CN112880992A - 一种曲轴弯扭疲劳试验用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及疲劳试验技术领域，公开了一种曲轴弯扭疲劳试验用系统及方法，其中曲轴弯扭疲劳试验用系统包括第一夹具、第二夹具、弯曲摆臂、多个扭转配重、扭转摆臂、扭转电磁驱动单元、扭矩传感器、第一频率测量单元、多个弯曲配重、弯曲电磁驱动单元、弯矩传感器和第二频率测量单元。本发明提供的曲轴弯扭疲劳试验用系统，通过调节扭转配重的重量和控制弯曲配重相对于弯曲摆臂径向移动以使弯曲配重相对于弯曲摆臂中心轴线的距离变化，实现弯曲载荷和扭转载荷的同步激励时对曲轴进行弯扭疲劳试验；采用弯曲电磁驱动单元和扭转驱动单元的激振方式实现电磁共振激励，使上述曲轴弯扭疲劳试验用系统工作在共振区，具备噪音小和能耗低的优点。

Description

一种曲轴弯扭疲劳试验用系统及方法

技术领域

本发明涉及疲劳试验技术领域，尤其涉及一种曲轴弯扭疲劳试验用系统及方法。

背景技术

曲轴作为发动机的核心零部件，结构尺寸复杂，在缸内爆发压力、自身惯性力和输出扭矩的共同作用下，容易产生高周疲劳破坏问题。在开发过程阶段，对曲轴进行疲劳试验是验证其疲劳强度必不可少的环节。目前，普遍采用电动谐振式疲劳试验台分别进行曲轴纯弯曲疲劳试验和曲轴纯扭转疲劳试验。

事实上，实际使用过程中曲轴载荷呈弯扭复合状态，无论是弯曲疲劳试验还是扭转疲劳试验都仅仅是对曲轴疲劳强度的间接验证，存在本质上的缺陷。同时，谐振式疲劳试验台需要在每新款曲轴试验前进行繁琐的动静态标定，影响试验效率，而且具有载荷精度差、工作噪声大、能源消耗高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曲轴弯扭疲劳试验系统及试验方法，能够实现对曲轴同步加载扭矩和弯矩交变载荷。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种曲轴弯扭疲劳试验用系统，曲轴样件包括依次连接的第一主轴颈、第一曲柄、连杆颈、第二曲柄和第二主轴颈，所述曲轴弯扭疲劳试验用系统包括：

第一夹具和位于所述第一夹具上方的第二夹具，所述第一夹具用于夹紧所述第一主轴颈，所述第二夹具用于夹紧所述第二主轴颈；

连接于所述第一夹具的弯曲摆臂；

多个扭转配重，设置于所述弯曲摆臂的上表面且沿所述弯曲摆臂周向均匀分布，每个所述扭转配重的重量可调；

连接于所述第二夹具的扭转摆臂；

扭转电磁驱动单元，用于施加交变扭转载荷至所述曲轴样件，以使所述曲轴样件发生扭转；

扭矩传感器，用于测量所述曲轴样件的扭矩；

第一频率测量单元，设于所述扭转摆臂上，用于测量所述曲轴样件的扭转振动频率；

设置于所述弯曲摆臂的下表面的两个弯曲配重，两个所述弯曲配重关于所述弯曲摆臂的竖直中心轴线对称分布，每个所述弯曲配重均能沿所述弯曲摆臂的径向移动或相对于所述弯曲摆臂固定；

弯曲电磁驱动单元，用于施加交变弯曲载荷至所述曲轴样件，以使所述曲轴样件发生弯曲；

弯矩传感器，用于测量所述曲轴样件的弯矩；

第二频率测量单元，设于所述弯曲摆臂上，用于测量所述曲轴样件的弯曲振动频率。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验用系统的一种优选技术方案，所述第一夹具和所述第二夹具均包括：

内套，所述内套上设有沿其轴向贯通设置的锁紧口，所述内套与对应的所述主轴颈插接；

夹紧爪，用于夹紧所述内套，使所述内套的内壁抵接于对应所述主轴颈的外壁；

驱动单元，用于驱动所述夹紧爪夹紧或松开所述内套。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验用系统的一种优选技术方案，所述扭转电磁驱动单元包括：

多个连接于所述扭转摆臂的扭转电磁铁，沿所述扭转摆臂周向均匀分布；

第一电流换向器，与所述扭转电磁铁电连接，用于控制所述扭转电磁铁的电流换向和电流大小。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验用系统的一种优选技术方案，所述弯曲电磁驱动单元包括：

连接于所述弯曲摆臂的两个弯曲电磁铁，两个所述弯曲电磁铁沿所述弯曲摆臂的竖直中心轴线对称分布；

第二电流换向器，与所述弯曲电磁铁电连接，用于控制所述弯曲电磁铁的电流换向和电流大小。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验用系统的一种优选技术方案，还包括粘贴于所述连杆颈上的应变片。

本发明还提供了一种曲轴弯扭疲劳试验方法，采用上述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，包括以下步骤：

步骤S1、加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的B％，调节扭转配重的重量，使扭转电磁驱动单元的电流小于对应的预设扭转电流，并记录扭转振动频率；再将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)，i＝1，2，3…，i大于等于2时，P1_(i)＝P1_(i-1)+△P1，P1₍₁₎和△P1均为已知值；

步骤S2、加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的C％，控制弯曲配重相对于弯曲摆臂径向移动，使弯曲电磁驱动单元的电流小于对应的预设弯曲电流，且使弯曲振动频率等于扭转振动频率；再将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)，i大于等于2时，P2_(i)＝P2_(i-1)+△P2,△P1＝K×△P2，P2₍₁₎、△P2和K均为已知值；

步骤S3、判断曲轴样件的振动频率是否小于等于预设振动频率，若是，则认为该曲轴样件出现裂纹；若否，则令i＝i+1，并返回步骤S3。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验方法的一种优选技术方案，所述B和所述C均等于80。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验方法的一种优选技术方案，所述步骤S1中，在加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的B％之前，依次加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的30％和50％，调节扭转配重的重量，使每个扭转载荷下扭转电磁驱动单元的电流均小于对应的预设扭转电流；

在步骤S2中，在加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的C％之前，依次加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的30％和50％，控制弯曲配重相对于弯曲摆臂径向移动，使每个弯曲载荷下弯曲电磁驱动单元的电流小于对应的预设弯曲电流，且使弯曲振动频率等于扭转振动频率。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验方法的一种优选技术方案，在步骤S1中，在记录扭转振动频率之后，判断第一预设时间内曲轴样件任一相邻两个扭转载荷幅值的差值是否大于预设扭转载荷幅值差值，若是，则通过PID控制调节曲轴样件的扭转载荷幅值，使曲轴样件任一相邻两个扭转载荷幅值的差值小于等于预设扭转载荷幅值差值，之后，再将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)；若否，则将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)；

将试验弯矩加载至预设试验扭矩P2_(i)之前，判断第二预设时间内曲轴样件任一相邻两个弯曲载荷幅值的差值是否大于预设弯曲载荷幅值差值，若是，则通过PID控制在调节曲轴样件的弯曲载荷幅值，使曲轴样件任一相邻两个弯曲载荷幅值的差值小于等于预设弯曲载荷幅值差值，之后，再将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)；若否，则将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)。

作为上述曲轴弯扭疲劳试验方法的一种优选技术方案，在步骤S1之前，控制弯曲电磁驱动单元断电，在弯曲摆臂上施加不同的静态载荷，记录不同静态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器的测量值，以获取表示不同静态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器的测量值关系的静态应变曲线；

控制弯曲电磁驱动单元通电使弯曲电磁铁产生交变电流，对弯曲摆臂施加不同的动态载荷，记录不同动态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器的测量值，以获取表示不同动态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器的测量值关系的动态应变曲线；

根据静态应变曲线和动态应变曲线选择预设试验弯矩P1₍₁₎。

本发明的有益效果：本发明提供的曲轴弯扭疲劳试验用系统，通过调节扭转配重的重量和控制弯曲配重相对于弯曲摆臂径向移动以使弯曲配重相对于弯曲摆臂中心轴线的距离变化，实现弯曲载荷和扭转载荷的同步激励时对曲轴进行弯扭疲劳试验；采用弯曲电磁驱动单元和扭转驱动单元的激振方式实现电磁共振激励，使上述曲轴弯扭疲劳试验用系统工作在共振区，具备噪音小和能耗低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的曲轴弯扭疲劳试验用系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的曲轴弯扭疲劳试验方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的施加扭转载荷的流程图；

图4是本发明实施例提供的施加弯曲载荷的流程图。

图中：

11、基座；12、扭转摆臂；13、弯曲摆臂；14、弯曲电磁支架；

21、第一夹具；22、第二夹具；231、内套；

31、扭转配重；32、扭转电磁铁；33、扭矩传感器；

41、弯曲配重；42、弯曲电磁铁；43、弯矩传感器；

5、曲轴样件。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

如图1所示，本实施例提供了一种曲轴弯扭疲劳试验用系统，用于测试同时对曲轴施加弯曲载荷和扭转载荷时曲轴的疲劳强度。为了方便测量，所选用的曲轴样件5包括依次连接的第一主轴颈、第一曲柄、连杆颈、第二曲柄和第二主轴颈。

上述曲轴弯扭疲劳试验用系统包括第一夹具21、第二夹具22、弯曲摆臂13、多个扭转配重31、扭转摆臂12、扭转电磁驱动单元、扭矩传感器33、第一频率测量单元、多个弯曲配重41、弯曲电磁驱动单元、弯矩传感器43和第二频率测量单元，其中，第二夹具22位于第一夹具21的上方，第一夹具21用于夹紧第一主轴颈，第二夹具22用于夹紧第二主轴颈。本实施例中，上述第一夹具21和第二夹具22均包括内套231、夹紧爪和驱动单元，其中，内套231上设有沿其轴向贯通设置的锁紧口，内套231与对应的主轴颈插接；夹紧爪用于夹紧内套231，使内套231的内壁抵接于对应主轴颈的外壁；驱动单元用于驱动夹紧爪夹紧或松开内套231。优选地，上述驱动单元为液压驱动结构，如油缸等。

上述弯曲摆臂13呈十字形，弯曲摆臂13的一相对两端分别布设一个弯曲电磁驱动单元；上述扭转摆臂12呈十字形，扭转摆臂12的每一端各布设一个扭转电磁驱动单元。弯曲摆臂13连接于第一夹具21，多个扭转配重31设置于弯曲摆臂13的上表面且沿弯曲摆臂13周向均匀分布，每个扭转配重31的重量可调；扭转摆臂12连接于第二夹具22，扭转电磁驱动单元用于驱动曲轴样件5扭转。本实施例中，上述扭转电磁驱动单元包括与扭转电磁铁32电连接的第一电流换向器，及多个连接于扭转摆臂12的扭转电磁铁32，多个扭转电磁铁32沿扭转摆臂12周向均匀分布，第一电流换向器用于控制扭转电磁铁32的电流换向和电流大小。

扭矩传感器33设于第一夹具21和扭转摆臂12之间，扭矩传感器33用于测量曲轴样件5的扭矩，第一频率测量单元设于扭转摆臂12上，用于测量曲轴样件5的扭转振动频率；弯曲配重41设置于弯曲摆臂13的下表面，弯曲配重41设有两个，两个弯曲配重41关于弯曲摆臂13的竖直中心轴线对称分布，每个弯曲配重41均能沿弯曲摆臂13的径向移动或相对于弯曲摆臂13固定；弯曲电磁驱动单元用于驱动曲轴样件5弯曲；弯矩传感器43设于第二夹具22和弯曲摆臂13之间，弯矩传感器43用于测量曲轴样件5的弯矩；第二频率测量单元设于弯曲摆臂13上，用于测量曲轴样件5的弯曲振动频率。

本实施例中，上述弯曲电磁驱动单元包括连接于弯曲摆臂13的两个弯曲电磁铁42，及与弯曲电磁铁42电连接的第二电流换向器，第二电流换向器用于控制弯曲电磁铁42的电流换向和电流大小，两个弯曲电磁铁42关于弯曲摆臂13的竖直中心轴线对称分布。

本实施例提供的曲轴弯扭疲劳试验用系统，通过调节扭转配重31的重量和控制弯曲配重41相对于弯曲摆臂13径向移动以使弯曲配重41相对于弯曲摆臂13中心轴线的距离变化，实现弯曲载荷和扭转载荷的同步激励时对曲轴进行弯扭疲劳试验；采用弯曲电磁驱动单元和扭转驱动单元的激振方式实现电磁共振激励，使上述曲轴弯扭疲劳试验用系统工作在共振区，具备噪音小和能耗低的优点。

进一步地，上述曲轴弯扭疲劳试验用系统还包括粘贴于连杆颈上的应变片，通过应变片测量曲轴的动态弯矩和静态弯矩。

进一步地，上述曲轴弯扭疲劳试验用系统还包括基座11及与弯曲电磁铁42一一对应的弯曲电磁支架14，扭转摆臂12连接于基座11且与曲拐同轴，多个弯曲电磁支架14沿扭转摆臂12的周向均匀布设，每个弯曲电磁支架14的下端连接于基座11，上端连接于对应的弯曲电磁铁42。

进一步地，上述曲轴弯扭疲劳试验用系统还包括与第一电流换向器和第二电流换向器均电连接的逻辑控制器，及与逻辑控制器电连接的计算机。上述扭矩传感器33、第一频率测量单元、弯矩传感器43和第二频率测量单元均通过放大器与逻辑控制器电连接，逻辑控制器用于接收扭矩传感器33、第一频率测量单元、弯矩传感器43和第二频率测量单元的测量信号，逻辑控制器将其所接收的测量信号通过A/D转换器由模拟信号转换成数字信号传送至计算机中，计算机根据试验要求和所接收的数字信号进行数据处理后产生控制信号，并将控制信号发送至逻辑控制器来控制第一电流换向器和第二电流换向器工作；第一电流换向器和第二电流换向器可以根据逻辑控制器的要求改变对应电磁铁中的电流大小和方向，从而改变弯曲摆臂13上电磁铁和扭转摆臂12上电磁铁的吸力大小和方向，实现对弯曲载荷和扭转载荷的控制。

本实施例中，第一频率测量单元和第二频率测量单元均为能够测量振动频率的加速传感器。

如图2所示，本实施例还提供了一种曲轴弯扭疲劳试验方法，采用上述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，包括以下步骤：

步骤1、准备和安装曲轴样件5。

对曲轴样件5的轴径边缘进行打磨，并对整段曲轴样件5进行清洁；在将曲轴样件5由第一夹具21和第二夹具22夹紧时，用不小于连杆颈圆角半径的垫块垫在曲轴样件5的下方，确保装夹的过程中不会夹持在第一主轴径和第二主轴颈的圆角部位。根据第一主轴颈和第二主轴颈的尺寸、扭转载荷大小和弯曲载荷大小，确定第一夹具21和第二夹具22的夹持力，确保最大夹持力不大于第一夹具21和第二夹具22所能提供最大夹持力与10MPa的差值，以使弯扭疲劳试验结束后曲轴样件5能够正常松脱。

根据曲轴的预设扭转疲劳载荷和预设弯曲疲劳载荷，确定上述扭矩传感器33、第一频率测量单元、弯矩传感器43和第二频率测量单元的灵敏度、型号、量程的配置，并设置对预设试验扭矩和预设试验弯矩进行PID调节的相关参数，保证对曲轴进行弯扭疲劳试验时不会出现加载过激、过冲和长时间不变化等。

步骤2、动静载荷标定。

具体地，在曲轴的连杆颈位置贴应变片，控制弯曲电磁驱动单元断电，在弯曲摆臂13上施加不同的静态载荷，记录不同静态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器43的测量值，以获取表示不同静态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器43的测量值关系的静态应变曲线；控制弯曲电磁驱动单元通电，对弯曲摆臂13施加不同的动态载荷，记录不同动态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器43的测量值，以获取表示不同动态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器43的测量值关系的动态应变曲线；根据静态应变曲线和动态应变曲线选择预设试验弯矩P1₍₁₎。

本实施例通过动静载荷标定，实现对加载的预设试验弯矩和弯曲载荷进行精确控制。

步骤3、施加扭转载荷。

加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的B％，调节扭转配重31的重量，使扭转电磁驱动单元的电流小于对应的预设扭转电流，并记录扭转振动频率；再将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)。本实施例中B为80。

如图3所示，具体地，步骤S31、依次加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的30％、50％和80％，调节扭转配重31的重量，使每个扭转载荷下扭转电磁驱动单元的电流均小于对应的预设扭转电流；记录扭转载荷为预设扭转疲劳载荷的80％且扭转电磁驱动单元的电流小于对应的预设扭转电流时的扭转振动频率。

具体地，扭转载荷为预设扭转疲劳载荷的30％时对应的预设扭矩电流为5A，扭转载荷为预设扭转疲劳载荷的30％和80％时对应的预设扭矩电流均为10A。

若是加载扭转载荷为预设扭转疲劳载荷的30％时，若扭转电磁驱动单元的实际电流大于5A，则需要停止试验以对该曲轴弯扭疲劳试验系统进行安全保护，逐渐增加扭转配重31的重量，直至扭转电磁驱动单元的实际电流小于等于5A。

之后再将扭转载荷逐渐增加至预设扭转疲劳载荷的50％，若扭转电磁驱动单元的实际电流大于10A，则需要停止试验以对该曲轴弯扭疲劳试验系统进行安全保护，逐渐增加扭转配重31的重量，直至扭转电磁驱动单元的实际电流小于等于10A。

之后再将扭转载荷逐渐增加至预设扭转疲劳载荷的80％，若扭转电磁驱动单元的实际电流大于10A，则需要停止试验以对该曲轴弯扭疲劳试验系统进行安全保护，逐渐增加扭转配重31的重量，直至扭转电磁驱动单元的实际电流小于等于10A。

步骤S32、判断第一预设时间内曲轴样件5任一相邻两个扭转载荷幅值的差值是否大于预设扭转载荷幅值差值，若是，则执行步骤S33；若否，则执行步骤S34。

步骤S33、通过PID控制调节曲轴样件5的扭转载荷幅值，使曲轴样件5任一相邻两个扭转载荷幅值的差值小于等于预设扭转载荷幅值差值，再执行步骤S34。

步骤S34、将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)。

i＝1，2，3…，i大于等于2时，P1_(i)＝P1_(i-1)+△P1，P1₍₁₎和△P1均为已知值。

步骤4、施加弯曲载荷。

加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的C％，控制弯曲配重41相对于弯曲摆臂13径向移动，使弯曲电磁驱动单元的电流小于对应的预设弯曲电流，且使弯曲振动频率等于扭转振动频率；再将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)。本实施例中C为80。

如图4所示，具体地，步骤41、依次加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的30％、50％和80％，控制弯曲配重41相对于弯曲摆臂13径向移动，使每个弯曲载荷下弯曲电磁驱动单元的电流小于对应的预设弯曲电流，且使弯曲振动频率等于扭转振动频率。

具体地，弯曲载荷为预设弯曲疲劳载荷的30％时对应的弯曲扭矩电流为5A，弯曲载荷为预设弯曲疲劳载荷的30％和80％时对应的预设弯曲电流均为10A。

若是加载弯曲载荷为预设弯曲疲劳载荷的30％时，若弯曲电磁驱动单元的实际电流大于5A和/或弯曲振动频率不等于扭转振动频率，则需要停止试验以对该曲轴弯扭疲劳试验系统进行安全保护，控制弯曲配重41逐渐相对于弯曲摆臂13径向移动，直至弯曲电磁驱动单元的实际电流小于等于5A且弯曲振动频率等于扭转振动频率。

之后再将弯曲载荷逐渐增加至预设弯曲疲劳载荷的50％，若弯曲电磁驱动单元的实际电流大于10A和/或弯曲振动频率不等于扭转振动频率，则需要停止试验以对该曲轴弯扭疲劳试验系统进行安全保护，控制弯曲配重41逐渐相对于弯曲摆臂13径向移动，直至弯曲电磁驱动单元的实际电流小于等于10A且弯曲振动频率等于扭转振动频率。

之后再将弯曲载荷逐渐增加至预设弯曲疲劳载荷的80％，若弯曲电磁驱动单元的实际电流大于10A和/或弯曲振动频率不等于扭转振动频率，则需要停止试验以对该曲轴弯扭疲劳试验系统进行安全保护，控制弯曲配重41逐渐相对于弯曲摆臂13径向移动，直至弯曲电磁驱动单元的实际电流小于等于10A且弯曲振动频率等于扭转振动频率。

步骤S42、判断第二预设时间内曲轴样件5任一相邻两个弯曲载荷幅值的差值是否大于预设弯曲载荷幅值差值，若是，则执行步骤S43；若否，则执行步骤S44。

步骤S43、通过PID控制在调节曲轴样件5的弯曲载荷幅值，使曲轴样件5任一相邻两个弯曲载荷幅值的差值小于等于预设弯曲载荷幅值差值，再执行步骤S44。

步骤S44、将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)。

i大于等于2时，P2_(i)＝P2_(i-1)+△P2,△P1＝K×△P2，P2₍₁₎、△P2和K均为已知值。

步骤5、判断曲轴样件5的振动频率是否小于等于预设振动频率，若是，则认为该曲轴样件5出现裂纹；若否，则令i＝i+1，并将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)，同时将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)；若是，则拆下曲轴样件5，并更换新的曲轴样件5，返回步骤1。

在通过本实施例提供的曲轴弯扭疲劳试验用系统进行曲轴弯扭疲劳试验时，一旦试验过程中听到有任何异响，则可能是曲轴样件5未夹紧等故障，需立即停止试验进行检修。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种曲轴弯扭疲劳试验用系统，曲轴样件(5)包括依次连接的第一主轴颈、第一曲柄、连杆颈、第二曲柄和第二主轴颈，其特征在于，所述曲轴弯扭疲劳试验用系统包括：

第一夹具(21)和位于所述第一夹具(21)上方的第二夹具(22)，所述第一夹具(21)用于夹紧所述第一主轴颈，所述第二夹具(22)用于夹紧所述第二主轴颈；

连接于所述第一夹具(21)的弯曲摆臂(13)；

多个扭转配重(31)，设置于所述弯曲摆臂(13)的上表面且沿所述弯曲摆臂(13)周向均匀分布，每个所述扭转配重(31)的重量可调；

连接于所述第二夹具(22)的扭转摆臂(12)；

扭转电磁驱动单元，用于施加交变扭转载荷至所述曲轴样件(5)，以使所述曲轴样件(5)发生扭转；

扭矩传感器(33)，用于测量所述曲轴样件(5)的扭矩；

第一频率测量单元，设于所述扭转摆臂(12)上，用于测量所述曲轴样件(5)的扭转振动频率；

设置于所述弯曲摆臂(13)的下表面的两个弯曲配重(41)，两个所述弯曲配重(41)关于所述弯曲摆臂(13)的竖直中心轴线对称分布，每个所述弯曲配重(41)均能沿所述弯曲摆臂(13)的径向移动或相对于所述弯曲摆臂(13)固定；

弯曲电磁驱动单元，用于施加交变弯曲载荷至所述曲轴样件(5)，以使所述曲轴样件(5)发生弯曲；

弯矩传感器(43)，用于测量所述曲轴样件(5)的弯矩；

第二频率测量单元，设于所述弯曲摆臂(13)上，用于测量所述曲轴样件(5)的弯曲振动频率。

2.根据权利要求1所述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，其特征在于，所述第一夹具(21)和所述第二夹具(22)均包括：

内套(231)，所述内套(231)上设有沿其轴向贯通设置的锁紧口，所述内套(231)与对应的所述主轴颈插接；

夹紧爪，用于夹紧所述内套(231)，使所述内套(231)的内壁抵接于对应所述主轴颈的外壁；

驱动单元，用于驱动所述夹紧爪夹紧或松开所述内套(231)。

3.根据权利要求1所述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，其特征在于，所述扭转电磁驱动单元包括：

多个连接于所述扭转摆臂(12)的扭转电磁铁(32)，沿所述扭转摆臂(12)周向均匀分布；

第一电流换向器，与所述扭转电磁铁(32)电连接，用于控制所述扭转电磁铁(32)的电流换向和电流大小。

4.根据权利要求1所述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，其特征在于，所述弯曲电磁驱动单元包括：

两个连接于所述弯曲摆臂(13)的弯曲电磁铁(42)，两个所述弯曲电磁铁(42)沿所述弯曲摆臂(13)的竖直中心轴线对称分布；

第二电流换向器，与所述弯曲电磁铁(42)电连接，用于控制所述弯曲电磁铁(42)的电流换向和电流大小。

5.根据权利要求1所述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，其特征在于，还包括粘贴于所述连杆颈上的应变片。

6.一种曲轴弯扭疲劳试验方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的曲轴弯扭疲劳试验用系统，包括以下步骤：

步骤S1、加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的B％，调节扭转配重(31)的重量，使扭转电磁驱动单元的电流小于对应的预设扭转电流，并记录扭转振动频率；再将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)，i＝1，2，3…，i大于等于2时，P1_(i)＝P1_(i-1)+△P1，P1₍₁₎和△P1均为已知值；

步骤S2、加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的C％，控制弯曲配重(41)相对于弯曲摆臂(13)径向移动，使弯曲电磁驱动单元的电流小于对应的预设弯曲电流，且使弯曲振动频率等于扭转振动频率；再将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)，i大于等于2时，P2_(i)＝P2_(i-1)+△P2,△P1＝K×△P2，P2₍₁₎、△P2和K均为已知值；

步骤S3、判断曲轴样件(5)的振动频率是否小于等于预设振动频率，若是，则认为该曲轴样件(5)出现裂纹；若否，则令i＝i+1，并返回步骤S3。

7.根据权利要求6所述的曲轴弯扭疲劳试验方法，其特征在于，所述B和所述C均等于80。

8.根据权利要求6所述的曲轴弯扭疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S1中，在加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的B％之前，依次加载扭转载荷至预设扭转疲劳载荷的30％和50％，调节扭转配重(31)的重量，使每个扭转载荷下扭转电磁驱动单元的电流均小于对应的预设扭转电流；

在步骤S2中，在加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的C％之前，依次加载弯曲载荷至预设弯曲疲劳载荷的30％和50％，控制弯曲配重(41)相对于弯曲摆臂(13)径向移动，使每个弯曲载荷下弯曲电磁驱动单元的电流小于对应的预设弯曲电流，且使弯曲振动频率等于扭转振动频率。

9.根据权利要求6所述的曲轴弯扭疲劳试验方法，其特征在于，在步骤S1中，在记录扭转振动频率之后，判断第一预设时间内曲轴样件(5)任一相邻两个扭转载荷幅值的差值是否大于预设扭转载荷幅值差值，若是，则通过PID控制调节曲轴样件(5)的扭转载荷幅值，使曲轴样件(5)任一相邻两个扭转载荷幅值的差值小于等于预设扭转载荷幅值差值，之后，再将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)；若否，则将试验扭矩加载至预设试验扭矩P1_(i)；

将试验弯矩加载至预设试验扭矩P2_(i)之前，判断第二预设时间内曲轴样件(5)任一相邻两个弯曲载荷幅值的差值是否大于预设弯曲载荷幅值差值，若是，则通过PID控制在调节曲轴样件(5)的弯曲载荷幅值，使曲轴样件(5)任一相邻两个弯曲载荷幅值的差值小于等于预设弯曲载荷幅值差值，之后，再将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)；若否，则将试验弯矩加载至预设试验弯矩P2_(i)。

10.根据权利要求6所述的曲轴弯扭疲劳试验方法，其特征在于，在步骤S1之前，控制弯曲电磁驱动单元断电，在弯曲摆臂(13)上施加不同的静态载荷，记录不同静态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器(43)的测量值，以获取表示不同静态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器(43)的测量值关系的静态应变曲线；

控制弯曲电磁驱动单元通电使弯曲电磁铁(42)产生交变电流，对弯曲摆臂(13)施加不同的动态载荷，记录不同动态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器(43)的测量值，以获取表示不同动态载荷下应变片的测量值以及弯矩传感器(43)的测量值关系的动态应变曲线；

根据静态应变曲线和动态应变曲线选择预设试验弯矩P1₍₁₎。

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