(5)通过螺栓安装在底座(6)上，用夹片(52)将试件一端与夹具底座(51)夹紧固定，被夹持部分长度为15～30mm，所述试件的另一端处于夹头两排轴承间隙的中间位置处；根据所述试件的长度，通过固定装置调节夹具部分前后方向上的距离，使所述试件另一端处于滚筒式夹头(46)两排轴承间隙的中间位置处；
S8：启动电机，通过变频器调节频率由低到高，直至调节至试验所需的激励频率，保持稳定不变，开始对所述试件进行弯曲疲劳测试，直至所述试件断裂或达到试验所需要求后，停止试验，并记录此时计数器的示数。
本实施例通过同步带和传动轴将电机产生的扭矩传送到后续的曲柄连杆机构，然后作用在激励杆件上使其作水平方向上的往复直线运动，并产生对应的振幅，激励试件进行弯曲疲劳试验。由于试件夹持部分采用悬臂式，从而可以用于悬臂式试样的高周弯曲疲劳试验。由于疲劳试验装置采用曲柄偏心机构进行激励，原理较为简单，操作方便，零部件便于拆卸和维修，制造和维修成本都较为低廉。悬臂式叶片弯曲高周疲劳试验装置夹具可调节，因此尺寸规格在一定范围内的试件均可在此试验机上进行疲劳试验，无需准备多套夹具，从而降低了高周疲劳试验装置成本，且在保证能够对叶片进行高周弯曲疲劳试验、又可以对不同规格和尺寸的叶片试件进行试验的同时，结构也简单易用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所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例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的整体三维示意图；
图2为本发明实施例提供的电机部分整体三维示意图(a)以及电机脚固定装置(b)俯视图；
图3为本发明实施例提供的同步带结构的三维示意图；
图4为本发明实施例提供的传动轴结构的三维示意图；
图5为本发明实施例提供的传动轴结构(a)正视图，(b)左视图和(c)俯视图；
图6为本发明实施例提供的传动轴结构中曲柄的(a)正视图，(b)左视图和(c)三维示意图；
图7为本发明实施例提供的曲柄偏心部分的三维示意图(a)以及连杆部分三维示意图(b)；
图8为本发明实施例提供的夹具部分的三维示意图以及夹具部分固定装置结构的(a)正视图，(b)左视图和(c)俯视图；
图9为本发明实施例提供的具体实例中的应变曲线的示意图；
图中各标号分别表示：1-电机部分、11-三相交流电机、12-电机脚固定装置、13-电机输出轴、121-固定方块、122-活动方块、123-螺栓、124-螺母、2-同步带、21-大同步带轮、22-皮带、23-小同步带轮、3-传动轴结构、31传动轴、32-轴承座、33-凸台、34-曲柄、341-圆盘、342-圆筒、343-带孔薄片、344-螺栓、345-螺母、4-激励结构、41-连杆、411-垫块、412-连杆、413-深沟球轴承、414-螺栓、42-接头、43-T型底板、44-激励杆件、45-直线滑动轴承、46-滚筒式夹头、461-矩形薄片、462-圆柱杆、463-深沟球轴承、464-螺杆、465-小螺母、466-固紧螺母、5-夹具、51-夹具底座、52-活动夹片、53-固定装置、531-固定块、532-螺栓、533-螺母、54-试件、55-螺栓。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置，如图1所示，包括：电机部分(1)、同步带部分(2)、传动轴部分(3)、激励杆件部分(4)、夹具部分(5)和底座(6)。
电机部分(1)、同步带部分(2)、传动轴部分(3)、激励杆件部分(4)、夹具部分(5)依次按照传动顺序安装在底座(6)上。底座6在电机部分(1)、同步带部分(2)、传动轴部分(3)、激励杆件部分(4)和夹具部分(5)的安装位置处开有对应的通孔，零部件用螺栓连接到底座6上。
传动轴部分(3)的中心轴线、圆盘(341)的中心、激励杆件部分(4)的中心轴线和夹具部分(5)所夹取试件的中心线在同一水平高度。
如图2所示，电机部分(1)包括三相交流变频电机(11)、电机脚固定装置(12)以及电机输出轴(13)。电机脚固定装置(12)用于调节电机左右方向的位置，便于调节同步带的松紧。
同步带部分(2)包括大同步带轮(21)、小同步带轮(23)以及皮带(22)。
传动轴部分(3)包括传动轴(31)、轴承座(32)以及凸台(33)。
电机(11)通过同步带(2)传动将扭矩传递到传动轴(31)上，之后再将扭矩传递到曲柄偏心机构上。
激励杆件部分(4)包括连杆(41)、接头(42)、T型底板(43)、滑动直线轴承(44)、激励杆件(45)和滚筒式夹头(46)。滚筒式夹头(46)中，两根螺杆穿过两排深沟球轴承后并排安装，螺杆两端分别用螺母固紧。
圆盘(341)由于偏心作用产生的位移通过连杆传递到激励杆件(45)上形成稳定的振幅进而带动滚筒式夹头(46)激励试件进行弯曲疲劳试验。
夹具部分(5)包括固定底座(51)以及活动夹片(52)。
在目前已有的技术中，利用弹簧套筒组件对不同规格试样进行三点弯曲疲劳试验的疲劳试验机，例如：一种三点弯曲疲劳试验机(CN201510661464.1)。虽然可自由调节预加力和加载幅值，实用性较强。但是很明显该疲劳试验机的传动装置较为复杂，制造成本高，且滑块和传动杆的摩擦会造成发热现象，可能影响试验机的使用寿命。
本实施例通过同步带和传动轴将电机产生的扭矩传送到后续的曲柄连杆机构，然后作用在激励杆件上使其作水平方向上的往复直线运动，并产生对应的振幅，激励试件进行弯曲疲劳试验。由于试件夹持部分采用悬臂式，从而可以用于悬臂式试样的高周弯曲疲劳试验。由于疲劳试验装置采用曲柄偏心机构进行激励，原理较为简单，操作方便，零部件便于拆卸和维修，制造和维修成本都较为低廉。
可选的，电机输出轴上和传动轴上安装的同步带轮左右两侧可安装锁死圈进行固定，使得大小同步带轮在高速传动过程中能始终保持稳定。传动轴与圆盘连接时所使用的的螺母优选自锁螺母，保持该连接处在高速传动过程中始终保持固紧和稳定。
在本实施例中，夹具部分(5)中采用固定底座(51)与活动夹片(52)将所述试件的一端夹紧固定，使所述试件处于悬臂状态下进行弯曲疲劳试验。
固定底座(51)和活动夹片(52)通过四根螺栓连接固紧。
在优选方案中，固定底座(51)与活动夹片(52)形成的夹持区域的深度为15～35mm，所述夹持区域的深度匹配所述试件被夹持部分。即，试件被夹持部分长度优选为15～35mm。
具体的，所述试件的一端由夹具部分(5)固紧，另一端位于滚筒式夹头(46)的间隙中，装置运行时，滚筒式夹头(46)中的轴承与试件接触。滚筒式夹头(46)使得试件在弯曲过程中始终为悬臂状态，避免试件产生“S”型变形，确保试验的准确性。试件厚度只要在两排轴承间隙范围内都可进行试验。
例如图7所示的，连杆412两端都装有深沟球轴承413，左侧螺栓414穿过垫块411将连杆412与带孔薄片343相连，右侧螺栓穿过垫块将连杆412与接头42相连；激励杆件45左端通过螺纹与接头42上的螺纹孔连接，激励杆件45穿过水平放置的滑动直线轴承44以保持始终在直线方向往复运动，激励杆件45右端通过螺纹与夹头46相连；夹头46由两块矩形薄片461和两根圆柱杆462构成“口”字形框架，圆柱杆462上开有通孔，螺杆穿过通孔以及深沟球轴承，螺杆两端用螺母固紧。
可选的，滚筒式夹头(46)每排轴承的数量可选10～12个，主要根据试件样本的厚度来决定，两排轴承之间的间隙大小由试验样本厚度决定，通过改变滚筒式夹头中圆柱杆通孔之间的距离即可改变两排轴承之间的间隙，优选8～10mm。垫块411可选用铝合金，激励杆件可选用轴承钢，其余零部件可选用结构钢。
进一步的，电机(11)的底部左右两侧各安装一个电机脚固定装置(12)，用于调节左右方向的距离，最大可调节距离为2cm，便于安装同步带并调节其张紧程度。夹具部分(5)的前后方向各安装一个固定装置(53)，用于调节前后方向的距离，最大可调节距离为10cm，便于对不同长度的试件进行试验。
目前也有以液压马达为驱动装置带动主轴上偏心轮转动，通过偏心轮对试样施加周期性的载荷，使得试样反复弯曲变形直至试样断裂的疲劳试验机技术(一种弯曲疲劳试验机(CN201210192707.8))。弯曲疲劳试验机每次能够同时对多个试样进行疲劳试验，工作效率高，然而，该疲劳试验机对尺寸规格不同的试件进行测试时需要更换夹具，操作过程较为繁琐。
本实施例的疲劳试验装置采用变频器来控制电机，因此激励频率在5～20Hz范围内可调。最高可以进行循环次数106次数及以上的高周疲劳试验并通过数字显示计数器来记录高周疲劳循环次数。而悬臂式叶片弯曲高周疲劳试验装置夹具可调节，因此尺寸规格在一定范围内的试件均可在此试验机上进行疲劳试验，无需准备多套夹具，从而降低了高周疲劳试验装置成本，且在保证能够对叶片进行106及以上次数的高周弯曲疲劳试验、又可以对不同规格和尺寸的叶片试件进行试验的同时，结构也简单易用。
在本实施例中，电机输出轴(13)和传动轴(31)之间利用圆弧齿同步带传动，便于安装和调节，高速传动下运转平稳，传动效率高。其中，大带轮(21)与小带轮(23)分别与电机输出轴(13)和传动轴(31)通过平键连接。具体如图3所示，同步带部分(2)中，大带轮21与电机输出轴通过键连接，小带轮23与传动轴通过键连接。
在本实施例中，传动轴(31)穿过两个轴承座(32)，两个轴承座(32)分别通过螺栓固定在凸台(33)上。传动轴(31)中间位置处开有键槽，并与小带轮(23)通过平键连接。传动轴(31)的一端为阶梯轴，小截面的轴为螺纹部分，通过螺纹与圆盘(341)连接，并通过自锁螺母固紧。所述阶梯轴的螺纹部分开有键槽，与圆盘(341)通过键连接，从而进一步固紧，确保传动过程中的稳定。
例如图4、5和6所示，所述传动结构3中，传动轴31穿过两个轴承座32以保持高速转动状态下平稳运转，所述轴承座32通过螺栓连接到凸台33的螺纹盲孔中，所述凸台33通过螺栓连接到底座6上，传动轴31的阶梯轴部分通过螺纹连接到圆盘341，并通过键连接固紧。
具体的，圆盘(341)上所开的通槽长度为2～4cm，使得振幅能够在此范围内无间隙地进行调节。圆盘(341)中心处开有螺纹孔和键槽，传动轴(31)的阶梯轴的螺纹部分与螺纹孔配合后通过螺母固定，并通过键连接固紧。
装置正常工作时的频率为5～20Hz，通过变频器改变电机频率即可改变疲劳试验的频率。采用霍尔传感器，将圆盘(341)的转动信息转化为数字信号传递到数字显示计数器。圆盘(341)每转动一周，就会产生一次脉冲，计数器就会记数一次，以此来记录高周疲劳的循环次数。
可选的，圆盘341可以在常用振幅处开圆孔，优选振幅1cm、2cm及3cm处，便于调节为典型振幅。
在本实施例中，激励杆件(45)的左右两端，一端通过接头(42)与连杆(41)连接，另一端与夹头(46)连接，激励杆件(45)的左右两端均采用螺母固定后键连接固紧的安装方式。激励杆件(45)通过两个安装在T型底板(43)上的滑动直线轴承(44)固定，使其始终沿直线在水平方向上往复运动。例如图8所示的，试件54一端由夹片52以及夹具底座51夹紧固定，夹片52通过四根螺栓与夹具底座51连接；试件另一端处于夹头46中两排轴承的间隙中。
根据上述实施例中提供的安装步骤及试验方式，采用材料为Q235结构钢，尺寸为25cm*4cm*1mm的试件，夹持长度为5cm；分别调整振幅为10mm、15mm、20mm、25mm以及30mm；加载频率分别取20Hz、16Hz、12Hz、8Hz进行试验。并在试验过程中在试件根部贴上应变片，通过计算机对应变进行监测读数。得到试验结果如下：
疲劳实验结果
Figure BDA0002142142050000111
上述试验结果与仿真结果较为接近。下图为当叶尖位移为30mm时试件根部断裂位置附近的应变。由图9可以看出，应变曲线较为光滑且总体趋势呈现为正弦曲线，可见试验装置的冲击和振动对于试验结果影响较小，试验装置所测得的结果具有可靠性,可以顺利并准确地完成叶片弯曲高周疲劳试验。
本实施例还提供一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置的运行方法，具体包括：
S1：将大同步带轮(21)和小同步带轮(23)分别与电机输出轴(13)和传动轴(31)通过平键连接安装。将皮带(22)套在大同步带轮(21)和小同步带轮(23)上，并调节同步带松紧程度，使其具有合适的张紧力。调节完成后，将电机(11)通过螺栓固定在底座(6)上。安装电机脚固定装置(12)和夹具部分固定装置(53)。
S2:将传动轴(31)穿过两个轴承座(32)，将两个凸台(33)通过螺栓安装在底座(6)上，之后两个轴承座(32)通过螺栓安装在两个凸台(33)上，并将传动轴(31)的阶梯轴部分与圆盘(341)中心孔用螺母和键连接固紧。
S3：将两根螺栓穿过带孔薄片(343)的圆孔以及圆筒(342)的圆孔，并调整螺栓在圆盘(341)槽上的位置为试验所需的振幅处，之后用螺母将螺栓固紧。其中，圆孔是指带孔薄片上的圆孔,螺栓需要穿过薄片和圆筒上的圆孔后固定在圆盘上。具体的，圆筒(342)是个辅助安装部件，用于固定螺栓。
S4：将两个深沟球轴承分别安装在连杆(412)两端的圆孔中，之后一根螺栓穿过垫块、轴承内孔和薄片中心圆孔后用螺母固紧。另一根螺栓穿过接头上的圆孔、垫块以及轴承内孔后用螺母固紧。
S5：两块矩形薄片(461)和两根圆柱杆(462)构成“口”字形框架，圆柱杆(462)上开有通孔，两根螺杆分别穿过圆柱杆上的通孔和深沟球轴承，每根螺杆的两端用螺母固紧，即组装完成滚筒式夹头(46)。
S6：将T型底板(43)用螺栓安装在底座(6)上，并将直线滑动轴承(44)安装在T型底板(43)上。激励杆件(45)穿过两个直线滑动轴承(44)，激励杆件(45)的一端安装接头(42)，激励杆件(45)的另一端安装滚筒式夹头(46)，激励杆件(45)的两端均使用螺母固定后键连接固紧的方式，并使整个夹头所在平面保持与底座(6)的平面垂直的状态。
S7：将夹具部分(5)通过螺栓安装在底座(6)上，用夹片(52)将试件一端与夹具底座(51)夹紧固定，被夹持部分长度为15～30mm，所述试件的另一端处于夹头两排轴承间隙的中间位置处。根据所述试件的长度，通过固定装置调节夹具部分前后方向上的距离，使所述试件另一端处于滚筒式夹头(46)两排轴承间隙的中间位置处。检查所有地方的螺栓、螺母的拧紧程度，施加在扳手上的拧紧力矩为16～25N·m，防止过松或者过紧，调试电机的运行状态，完成整个安装过程。
S8：启动电机，通过变频器调节频率由低到高，直至调节至试验所需的激励频率，保持稳定不变，开始对所述试件进行弯曲疲劳测试，直至所述试件断裂或达到试验所需要求后，停止试验，并记录此时计数器的示数。关闭电源和其他元件，使电机停止运转，将试件卸下，之后对试件进行进一步的观察和分析处理。
可选的，在上述试验过程中，可以在试件断裂位置附近贴上应变片，并通过相关电脑分析软件来实时监测该位置的应变，能够进一步分析试件断裂的特征。并可以设计相关保护电路，在试件断裂或应变达到某一极限值时，能够自动使电机停止运转。在实际应用中，可进行试验的试件尺寸范围：长度为18～25cm，宽度为4～8cm，厚度为2～10mm。
本实施例通过同步带和传动轴将电机产生的扭矩传送到后续的曲柄连杆机构，然后作用在激励杆件上使其作水平方向上的往复直线运动，并产生对应的振幅，激励试件进行弯曲疲劳试验。由于试件夹持部分采用悬臂式，从而可以用于悬臂式试样的高周弯曲疲劳试验。由于疲劳试验装置采用曲柄偏心机构进行激励，原理较为简单，操作方便，零部件便于拆卸和维修，制造和维修成本都较为低廉。
本实施例的疲劳试验装置采用变频器来控制电机，因此激励频率在5～20Hz范围内可调。最高可以进行循环次数106次数及以上的高周疲劳试验并通过数字显示计数器来记录高周疲劳循环次数。而悬臂式叶片弯曲高周疲劳试验装置夹具可调节，因此尺寸规格在一定范围内的试件均可在此试验机上进行疲劳试验，无需准备多套夹具，从而降低了高周疲劳试验装置成本，且在保证能够对叶片进行106及以上次数的高周弯曲疲劳试验、又可以对不同规格和尺寸的叶片试件进行试验的同时，结构也简单易用。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置，其特征在于，包括：
电机部分（1）、同步带部分（2）、传动轴部分（3）、激励杆件部分（4）、夹具部分（5）和底座（6）；
电机部分（1）、同步带部分（2）、传动轴部分（3）、激励杆件部分（4）、夹具部分（5）依次按照传动顺序安装在底座（6）上；
传动轴部分（3）的中心轴线、圆盘（341）的中心、激励杆件部分（4）的中心轴线和夹具部分（5）所夹取试件的中心线在同一水平高度；
电机部分（1）包括三相交流变频电机（11）、电机脚固定装置（12）和电机输出轴（13）；
同步带部分（2）包括大同步带轮（21）、小同步带轮（23）以及皮带（22）；
传动轴部分（3）包括传动轴（31）、轴承座（32）以及凸台（33）；
三相交流变频电机（11）通过同步带部分（2）传动将扭矩传递到传动轴（31）上，之后再将扭矩传递到曲柄偏心机构上；
激励杆件部分（4）包括连杆（41）、接头（42）、T型底板（43）、滑动直线轴承（44）、激励杆件（45）和滚筒式夹头（46）；
滚筒式夹头（46）中，两根螺杆穿过两排深沟球轴承后并排安装，螺杆两端分别用螺母固紧；
圆盘（341）由于偏心作用产生的位移通过连杆传递到激励杆件（45）上形成稳定的振幅进而带动滚筒式夹头（46）激励试件进行弯曲疲劳试验；
夹具部分（5）包括固定底座（51）以及活动夹片（52）；
夹具部分（5）中采用固定底座（51）与活动夹片（52）将所述试件的一端夹紧固定，使所述试件处于悬臂状态下进行弯曲疲劳试验；
固定底座（51）和活动夹片（52）通过四根螺栓连接固紧；
固定底座（51）与活动夹片（52）形成的夹持区域的深度为15~35mm，所述夹持区域的深度匹配所述试件被夹持部分；所述试件的一端由夹具部分（5）固紧，另一端位于滚筒式夹头（46）的间隙中，装置运行时，滚筒式夹头（46）中的轴承与试件接触；
三相交流变频电机（11）和传动轴（31）之间利用圆弧齿同步带传动，其中，大同步带轮（21）与小同步带轮（23）分别与电机输出轴（13）和传动轴（31）通过平键连接；
传动轴（31）穿过两个轴承座（32），两个轴承座（32）分别通过螺栓固定在凸台（33）上；
传动轴（31）中间位置处开有键槽，并与小同步带轮（23）通过平键连接；
传动轴（31）的一端为阶梯轴，小截面的轴为螺纹部分，通过螺纹与圆盘（341）连接，并通过自锁螺母固紧；
所述阶梯轴的螺纹部分开有键槽，与圆盘（341）通过键连接；
圆盘（341）上所开的通槽长度为2~4cm；
圆盘（341）中心处开有螺纹孔和键槽，传动轴（31）的阶梯轴的螺纹部分与螺纹孔配合后通过螺母固定，并通过键连接固紧；
其中，将两根螺栓穿过带孔薄片（343）的圆孔和圆筒（342）的圆孔，并调整螺栓在圆盘（341）槽上的位置为试验所需的振幅处，之后用螺母将螺栓固紧。
2.根据权利要求1所述的用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置，其特征在于，
三相交流变频电机（11）的底部左右两侧各安装一个电机脚固定装置（12），用于调节左右方向的距离，最大可调节距离为2cm；
夹具部分（5）的前后方向各安装一个固定装置（53），用于调节前后方向的距离，最大可调节距离为10cm。
3.根据权利要求1所述的用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置，其特征在于，
激励杆件（45）的左右两端，一端通过接头（42）与连杆（41）连接，另一端与滚筒式夹头（46）连接，激励杆件（45）的左右两端均采用螺母固定后键连接固紧的安装方式；
激励杆件（45）通过两个安装在T型底板（43）上的滑动直线轴承（44）固定。
4.一种用于叶片弯曲高周疲劳试验的悬臂式试验装置的运行方法，其特征在于，包括：
S1：将大同步带轮（21）和小同步带轮（23）分别与三相交流变频电机（11）的输出轴和传动轴（31）通过平键连接安装；将皮带（22）套在大同步带轮（21）和小同步带轮（23）上；将三相交流变频电机（11）通过螺栓固定在底座（6）上；安装电机脚固定装置（12）和夹具部分固定装置（53）；
S2: 将传动轴（31）穿过两个轴承座（32），将两个凸台（33）通过螺栓安装在底座（6）上，之后两个轴承座（32）通过螺栓安装在两个凸台（33）上，并将传动轴（31）的阶梯轴部分与圆盘（341）中心孔用螺母和键连接固紧；
S3：将两根螺栓穿过带孔薄片（343）的圆孔和圆筒（342）的圆孔，并调整螺栓在圆盘（341）槽上的位置为试验所需的振幅处，之后用螺母将螺栓固紧；
S4：将两个深沟球轴承分别安装在连杆（412）两端的圆孔中，之后一根螺栓穿过垫块、轴承内孔和薄片中心圆孔后用螺母固紧；另一根螺栓穿过接头上的圆孔、垫块以及轴承内孔后用螺母固紧；
S5：两块矩形薄片（461）和两根圆柱杆（462）构成“口”字形框架，圆柱杆（462）上开有通孔，两根螺杆分别穿过圆柱杆上的通孔和深沟球轴承，每根螺杆的两端用螺母固紧，即组装完成滚筒式夹头（46）；
S6：将T型底板（43）用螺栓安装在底座（6）上，并将直线滑动轴承（44）安装在T型底板（43）上；激励杆件（45）穿过两个直线滑动轴承（44），激励杆件（45）的一端安装接头（42），激励杆件（45）的另一端安装滚筒式夹头（46），激励杆件（45）的两端均使用螺母固定后键连接固紧的方式，并使整个夹头所在平面保持与底座（6）的平面垂直的状态；
S7：将夹具部分（5）通过螺栓安装在底座（6）上，用活动夹片（52）将试件一端与固定底座（51）夹紧固定，被夹持部分长度为15~30mm，所述试件的另一端处于夹头两排轴承间隙的中间位置处；根据所述试件的长度，通过固定装置调节夹具部分前后方向上的距离，使所述试件另一端处于滚筒式夹头（46）两排轴承间隙的中间位置处；
S8：启动电机，通过变频器调节频率由低到高，直至调节至试验所需的激励频率，保持稳定不变，开始对所述试件进行弯曲疲劳测试，直至所述试件断裂或达到试验所需要求后，停止试验，并记录此时计数器的示数；
夹具部分（5）中采用固定底座（51）与活动夹片（52）将所述试件的一端夹紧固定，使所述试件处于悬臂状态下进行弯曲疲劳试验；
固定底座（51）和活动夹片（52）通过四根螺栓连接固紧；
固定底座（51）与活动夹片（52）形成的夹持区域的深度为15~35mm，所述夹持区域的深度匹配所述试件被夹持部分；所述试件的一端由夹具部分（5）固紧，另一端位于滚筒式夹头（46）的间隙中，装置运行时，滚筒式夹头（46）中的轴承与试件接触；
三相交流变频电机（11）和传动轴（31）之间利用圆弧齿同步带传动，其中，大同步带轮（21）与小同步带轮（23）分别与电机输出轴（13）和传动轴（31）通过平键连接；
传动轴（31）穿过两个轴承座（32），两个轴承座（32）分别通过螺栓固定在凸台（33）上；
传动轴（31）中间位置处开有键槽，并与小同步带轮（23）通过平键连接；
传动轴（31）的一端为阶梯轴，小截面的轴为螺纹部分，通过螺纹与圆盘（341）连接，并通过自锁螺母固紧；
所述阶梯轴的螺纹部分开有键槽，与圆盘（341）通过键连接。
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