CN115436199B - 一种针对焊接结构的疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对焊接结构的疲劳试验装置，包括试验台、试件固定架、安全保护支架、杠杆支架、加载梁、加载电机及偏心轮，试件固定架、杠杆支架以及安全保护支架依次间隔安装在试验台的上侧面；加载梁沿试验台的长度方向延伸布置，加载梁中部通过杠杆轴铰接在杠杆支架上，加载梁的两端分别为加载端和试件装配端，加载端超出试验台的一端并布置在试验台的一端外侧，试件装配端邻近试件固定架布置且与试件固定架之间预留有试件装配间隙；安全保护支架邻近加载端设置，安全保护支架通过销轴与加载梁可拆卸连接；加载电机安装在加载梁的加载端，加载电机通过传动机构与偏心轮传动连接并驱动偏心轮转动来产生载荷，试验效率高、成本低、可靠性高。

Description

一种针对焊接结构的疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及焊接结构疲劳试验相关技术领域，具体涉及一种针对焊接结构的疲劳试验装置。

背景技术

T型板焊接结构是由若干平板拼焊而成，广泛应用于各种车辆底盘等产品中。在使用过程中，由于车辆底盘全寿命期内承受疲劳载荷，且焊接工艺自身会给结构带来一定的初始损伤因素，底盘焊接结构很容易发生疲劳破坏。

为避免发生产品损坏和灾难性事故，对某些关键性承载结构，需进行严格的结构疲劳强度摸底试验，并根据试验结果开展结构疲劳强度设计。以往的方式都是通过疲劳试验机进行，但这种方式周期长、费用高，且相应疲劳试件尺寸小，加载能力小，很难满足大型焊接结构件疲劳试验的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的通过疲劳试验机进行结构疲劳强度试验存在周期长、费用高，且相应疲劳试件尺寸小、加载能力小等，为了解决该技术问题，本发明提供了一种针对焊接结构的疲劳试验装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种针对焊接结构的疲劳试验装置，包括试验台、试件固定架、安全保护支架、杠杆支架、加载梁、加载电机以及偏心轮，所述试件固定架、杠杆支架以及安全保护支架依次间隔安装在所述试验台的上侧面；所述加载梁沿所述试验台的长度方向延伸布置，所述加载梁的中部通过杠杆轴铰接在所述杠杆支架上，所述加载梁的两端分别为加载端和试件装配端，所述加载端超出所述试验台的一端并布置在试验台的一端外侧，所述试件装配端邻近所述试件固定架布置且与试件固定架之间预留有试件装配间隙；所述安全保护支架邻近所述加载端设置，所述安全保护支架通过销轴与所述加载梁可拆卸连接；所述加载电机安装在所述加载梁的加载端，所述加载电机通过传动机构与偏心轮传动连接并驱动偏心轮转动来产生载荷。

本发明的有益效果是：本发明的疲劳试验装置，采用加载电机驱动偏心轮产生加载力作为疲劳载荷，并通过加载梁放大后施加在试件上，试验效率高、成本低、可靠性高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述加载电机的输出轴上设有驱动锥齿轮，所述传动机构包括第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮，所述第一传动锥齿轮与第一偏心轮连接，所述第二传动锥齿轮与第二偏心轮连接，所述驱动锥齿轮分别与第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮传动连接，并驱动第一传动锥齿轮带动第一偏心轮转动以及驱动第二传动锥齿轮带动第二偏心轮转动。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用两个相同的共轴等速反向转动的偏心轮产生离心力的水平分量相互抵消，由此叠加形成正弦形式的垂向力作为疲劳载荷，并通过加载梁进行放大后施加在试件上，提高了试验效率和试验的可靠性。

进一步，所述加载电机为立式加载电机，所述加载电机的输出轴竖直朝下布置；所述第一偏心轮和第二偏心轮平行间隔布置，所述第一偏心轮和第二偏心轮均竖直布置在所述传动机构背离所述加载梁的一侧；所述第一偏心轮的轴线和第二偏心轮的轴线均与所述加载梁的延伸方向平行。

进一步，所述传动机构还包括传动壳体，所述第一传动锥齿轮的第一齿轮轴通过第一轴承连接在所述传动壳体内，所述第二传动锥齿轮的第二齿轮轴通过第二轴承连接在所述传动壳体内，所述第一齿轮轴为中空结构，所述第一齿轮轴伸出所述传动壳体的一端与第一偏心轮固定连接，所述第二齿轮轴一端同轴穿过所述第一齿轮轴的中空结构并伸出传动壳体后与第二偏心轮固定连接，所述第二齿轮轴与所述第一齿轮轴的中空结构内侧壁通过第三轴承连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：使两个传动锥齿轮之间的装配结构更加紧凑可靠，实现了稳定的共轴等速反向转动。

进一步，所述第一齿轮轴和第二齿轮轴均水平布置，所述第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮平行间隔布置且分别传动连接在所述驱动锥齿轮的两侧。

进一步，所述试验台的上侧面开设有沿自身长度方向延伸的燕尾滑槽，所述试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架分别通过燕尾滑块滑动连接在所述燕尾滑槽内。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置燕尾滑槽，方便在试验台上根据需要设置试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架的位置。

进一步，所述试验台的上侧面开设有沿自身长度方向延伸的倒T型滑槽，所述试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架分别通过紧固螺栓实现与倒T型滑槽的锁紧。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置倒T型滑槽，方便试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架在试验台上移动后进行锁紧定位。

进一步，所述试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架上均设有锁定孔，所述锁定孔内连接有紧固螺栓，所述紧固螺栓的上端设有锁紧螺母，所述紧固螺栓的下端设有限位滑块，所述限位滑块滑动设置在所述倒T型滑槽内。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置限位滑块，方便与倒T型滑槽进行配合限位。

进一步，所述加载梁上开设有多个用于杠杆轴或销轴穿过的通孔，多个通孔沿所述加载梁的长度方向间隔排布；所述试验台外还设有伸缩式保护罩，所述伸缩式保护罩罩设在所述试验台上且能够沿所述试验台的长度方向伸缩。

采用上述进一步方案的有益效果是：伸缩式保护罩可以对加载过程进行保护，提高了安全性。

进一步，所述安全保护支架靠近所述加载电机的一端设有安全保护开关，所述加载梁底面对应所述安全保护开关的位置还设有保护凸块；所述加载电机还连接有计数器。

采用上述进一步方案的有益效果是：疲劳试验过程中，加载梁的加载端会上下跳动，当疲劳试件产生损伤或裂纹后，加载梁的加载端跳动量加大，因此触发安全保护支架上的安全保护开关，系统断电，试验结束，然后通过计数器得到疲劳载荷循环次数。

附图说明

图1为本发明针对焊接结构的疲劳试验装置的立体结构示意图；

图2为本发明针对焊接结构的疲劳试验装置的俯视结构示意图；

图3为本发明针对焊接结构的疲劳试验装置的侧视结构示意图一；

图4为本发明针对焊接结构的疲劳试验装置的侧视结构示意图二；

图5为图4中A-A的剖视结构示意图；

图6为图5中A部的放大结构示意图；

图7为本发明带有伸缩式保护罩的疲劳试验装置的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、试验台；11、燕尾滑槽；12、倒T型滑槽；13、紧固螺栓；14、锁紧螺母；15、限位滑块；

2、试件固定架；21、锁定孔；

3、安全保护支架；31、销轴；32、安全保护开关；

4、杠杆支架；41、杠杆轴；

5、加载梁；51、加载端；52、试件装配端；53、通孔；54、保护凸块；

6、加载电机；61、驱动锥齿轮；

7、传动机构；71、传动壳体；72、第一传动锥齿轮；73、第二传动锥齿轮；74、第一轴承；75、第二轴承；76、第三轴承；77、第一齿轮轴；78、第二齿轮轴；

8、第一偏心轮；81、第二偏心轮；9、伸缩式保护罩；10、试件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1～图6所示，本实施例的一种针对焊接结构的疲劳试验装置，包括试验台1、试件固定架2、安全保护支架3、杠杆支架4、加载梁5、加载电机6以及偏心轮，所述试件固定架2、杠杆支架4以及安全保护支架3依次间隔安装在所述试验台1的上侧面，所述杠杆支架4位于所述试件固定架2与所述安全保护支架3之间；所述加载梁5沿所述试验台1的长度方向延伸布置，所述加载梁5的中部通过杠杆轴41铰接在所述杠杆支架4上，所述加载梁5的两端分别为加载端51和试件装配端52，所述加载端51超出所述试验台1的一端并布置在试验台1的一端外侧，所述试件装配端52邻近所述试件固定架2布置且与试件固定架2之间预留有试件装配间隙；所述安全保护支架3邻近所述加载端51设置，所述安全保护支架3通过销轴31与所述加载梁5可拆卸连接；所述加载电机6安装在所述加载梁5的加载端51，所述加载电机6通过传动机构7与偏心轮传动连接并驱动偏心轮转动来产生载荷。本实施例的疲劳试验装置，采用加载电机6驱动偏心轮产生加载力作为疲劳载荷，并通过加载梁5放大后施加在试件10上，试验效率高、成本低、可靠性高。

其中，本实施例的试验台1可采用钢锭结构，所述试件固定架2、杠杆支架4、加载梁5、安全保护支架3均采用高强钢。所述加载电机6可采用钢结构；所述传动机构7可采用钢制齿轮系结构，所述偏心轮可采用钢结构。所述试件固定架2、安全保护支架3、杠杆支架4可均采用U型支架结构，可将加载梁5从U型支架结构的上端开口处限位装配在U型支架结构内。

如图1～图6所示，本实施例的所述加载电机6的输出轴上设有驱动锥齿轮61，所述传动机构7包括第一传动锥齿轮72和第二传动锥齿轮73，所述第一传动锥齿轮72与第一偏心轮8连接，所述第二传动锥齿轮73与第二偏心轮81连接，所述驱动锥齿轮61分别与第一传动锥齿轮72和第二传动锥齿轮73传动连接，并驱动第一传动锥齿轮72带动第一偏心轮8转动以及驱动第二传动锥齿轮73带动第二偏心轮81转动。采用两个相同的共轴等速反向转动的偏心轮产生离心力的水平分量相互抵消，由此叠加形成正弦形式的垂向力作为疲劳载荷，并通过加载梁进行放大后施加在试件上，提高了试验效率和试验的可靠性。

如图1～图6所示，本实施例的所述加载电机6为立式加载电机，所述加载电机6的输出轴竖直朝下布置；所述第一偏心轮8和第二偏心轮81平行间隔布置，所述第一偏心轮8和第二偏心轮81均竖直布置在所述传动机构7背离所述加载梁5的一侧；所述第一偏心轮8的轴线和第二偏心轮81的轴线均与所述加载梁5的延伸方向平行。

如图5和图6所示，本实施例的一个具体方案为，所述传动机构7还包括传动壳体71，所述第一传动锥齿轮72的第一齿轮轴77通过第一轴承74连接在所述传动壳体71内，所述第二传动锥齿轮73的第二齿轮轴78通过第二轴承75连接在所述传动壳体71内，所述第一齿轮轴77为中空结构，所述第一齿轮轴77伸出所述传动壳体71的一端与第一偏心轮8固定连接，所述第二齿轮轴78一端同轴穿过所述第一齿轮轴77的中空结构并伸出传动壳体71后与第二偏心轮81固定连接，所述第二齿轮轴78与所述第一齿轮轴77的中空结构内侧壁通过第三轴承76连接。使两个传动锥齿轮之间的装配结构更加紧凑可靠，实现了稳定的共轴等速反向转动。

如图6所示，本实施例的一个具体方案为，所述第一齿轮轴77和第二齿轮轴78均水平布置，所述第一传动锥齿轮72和第二传动锥齿轮73平行间隔布置且分别传动连接在所述驱动锥齿轮61的两侧。

如图1～图4所示，本实施例的一个优选方案为，所述试验台1的上侧面开设有沿自身长度方向延伸的燕尾滑槽11，所述试件固定架2、安全保护支架3以及杠杆支架4分别通过燕尾滑块滑动连接在所述燕尾滑槽11内。通过设置燕尾滑槽，方便在试验台上根据需要设置试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架的位置。

如图4所示，本实施例的一个进一步方案为，所述试验台1的上侧面开设有沿自身长度方向延伸的倒T型滑槽12，所述倒T型滑槽与所述燕尾滑槽平行间隔布置。所述试件固定架2、安全保护支架3以及杠杆支架4分别通过紧固螺栓13实现与倒T型滑槽12的锁紧。通过设置倒T型滑槽，方便试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架在试验台上移动后进行锁紧定位。

如图2和图3所示，本实施例的所述试件固定架2、安全保护支架3以及杠杆支架4上均设有锁定孔21，所述锁定孔21内连接有紧固螺栓13，所述紧固螺栓13的上端设有锁紧螺母14，所述紧固螺栓13的下端设有限位滑块15，所述限位滑块15滑动设置在所述倒T型滑槽12内。通过设置限位滑块，方便与倒T型滑槽进行配合限位。

如图1、图3和图5所示，本实施例的所述加载梁5上开设有多个用于杠杆轴41或销轴31穿过的通孔53，多个通孔53沿所述加载梁5的长度方向间隔排布；如图7所示，本实施例的所述试验台1外还设有伸缩式保护罩9，所述伸缩式保护罩9罩设在所述试验台1上且能够沿所述试验台1的长度方向伸缩。所述伸缩式保护罩9可采用类似套娃的结构形式进行套设。具体可将试验台1固定在一块装配板上，然后将伸缩式保护罩9的一端固定在装配板上，然后再将伸缩式保护罩9的其余部分都滑动设置在装配板上即可。伸缩式保护罩9可以对加载过程进行保护，提高了安全性。伸缩式保护罩可采用钢化玻璃，能够随时观察内部的试验状态。

如图1和图3所示，本实施例的所述安全保护支架3靠近所述加载电机6的一端设有安全保护开关32，所述加载梁5底面对应所述安全保护开关32的位置还设有保护凸块54；所述加载电机6还连接有计数器。所述安全保护开关32可采用常见货架产品。疲劳试验过程中，加载梁的加载端会上下跳动，当疲劳试件产生损伤或裂纹后，加载梁的加载端跳动量加大，因此触发安全保护支架上的安全保护开关，系统断电，试验结束，然后通过计数器得到疲劳载荷循环次数。

本实施例的针对焊接结构的疲劳试验装置的工作过程为，本实施例的试件10可采用T型板焊接结构，先将销轴31穿过安全保护支架3以及加载梁5的邻近加载端51的通孔53内，将加载梁5的加载端51先定位在安全保护支架3上，使加载梁5整体结构稳定。将T型板焊接结构的顶板竖向布置且固定在试件固定架2靠近所述加载梁5的一侧且位于装配间隙内，然后再将T型板焊接结构的竖板水平固定在加载梁5的试件装配端52。拔掉销轴31，然后将伸缩式保护罩9拉到最长的位置，将整个试验台1罩设住，启动立式加载电机，立式加载电机通过输出轴带动驱动锥齿轮61运转，驱动锥齿轮61带动与之传动连接的第一传动锥齿轮72和第二传动锥齿轮73转动，第一传动锥齿轮72和第二传动锥齿轮73共轴设置，且第一传动锥齿轮72和第二传动锥齿轮73的轴线均与驱动锥齿轮61的轴线垂直，两个传动锥齿轮分别带动与之连接的偏心轮，两个偏心轮的形状结构相同。通过立式加载电机通过传动机构7带动两个相同结构的偏心轮进行共轴等速反向转动，两个偏心轮离心力的水平分量相互抵消，从而生成典型的垂向疲劳载荷；然后此载荷通过加载梁5传递到T型板焊接结构疲劳试件10上，以此开展疲劳试验。疲劳试验过程中，加载梁5的加载端51会上下跳动，当疲劳试件产生损伤或裂纹后，加载梁5的加载端51跳动量加大，因此，通过底部的保护凸块54触发安全保护支架3上的安全保护开关32，系统断电，试验结束，然后通过计数器得到疲劳载荷循环次数。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种针对焊接结构的疲劳试验装置，其特征在于，包括试验台、试件固定架、安全保护支架、杠杆支架、加载梁、加载电机以及偏心轮，所述试件固定架、杠杆支架以及安全保护支架依次间隔安装在所述试验台的上侧面；所述加载梁沿所述试验台的长度方向延伸布置，所述加载梁的中部通过杠杆轴铰接在所述杠杆支架上，所述加载梁的两端分别为加载端和试件装配端，所述加载端超出所述试验台的一端并布置在试验台的一端外侧，所述试件装配端邻近所述试件固定架布置且与试件固定架之间预留有试件装配间隙；所述安全保护支架邻近所述加载端设置，所述安全保护支架通过销轴与所述加载梁可拆卸连接；所述加载电机安装在所述加载梁的加载端，所述加载电机通过传动机构与偏心轮传动连接并驱动偏心轮转动来产生载荷；

所述加载电机的输出轴上设有驱动锥齿轮，所述传动机构包括第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮，所述第一传动锥齿轮与第一偏心轮连接，所述第二传动锥齿轮与第二偏心轮连接，所述驱动锥齿轮分别与第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮传动连接，并驱动第一传动锥齿轮带动第一偏心轮转动以及驱动第二传动锥齿轮带动第二偏心轮转动；

所述加载电机为立式加载电机，所述加载电机的输出轴竖直朝下布置；所述第一偏心轮和第二偏心轮平行间隔布置，所述第一偏心轮和第二偏心轮均竖直布置在所述传动机构背离所述加载梁的一侧；所述第一偏心轮的轴线和第二偏心轮的轴线均与所述加载梁的延伸方向平行；

所述传动机构还包括传动壳体，所述第一传动锥齿轮的第一齿轮轴通过第一轴承连接在所述传动壳体内，所述第二传动锥齿轮的第二齿轮轴通过第二轴承连接在所述传动壳体内，所述第一齿轮轴为中空结构，所述第一齿轮轴伸出所述传动壳体的一端与第一偏心轮固定连接，所述第二齿轮轴一端同轴穿过所述第一齿轮轴的中空结构并伸出传动壳体后与第二偏心轮固定连接，所述第二齿轮轴与所述第一齿轮轴的中空结构内侧壁通过第三轴承连接；

所述加载梁上开设有多个用于杠杆轴或销轴穿过的通孔，多个通孔沿所述加载梁的长度方向间隔排布；所述试验台外还设有伸缩式保护罩，所述伸缩式保护罩罩设在所述试验台上且能够沿所述试验台的长度方向伸缩。

2.根据权利要求1所述一种针对焊接结构的疲劳试验装置，其特征在于，所述第一齿轮轴和第二齿轮轴均水平布置，所述第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮平行间隔布置且分别传动连接在所述驱动锥齿轮的两侧。

3.根据权利要求1所述一种针对焊接结构的疲劳试验装置，其特征在于，所述试验台的上侧面开设有沿自身长度方向延伸的燕尾滑槽，所述试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架分别通过燕尾滑块滑动连接在所述燕尾滑槽内。

4.根据权利要求1至3任一项所述一种针对焊接结构的疲劳试验装置，其特征在于，所述试验台的上侧面开设有沿自身长度方向延伸的倒T型滑槽，所述试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架分别通过紧固螺栓实现与倒T型滑槽的锁紧。

5.根据权利要求4所述一种针对焊接结构的疲劳试验装置，其特征在于，所述试件固定架、安全保护支架以及杠杆支架上均设有锁定孔，所述锁定孔内连接有紧固螺栓，所述紧固螺栓的上端设有锁紧螺母，所述紧固螺栓的下端设有限位滑块，所述限位滑块滑动设置在所述倒T型滑槽内。

6.根据权利要求1所述一种针对焊接结构的疲劳试验装置，其特征在于，所述安全保护支架靠近所述加载电机的一端设有安全保护开关，所述加载梁底面对应所述安全保护开关的位置还设有保护凸块；所述加载电机还连接有计数器。