CN111220367B - 一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机。包括底盘和安装在底盘上的加载装置、滑动装置和凸轮轴驱动组件，底盘上的中部同轴布置安装有两组凸轮轴驱动组件，每组凸轮轴驱动组件的两侧对称设有测试组件，测试组件包括加载装置和滑动装置，点阵结构试样置于加载装置和滑动装置之间，点阵结构旁均设有摄像头，摄像头通过摄像头支座固定于底盘上；两组凸轮轴驱动组件同轴连接后的一端设有电动机，另一端设有挡片，挡片下方设有光电开关，电动机的输出轴和凸轮轴驱动组件同轴连接。本发明通过电动机带动凸轮转动来给试样施加压应力，共布置四个相同的对试样施加压应力的装置，提高了压应力疲劳试验的效率。

Description

一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机

技术领域

本发明涉及压应力疲劳试验机领域，具体涉及一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机。

背景技术

点阵结构是一种广泛应用到航空、航天、车辆和医学等众多行业的三维有序多孔结构，它具有质量轻、减振和散热等诸多优良的特性。在一些实际应用场合中，点阵结构材料承受着压应力并要求其具有较强的恢复能力，点阵结构材料的压应力疲劳寿命很大程度上决定了产品的使用寿命。

目前，点阵结构材料的压应力疲劳试验机采用的方法，是利用重锤的垂直运动对点阵结构材料施加压力，每次压缩循环的时间过长，且一次仅能对一个点阵结构试样进行试验。因此这种试验方法效率低，灵活性差，难以满足更高要求的试验。

发明内容

为了克服现有技术领域存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机，可同时对四个试样进行试验，试验方法高效，并且可以通过更换不同的压簧或凸轮来改变实验压应力的大小。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括底盘和安装在底盘上的加载装置、滑动装置和凸轮轴驱动组件，底盘上的中部同轴布置安装有两组凸轮轴驱动组件，每组凸轮轴驱动组件的两侧对称设有测试组件，测试组件包括加载装置和滑动装置，点阵结构试样置于加载装置和滑动装置之间，点阵结构旁均设有摄像头，摄像头通过摄像头支座固定于底盘上；两组凸轮轴驱动组件同轴连接后的一端设有电动机，另一端设有挡片，挡片下方设有光电开关，电动机的输出轴和凸轮轴驱动组件同轴连接。

还包括单片机，单片机安装在底盘上，电动机、光电开关和摄像头均电连接到单片机。

所述凸轮轴驱动组件包括第一轴承座、方形锁紧螺母、凸轮、主轴和第二轴承座；主轴的两端分别水平支撑套装于第一轴承座和第二轴承座，第一轴承座和第二轴承座固定于底盘上，主轴中部通过键同轴套装凸轮，凸轮的一端的主轴上套装有方形锁紧螺母，两组凸轮轴驱动组件的主轴经联轴器同轴连接，一组凸轮轴驱动组件的主轴外端和电动机的输出轴也经联轴器同轴连接，另一组凸轮轴驱动组件的主轴外端部固定连接计数用的挡片；所述滑动装置包括滑杆支座、滑杆、凸轮平板和压盘；滑杆支座开有水平的导向槽，滑杆穿过导向槽并沿导向槽内滑动，滑杆的两端穿过导向槽后均通过角铁分别和凸轮平板、压盘固定连接，凸轮平板与凸轮接触，压盘表面开有凹槽，凹槽安装点阵结构试样；所述加载装置包括顶盘、压簧、压簧支撑板和固定支架；点阵结构试样放置在顶盘与滑动装置的压盘之间，顶盘和压簧支撑板之间连接有压簧，压簧伸缩方向为垂直于凸轮轴驱动组件的主轴的水平方向，压簧支撑板经固定支架固定在底盘上，顶盘在和压簧连接的端面固定有压簧定位块，压簧定位块套装于压簧端部使得对压簧进行定位。

所述的顶盘置于支撑架上可沿压簧的伸缩方向左右移动，支撑架通过垫块安装在底盘上。

两组凸轮轴驱动组件的主轴为同一根轴。

所述的光电开关固定在底盘上，挡片配合装于光电开关的检测槽道。

本发明通过电动机带动凸轮转动来给试样施加压应力，共布置四个相同的对试样施加压应力的装置，提高了压应力疲劳试验的效率。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过电动机带动凸轮转动来给试样施加压应力，结构灵活性好，共布置四个相同的对试样施加压应力的装置，提高了压应力疲劳试验的效率，并且可以通过更换压簧或凸轮来满足不同实验所需的压应力要求，使其应用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是加载装置模块结构示意图。

图3是滑动装置模块结构示意图。

图4是凸轮轴驱动组件模块结构示意图。

图中：1、加载装置，1-1、顶盘，1-2、支撑架，1-3、压簧，1-4、固定支架，1-5、压簧支撑板，1-6、垫块，1-7、压簧定位块；2、滑动装置，2-1、凸轮平板，2-2、滑杆支座，2-3、角铁，2-4、压盘，2-5、滑杆；3、凸轮轴驱动组件，3-1、联轴器，3-2、第一轴承座，3-3、方形锁紧螺母，3-4、凸轮，3-5、主轴，3-6、第二轴承座；4、底盘，5、单片机，6、电动机，7、电动机支架，8、摄像头，9、摄像头支座，10、光电开关，11、挡片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，具体实施包括底盘4和安装在底盘4上的加载装置1、滑动装置2和凸轮轴驱动组件3，底盘4上的中部同轴布置安装有两组凸轮轴驱动组件3，每组凸轮轴驱动组件3的两侧对称设有测试组件，测试组件包括加载装置1和滑动装置2，点阵结构试样置于加载装置1和滑动装置2之间，点阵结构旁均设有摄像头8，摄像头8通过摄像头支座9固定于底盘4上摄像头8对准点阵结构试样，拍摄测试过程的视频图像；两组凸轮轴驱动组件3同轴连接后的一端设有电动机6，另一端设有挡片11，挡片11下方设有光电开关10，电动机6的输出轴和凸轮轴驱动组件3同轴连接。

测试组件共有四组，每组测试组件中的加载装置1与滑动装置2一一对应，均可独立拆装。

凸轮轴驱动组件3共有两组，凸轮轴3上的凸轮3-4左右两侧均与滑动装置2接触，构成凸轮平板传动机构。

底盘4的四角用四个脚支柱支撑，一方面减少与地面的接触面积，另一方面为螺栓螺母提供安装空间。电动机6利用单片机5进行控制，摄像头8用来采集试样被破坏过程的图像/视频，进而图像分析处理获得试样被破坏程度的检测结果。

如图4所示，所述凸轮轴驱动组件3包括第一轴承座3-2、方形锁紧螺母3-3、凸轮3-4、主轴3-5和第二轴承座3-6；主轴3-5的两端分别水平支撑套装于第一轴承座3-2和第二轴承座3-6，第一轴承座3-2和第二轴承座3-6固定于底盘4上，主轴3-5中部通过键同轴套装凸轮3-4，凸轮3-4的一端的主轴3-5上套装有方形锁紧螺母3-3，通过方形锁紧螺母3-3限制凸轮3-4轴向移动，两组凸轮轴驱动组件3的主轴3-5经联轴器3-1同轴连接，一组凸轮轴驱动组件3的主轴3-5外端和电动机6的输出轴也经联轴器3-1同轴连接，另一组凸轮轴驱动组件3的主轴3-5外端部固定连接计数用的挡片11；动力从电动机6通过柔性联轴器3-1传递至主轴3-5，进而传递至凸轮3-4带动凸轮3-4旋转，两组凸轮轴驱动组件3的两个相同凸轮分别位于两个相同的主轴上。

具体实施中，两组凸轮轴驱动组件3的主轴3-5为相同的两根轴。光电开关10固定在底盘4上，挡片11配合装于光电开关10的检测槽道。

如图3所示，所述滑动装置2包括滑杆支座2-2、滑杆2-5、凸轮平板2-1和压盘2-4；滑杆支座2-2开有水平的导向槽，滑杆2-5穿过导向槽并沿导向槽内滑动，滑杆2-5的两端穿过导向槽后均通过角铁2-3分别和凸轮平板2-1、压盘2-4固定连接，凸轮平板与压盘均通过上下两个角铁与滑杆连接，凸轮平板2-1与凸轮3-4接触，压盘2-4在朝向加载装置1一侧的表面开有浅凹槽，凹槽安装点阵结构试样将点阵结构试样较好定位；滑杆2-5的另一端通过压盘2-4将压力传递给点阵结构试样。

如图2所示，所述加载装置1包括顶盘1-1、压簧1-3、压簧支撑板1-5和固定支架1-4；点阵结构试样放置在顶盘1-1与滑动装置2的压盘2-4之间，顶盘1-1和压簧支撑板1-5之间连接有压簧1-3，压簧1-3伸缩方向为垂直于凸轮轴驱动组件3的主轴3-5的水平方向，压簧支撑板1-5经固定支架1-4固定在底盘4上，固定支架1-4通过螺栓固定在底盘4上，顶盘1-1在和压簧1-3连接的端面固定有压簧定位块1-7，压簧定位块1-7套装于压簧1-3端部使得对压簧1-3进行定位。

具体实施在顶盘1-1和压簧支撑板1-5之间设有两个平行布置的压簧1-3，两个压簧定位块1-7布置在顶盘1-1在和压簧1-3连接的端面，压簧1-3通过压簧定位块1-7定位。

当凸轮由最低点向最高点转动时，推动滑杆对试样施加压应力，同时压簧被压缩变形。

顶盘1-1置于支撑架1-2上可沿压簧1-3的伸缩方向左右移动，支撑架1-2通过垫块1-6安装在底盘4上。

具体实施还包括单片机5，单片机5安装在底盘4上，电动机6、光电开关10和摄像头8均电连接到单片机5。

摄像机镜头对准点阵结构材料的试样，在主轴端部位置安装光电开关感应装置，使电机每转一周被检测到一次，单片机分别连接摄像头和光电开关。所述单片机为STM32F103ZET6开发板，所述摄像头为树莓派RPi Camera V2。

本发明的工作原理如下：

安装时，先将凸轮3-4处在最低点一侧的两个点阵结构试样放置在顶盘1-1与压盘2-4之间，拧紧对应的加载装置上的固定支架上面的螺栓，将这一侧的两个加载装置固定。然后让凸轮3-4转动一定角度，使凸轮3-4的最高点对准已固定的加载装置，另一侧则对准凸轮3-4的最低点，用同样的方法放置试样和固定加载装置。

工作时，设定电动机6转速，确定试验速度。用单片机5启动电动机6，主轴3-5在电动机6的驱动下逆时针旋转。凸轮平板2-1紧贴凸轮3-4表面，凸轮3-4逆时针旋转，凸轮3-4从最低点转动到最高点，实现一次压力加载，主轴3-5端部的光电开关10记录压缩次数。使用摄像头8拍摄点阵结构试样的实时图像，单片机5根据图像实时监控点阵结构试样表面的裂纹产生情况。单片机5确定裂纹出现时，试验结束，电动机6停止旋转，光电开关10停止记录施加压力次数。

通过更换不同的压簧或凸轮、调节固定支架上螺栓的位置和调节电动机的转速来满足试验人员对实验压力载荷的要求，且凸轮和压簧的更换十分方便，结构灵活性好。此试验机能够同时对四个试样进行试验，因此有效地提高了压应力疲劳试验的效率。

Claims (5)

1.一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机，其特征在于：包括底盘(4)和安装在底盘(4)上的加载装置(1)、滑动装置(2)和凸轮轴驱动组件(3)，底盘(4)上的中部同轴布置安装有两组凸轮轴驱动组件(3)，每组凸轮轴驱动组件(3)的两侧对称设有测试组件，测试组件包括加载装置(1)和滑动装置(2)，点阵结构试样置于加载装置(1)和滑动装置(2)之间，点阵结构旁均设有摄像头(8)，摄像头(8)通过摄像头支座(9)固定于底盘(4)上；两组凸轮轴驱动组件(3)同轴连接后的一端设有电动机(6)，另一端设有挡片(11)，挡片(11)下方设有光电开关(10)，电动机(6)的输出轴和凸轮轴驱动组件(3)同轴连接；

所述凸轮轴驱动组件(3)包括第一轴承座(3-2)、方形锁紧螺母(3-3)、凸轮(3-4)、主轴(3-5)和第二轴承座(3-6)；主轴(3-5)的两端分别水平支撑套装于第一轴承座(3-2)和第二轴承座(3-6)，第一轴承座(3-2)和第二轴承座(3-6)固定于底盘(4)上，主轴(3-5)中部通过键同轴套装凸轮(3-4)，凸轮(3-4)的一端的主轴(3-5)上套装有方形锁紧螺母(3-3)，两组凸轮轴驱动组件(3)的主轴(3-5)经联轴器(3-1)同轴连接，一组凸轮轴驱动组件(3)的主轴(3-5)外端和电动机(6)的输出轴也经联轴器(3-1)同轴连接，另一组凸轮轴驱动组件(3)的主轴(3-5)外端部固定连接计数用的挡片(11)；所述滑动装置(2)包括滑杆支座(2-2)、滑杆(2-5)、凸轮平板(2-1)和压盘(2-4)；滑杆支座(2-2)开有水平的导向槽，滑杆(2-5)穿过导向槽并沿导向槽内滑动，滑杆(2-5)的两端穿过导向槽后均通过角铁(2-3)分别和凸轮平板(2-1)、压盘(2-4)固定连接，凸轮平板(2-1)与凸轮(3-4)接触，压盘(2-4)表面开有凹槽，凹槽安装点阵结构试样；所述加载装置(1)包括顶盘(1-1)、压簧(1-3)、压簧支撑板(1-5)和固定支架(1-4)；点阵结构试样放置在顶盘(1-1)与滑动装置(2)的压盘(2-4)之间，顶盘(1-1)和压簧支撑板(1-5)之间连接有压簧(1-3)，压簧(1-3)伸缩方向为垂直于凸轮轴驱动组件(3)的主轴(3-5)的水平方向，压簧支撑板(1-5)经固定支架(1-4)固定在底盘(4)上，顶盘(1-1)在和压簧(1-3)连接的端面固定有压簧定位块(1-7)，压簧定位块(1-7)套装于压簧(1-3)端部使得对压簧(1-3)进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机，其特征在于：还包括单片机(5)，单片机(5)安装在底盘(4)上，电动机(6)、光电开关(10)和摄像头(8)均电连接到单片机(5)。

3.根据权利要求1所述的一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机，其特征在于：所述的顶盘(1-1)置于支撑架(1-2)上可沿压簧(1-3)的伸缩方向左右移动，支撑架(1-2)通过垫块(1-6)安装在底盘(4)上。

4.根据权利要求1所述的一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机，其特征在于：两组凸轮轴驱动组件(3)的主轴(3-5)为同一根轴。

5.根据权利要求1所述的一种用于点阵结构材料的压应力疲劳试验机，其特征在于：所述的光电开关(10)固定在底盘(4)上，挡片(11)配合装于光电开关(10)的检测槽道。

Images