CN112798301A - 一种共振疲劳力控试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共振疲劳力控试验系统。该共振疲劳力控试验系统包括装夹装置，包括激振平台、支撑台架和夹具，支撑台架用于支撑激振平台，夹具位于激振平台的下方，试验样品被夹持在夹具和激振平台之间；振动装置，包括振动电机，振动电机设置在激振平台上并向激振平台施加振动力；激振装置，包括激振弹簧和二自由度行程机构，激振弹簧设置于激振平台上，激振弹簧通过激振平台用于对试验样品施加振幅，激振平台通过二自由度行程机构设置于支撑台架上，二自由度行程机构用于限制激振平台的振动方向。本发明提出了一种共振疲劳力控试验系统，以力控制的方式高效完成疲劳试验。

Description

一种共振疲劳力控试验系统

技术领域

本发明涉及车辆检测技术领域，尤其涉及一种共振疲劳力控试验系统。

背景技术

基于某共振疲劳耐久试验标准，需在20Hz以上频率、8mm以上幅值、采用力控制对样件进行数千万次疲劳试验。目前市面上多采用液压激励及电磁激励的方法进行耐久试验。液压激励多用于耐久试验通过做动器与样件相连的方式进行直接激励，若要达到高频率、大幅值的要求，设备成本极高且需液压油源占用较大面积。同时液压设备有漏油、噪声大、维护保养成本高等缺点。电磁激励多用于共振台，主要用于测量样件的固有频率等。由电磁铁和衔铁组成，通过控制改变电磁铁内电流方向，达到改变磁极的目的，形成衔铁的上下振动。其可以高效低耗的达到高频振动的效果，但是电磁铁一般在其距离2mm范围内才有磁场，若振幅过大将超出磁场范围，不适合进行高幅值疲劳试验。同时现有的电磁激励振动系统一般都只有位移及加速度控制，无法进行力控制。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种共振疲劳力控试验系统，以力控制的方式高效完成疲劳试验。

具体地，本发明提出了一种共振疲劳力控试验系统，包括，

装夹装置，包括激振平台、支撑台架和夹具，所述支撑台架用于支撑所述激振平台，所述夹具位于所述激振平台的下方，试验样品被夹持在所述夹具和所述激振平台之间；

振动装置，包括振动电机，所述振动电机设置在所述激振平台上并向所述激振平台施加振动力；

激振装置，包括激振弹簧和二自由度行程机构，所述激振弹簧设置于所述激振平台上，所述激振弹簧通过所述激振平台用于对所述试验样品施加振幅，所述激振平台通过所述二自由度行程机构设置于所述支撑台架上，所述二自由度行程机构用于限制所述激振平台的振动方向。

根据本发明的一个实施例，所述激振装置还包括预载机构，所述预载机构包括锁止螺栓和预载挡块，所述锁止螺栓设置在所述激振平台上，所述激振弹簧套设在所述锁止螺栓上，所述预载挡块与所述螺栓螺纹配合，所述激振弹簧设置在所述预载挡块与所述激振平台之间，所述锁止螺栓用于控制所述预载挡块升降以调整所述激振弹簧的伸缩量。

根据本发明的一个实施例，所述二自由度行程机构包括立柱及设置在所述立柱上的支撑块，所述立柱的底部固定设置在所述支撑台架上，所述激振平台套设于所述立柱上并由所述支撑块支撑。

根据本发明的一个实施例，所述二自由度行程机构还包括限位挡块，所述限位挡块与所述立柱配合固定以使所述激振平台设置在所述限位挡块和支撑块之间。

根据本发明的一个实施例，所述振动装置包括两台振动电机，在水平方向上平行间隔设置。

根据本发明的一个实施例，所述振动装置还包括配重块，所述振动电机通过所述配重块设置于所述激振平台上。

根据本发明的一个实施例，还包括传感装置，所述传感装置包括力传感器和位移传感器，所述力传感器设置在所述激振平台和所述试验样品之间，所述位移传感器设置于所述支撑台架上，用于监测所述试验样品的位移。

根据本发明的一个实施例，还包括控制装置，所述控制装置连接所述激振装置和传感装置，所述控制装置用于调整所述激振弹簧的伸缩量及获取所述力传感器和位移传感器的检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置与所述振动装置连接，用于控制所述振动电机的振动频率。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置包括上位机和数采板卡，所述上位机根据试验要求调整所述激振弹簧的伸缩量与所述振动电机的振动频率，所述上位机通过所述数采板卡获得所述检测信号。

本发明提供的一种共振疲劳力控试验系统，整体结构紧凑，能完成为疲劳试验样品提供高幅值、高频率、高效、低能耗的力控制试验。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了本发明一个实施例的共振疲劳力控试验系统的结构示意图。

图2示出了本发明一个实施例的共振疲劳力控试验系统的操作流程框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

试验系统 100 装夹装置 101

振动装置 102 激振装置 103

激振平台 104 支撑台架 105

夹具 106 振动电机 107

激振弹簧 108 锁止螺栓 109

预载挡块 110 立柱 111

支撑块 112 限位挡块 113

配重块 114 力传感器 115

位移传感器 116 试验样品 117

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

图1示出了本发明一个实施例的共振疲劳力控试验系统的结构示意图。如图所示，一种共振疲劳力控试验系统100主要包括装夹装置101、振动装置102和激振装置103。

其中，装夹装置101包括激振平台104、支撑台架105和夹具106。支撑台架105用于支撑激振平台104。在本实施例中，两个支撑台架105间隔设置。夹具106用于夹持试验样品117，夹具106位于激振平台104的下方。试验样品117被固定在夹具106和激振平台104之间。具体来说，夹具106底部可以直接设置于地面，试验样品117通过夹具106被固定在激振平台104和地面之间，由振动装置102和激振装置103向试验样品117施加设定幅值和频率的振动力。

振动装置102包括振动电机107。振动电机107设置在激振平台104上并向激振平台104施加振动力。

激振装置103包括激振弹簧108和二自由度行程机构。激振弹簧108设置于激振平台104上，激振弹簧108通过激振平台104用于对试验样品117施加振动方向上的振幅。激振平台104通过二自由度行程机构设置于支撑台架105上，二自由度行程机构用于限制激振平台104的振动方向。在本实施例中，二自由度行程机构限制激振平台104在垂直方向上振动。

较佳地，激振装置103还包括预载机构。预载机构包括锁止螺栓109和预载挡块110。锁止螺栓109设置在激振平台104上，激振弹簧108套设在锁止螺栓109上，预载挡块110与螺栓螺纹配合使激振弹簧108设置在预载挡块110与激振平台104之间。锁止螺栓109用于控制预载挡块110升降以调整激振弹簧108的伸缩量。换言之，预载挡块110的高低位置决定了激振弹簧108的弹性行程。

较佳地，二自由度行程机构包括立柱111及设置在立柱111上的支撑块112。在本实施例中，四根立柱111的底部分别固定设置在两个支撑台架105上。立柱111垂直设置，激振平台104套设于四根立柱111上并由支撑块112支撑使激振平台104平稳保持在水平方向上且试验样品117仅承受上下方向的力。更佳地，二自由度行程机构还包括限位挡块113，限位挡块113与立柱111配合固定以使激振平台104设置在限位挡块113和支撑块112之间。限位挡块113对试验样品117及试验系统100进行机械式位移保护。

较佳地，振动装置102包括两台振动电机107。两台振动电机107在水平方向上平行间隔设置。这样设置能抵消在水平方向上的左右及前后方向的振动，使试验样品117仅受到上下方向的振动。

较佳地，振动装置102还包括配重块114，振动电机107通过配重块114设置于激振平台104上。

较佳地，共振疲劳力控试验系统100还包括传感装置。传感装置包括力传感器115和位移传感器116。其中，力传感器115设置在激振平台104和试验样品117之间，用于采集试验过程中试验样品117所受的振动力的数值。位移传感器116设置于支撑台架105上，用于监测试验样品117的位移数值。

较佳地，共振疲劳力控试验系统100还包括控制装置(图未示)。控制装置连接激振装置103和传感装置。控制装置用于调整激振弹簧108的伸缩量及获取力传感器115和位移传感器116的检测信号。

较佳地，控制装置与振动装置102连接，用于控制振动电机107的振动频率。更佳地，控制装置包括上位机和数采板卡，上位机根据试验要求调整激振弹簧108的伸缩量及振动电机107的振动频率，上位机通过数采板卡获得检测信号。容易理解的，上位机能同激振装置103的预载机构连接，向锁止螺栓109发出控制信号。由锁止螺栓109控制预载挡块110在其上升降以调整激振弹簧108的伸缩量。上位机通过数采板卡获得力传感器115和位移传感器116的检测信号。上位机能通过该检测信号来控制预载机构动作或终止试验。

图2示出了本发明一个实施例的共振疲劳力控试验系统的操作流程框图。以下结合图1来说明共振疲劳力控试验系统100的安装和操作步骤。

步骤S1、根据试验样品117的设计信息，通过夹具106、支撑台架105将试验样品117装夹于试验系统100中。

步骤S2、调节预载机构的预载挡块110升降，控制激振弹簧108的行程伸缩量以对试验样品117施加预载。

步骤S3、两台振动电机107从低到高逐渐增加转速，其振动频率逐渐升高。由于振动电机107相对间隔排列，能抵消水平方向上的振动，且在二自由度行程机构的限制下通过配重块114、激振弹簧108将试验所需竖直方向力施加于激振平台104上。通过介于试验样品117的夹具106与激振平台104之间的力传感器115来测量试验力值。

步骤S4、当振动频率逐渐逼近试验样品117的共振频率，试验力与振幅逐渐增大，达到试验设定力值后，振动电机107保持当前转速以进行疲劳耐久试验。

步骤S5、实验过程中，位移传感器116对试验系统100的振幅进行实时监测。当试验样品117产生裂纹、断裂等使振幅增达至设定阀值时试验停止。在此同时，限位挡块113对试验样品117及试验系统100进行机械式位移保护。此外，当试验次数达到所需疲劳耐久循环次数后，试验结束。

步骤S6、在试验过程中，力传感器115对试验系统100的力值进行实时监控，随着疲劳耐久试验的进行，试验样品117的刚度逐渐下降。当所测得力值与设定力值之差大于所设定阀值，重新进行步骤3直到达到设定力值。

本发明采用机械激励的方式，通过激振弹簧108将两个不平衡轴旋转产生的振动加载至整个系统中。基于共振点能耗最小且幅值最大的原理，在所设定的扫频范围内得到激振器功率最小的点对应的频率，即整个系统的共振频率，在该频率下进行高幅值、高频率、低能耗的力控制疲劳试验。

本发明提供的一种车轮用的共振疲劳力控试验系统具有以下优点：

1.结构紧凑。

2.安装方便，操作简单。

3.能实现高幅、高频、高效、力控制的疲劳试验。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种共振疲劳力控试验系统，包括：

装夹装置，包括激振平台、支撑台架和夹具，所述支撑台架用于支撑所述激振平台，所述夹具位于所述激振平台的下方，试验样品被夹持在所述夹具和所述激振平台之间；

振动装置，包括振动电机，所述振动电机设置在所述激振平台上并向所述激振平台施加振动力；

激振装置，包括激振弹簧和二自由度行程机构，所述激振弹簧设置于所述激振平台上，所述激振弹簧通过所述激振平台用于对所述试验样品施加振幅，所述激振平台通过所述二自由度行程机构设置于所述支撑台架上，所述二自由度行程机构用于限制所述激振平台的振动方向。

2.如权利要求1所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述激振装置还包括预载机构，所述预载机构包括锁止螺栓和预载挡块，所述锁止螺栓设置在所述激振平台上，所述激振弹簧套设在所述锁止螺栓上，所述预载挡块与所述螺栓螺纹配合，所述激振弹簧设置在所述预载挡块与所述激振平台之间，所述锁止螺栓用于控制所述预载挡块升降以调整所述激振弹簧的伸缩量。

3.如权利要求1所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述二自由度行程机构包括立柱及设置在所述立柱上的支撑块，所述立柱的底部固定设置在所述支撑台架上，所述激振平台套设于所述立柱上并由所述支撑块支撑。

4.如权利要求3所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述二自由度行程机构还包括限位挡块，所述限位挡块与所述立柱配合固定以使所述激振平台设置在所述限位挡块和支撑块之间。

5.如权利要求1所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述振动装置包括两台振动电机，在水平方向上平行间隔设置。

6.如权利要求5所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述振动装置还包括配重块，所述振动电机通过所述配重块设置于所述激振平台上。

7.如权利要求1所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，还包括传感装置，所述传感装置包括力传感器和位移传感器，所述力传感器设置在所述激振平台和所述试验样品之间，所述位移传感器设置于所述支撑台架上，用于监测所述试验样品的位移。

8.如权利要求7所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置连接所述激振装置和传感装置，所述控制装置用于调整所述激振弹簧的伸缩量及获取所述力传感器和位移传感器的检测信号。

9.如权利要求8所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述控制装置与所述振动装置连接，用于控制所述振动电机的振动频率。

10.如权利要求9所述的共振疲劳力控试验系统，其特征在于，所述控制装置包括上位机和数采板卡，所述上位机根据试验要求调整所述激振弹簧的伸缩量与所述振动电机的振动频率，所述上位机通过所述数采板卡获得所述检测信号。

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