CN204008348U - 多用途高频疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多用途高频疲劳试验机，是由预置静载机构、加载谐振机构和微动磨损辅助加载机构组成，预置静载机构包是由试验机架、光杠、丝杠、静梁、动梁、传感器、上夹具和下夹具构成，加载谐振机构是由压电叠堆、板簧和弹性加载器构成，微动磨损辅助加载机构是由辅助夹具、辅助加载杆、微动磨损试件构成，本实用新型采用压电叠堆作为驱动力源，处于疲劳测试工作状态时，辅助夹具和弹性加载器分离，被测试样件被上下夹具固定。被测试样件和弹性加载器共同构成谐振系统；本实用新型处于微动磨损试验状态时，辅助夹具与弹性加载器分离，在辅助夹具上安装微动磨损夹具，使之与被测试样件表面接触。利用压电叠堆器提供动力，使微动磨损夹具和被测试样件产生小幅度的相对运动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高频率的疲劳试验和微动磨损装置，特别涉及一种多用途高频疲劳试验机。
背景技术
高频疲劳试验机广泛应用于对金属与非金属构件的拉压、扭转、弯曲、点蚀等疲劳性能的检测，属于疲劳检测与试验中应用范围最广、数量最多的一类设备，在机械、电子、航空、航天、冶金等领域有着广泛应用。现有高频疲劳试验机均是采用电磁驱动或者采用电液伺服驱动，一般工作频率不大于500Hz。但是材料的高周疲劳循环周次则介于105～107之间，超高周疲劳的循环周次更高达108以上。如此大的时间和经济成本限制了现阶段的高周及超高周疲劳试验及研究。而现有超声疲劳试验机频率则在20kHz左右，由此会带来材料疲劳性能的频率效应，同时超声疲劳试验机20kHz的工作频率限制了被测试件的大小，会带来疲劳性能的尺寸效应。
微动(Fretting))是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，名义上静止的接触表面间发生的振幅极小的相对运动(位移幅度一般为微米量级)，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。由外部振动源引的起紧配合构件的咬合、松动。微动可导致机械零部件接触表面磨损、损伤，并进一步引起材料表层裂纹的萌生和扩展及断裂，使零部件使用寿命显着降低。随着高科技领域对高精度、长寿命和高可靠性的要求，以及各种工况条件的日益苛刻，微动损伤的危害日益凸现，已成为引发灾难性事故的主要原因之一，被称为工业界的“癌症”。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，利用压电叠堆作为高频疲劳试验机的驱动源，提供一种工作于高频的多用途高频疲劳试验机，本实用新型可以进行拉压疲劳试验和微动磨损疲劳试验。
本实用新型采用压电叠堆作为驱动力源，处于疲劳测试工作状态时，辅助夹具和弹性加载器分离，被测试样件被上下夹具固定。被测试样件和弹性加载器共同构成谐振系统。由此在外部交变电信号驱动下，压电叠堆将电信号转化为机械振动，使整个系统处于谐振状态，被测试样件上亦有谐振振动及应力，同时预置静载机构为其提供静载，从而实现不同应力比的疲劳试验。
本实用新型处于微动磨损试验状态时，辅助夹具与弹性加载器分离，在辅助夹具上安装微动磨损夹具，使之与被测试样件表面接触。利用压电叠堆器提供动力，使微动磨损夹具和被测试样件产生小幅度的相对运动。
本实用新型是由预置静载机构、加载谐振机构和微动磨损辅助加载机构组成；
所述的预置静载机构包是由试验机架、光杠、丝杠、静梁、动梁、传感器、上夹具和下夹具构成，试验机架的一端固定设置有光杠和丝杠，光杠和丝杠的一端与机架固定连接，光杠和丝杠的另一端与静梁固定连接，动梁与光杠活动连接，可随着丝杠的转动沿着光杠上下移动，传感器的一端与动梁固定连接，传感器的另一端与上夹具固定连接；
所述的加载谐振机构是由压电叠堆、板簧和弹性加载器构成，压电叠堆固定设置在试验机架上，压电叠堆的下端与试验机架固定连接成一体，压电叠堆上端表面的中央设置有用于和板簧连接的连接孔，板簧为长方形，板簧的中间与压电叠堆相连，板簧的两侧与弹性加载器相连；所述弹性加载器为无盖圆筒状结构，弹性加载器无盖端直径方向有与板簧相连的连接孔，弹性加载器与板簧用螺丝相连，弹性加载器的有盖端设置有与下夹具连接的圆孔，下夹具与弹性加载器固定连接；
所述的微动磨损辅助加载机构是由辅助夹具、辅助加载杆、微动磨损试件构成，辅助夹具连接在光杠上，调整好位置后用螺丝锁紧与光杠固定；辅助夹具的圆周方向上有六个螺纹孔，与弹性加载器上的六个个螺纹孔对应，辅助夹具和辅助加载杆、微动磨损试件相连组成微动磨损试验的侧向加载机构，进行微动磨损试验。
本实用新型的工作原理和过程：
弹性加载器和板簧一方面用于缓冲载荷的刚性冲击，模拟现实中载荷的动态加载，另一方面可以通过改变弹性加载器的质量和板簧的弹性来调节整个试验机的谐振频率，使得试验机可以在共振频率下工作，增加振幅，节省能源。
在进行的疲劳试验时，首先将辅助夹具与弹性加载器分离开来，使之可以自由运动。然后将被测试样件安装在上夹具和下夹具之间。最后，在外部交变电信号驱动下，压电叠堆产生机械振动，使整个系统处于谐振状态，被测试样件上亦有谐振振动及应力；同时预置静载机构为其提供静载，从而实现不同应力比的疲劳试验。
在进行微动磨损试验时，利用辅助夹具进行侧向加载，将辅助夹具与辅助加载杆、微动磨损试件组装到一起构成微动磨损辅助加载机构，通过旋转辅助加载杆使微动磨损试件向被测试样件靠近并解除，进而进行侧向加载，完成被测试样件的固定以及侧向加载后，启动试验机，让压电叠堆带动被测试样件做微小幅度的上下振动来进行微动磨损试验。
本实用新型的有益效果：
与现有疲劳试验机相比，本实用新型的优点在于：
根据系统预置状态，可对试件进行不同应力比的(5kHz～15kHz)高频疲劳试验，相比于传统高频疲劳试验机，其结构简单体积小，缩短试验周期，高效节能；相比于现有超声疲劳试验机，减小了对材料疲劳性能的频率效应和尺寸效应，故相对于以上二者更适合于高周疲劳性能检测。同时兼有进行微动磨损试验的功能，一机多用。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的辅助夹具立体示意图。
图3是本实用新型的弹性加载器俯视图。
图4是本实用新型的弹性加载器半剖视图。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，本实用新型是由预置静载机构、加载谐振机构和微动磨损辅助加载机构组成；
所述的预置静载机构是由试验机架13、光杠2、丝杠3、静梁10、动梁9、传感器8、上夹具7和下夹具5构成，试验机架13的一端固定设置有光杠2和丝杠3，光杠2和丝杠3的一端与机架13固定连接，光杠2和丝杠3的另一端与静梁10固定连接，动梁9与光杠2活动连接，可随着丝杠3的转动沿着光杠2上下移动，传感器8的一端与动梁9固定连接，传感器8的另一端与上夹具7固定连接；
所述的加载谐振机构是由压电叠堆1、板簧12和弹性加载器11构成，压电叠堆1固定设置在试验机架13上，压电叠堆1的下端与试验机架13固定连接成一体，压电叠堆1上端表面的中央设置有用于和板簧12连接的连接孔，板簧12为长方形，板簧12的中间与压电叠堆1相连，板簧12的两侧与弹性加载器11相连；所述弹性加载器11为无盖圆筒状结构，弹性加载器11无盖端直径方向有与板簧12相连的连接孔，弹性加载器11与板簧12用螺丝相连，弹性加载器11的有盖端设置有与下夹具5连接的圆孔，下夹具5与弹性加载器11固定连接；
所述的微动磨损辅助加载机构是由辅助夹具4、辅助加载杆14、微动磨损试件15构成，辅助夹具4连接在光杠2上，调整好位置后用螺丝锁紧与光杠2固定；辅助夹具4的圆周方向上有六个螺纹孔，与弹性加载器11上的六个个螺纹孔对应，辅助夹具4和辅助加载杆14、微动磨损试件15相连组成微动磨损试验的侧向加载机构，进行微动磨损试验。
本实施例的工作原理和过程：
弹性加载器11和板簧12一方面用于缓冲载荷的刚性冲击，模拟现实中载荷的动态加载，另一方面可以通过改变弹性加载器11的质量和板簧12的弹性来调节整个试验机的谐振频率，使得试验机可以在共振频率下工作，增加振幅，节省能源。
在进行的疲劳试验时，首先将辅助夹具4与弹性加载器11分离开来，使之可以自由运动。然后将被测试样件6安装在上夹具7和下夹具5之间。最后，在外部交变电信号驱动下，压电叠堆1产生机械振动，使整个系统处于谐振状态，被测试样件6上亦有谐振振动及应力；同时预置静载机构为其提供静载，从而实现不同应力比的疲劳试验。
在进行微动磨损试验时，利用辅助夹具4进行侧向加载，将辅助夹具4与辅助加载杆14、微动磨损试件15组装到一起构成微动磨损辅助加载机构，通过旋转辅助加载杆14使微动磨损试件15向被测试样件6靠近并解除，进而进行侧向加载，完成被测试样件6的固定以及侧向加载后，启动试验机，让压电叠堆1带动被测试样件6做微小幅度的上下振动来进行微动磨损试验。
Claims (1)
1.一种多用途高频疲劳试验机，其特征在于：是由预置静载机构、加载谐振机构和微动磨损辅助加载机构组成；
所述的预置静载机构包是由试验机架(13)、光杠(2)、丝杠(3)、静梁(10)、动梁(9)、传感器(8)、上夹具(7)和下夹具(5)构成，试验机架(13)的一端固定设置有光杠(2)和丝杠(3)，光杠(2)和丝杠(3)的一端与机架(13)固定连接，光杠(2)和丝杠(3)的另一端与静梁(10)固定连接，动梁(9)与光杠(2)活动连接，可随着丝杠(3)的转动沿着光杠(2)上下移动，传感器(8)的一端与动梁(9)固定连接，传感器(8)的另一端与上夹具(7)固定连接；
所述的加载谐振机构是由压电叠堆(1)、板簧(12)和弹性加载器(11)构成，压电叠堆(1)固定设置在试验机架(13)上，压电叠堆(1)的下端与试验机架(13)固定连接成一体，压电叠堆(1)上端表面的中央设置有用于和板簧(12)连接的连接孔，板簧(12)为长方形，板簧(12)的中间与压电叠堆(1)相连，板簧(12)的两侧与弹性加载器(11)相连；所述弹性加载器(11)为无盖圆筒状结构，弹性加载器(11)无盖端直径方向有与板簧(12)相连的连接孔，弹性加载器(11)与板簧(12)用螺丝相连，弹性加载器(11)的有盖端设置有与下夹具(5)连接的圆孔，下夹具(5)与弹性加载器(11)固定连接；
所述的微动磨损辅助加载机构是由辅助夹具(4)、辅助加载杆(14)、微动磨损试件(15)构成，辅助夹具(4)连接在光杠(2)上，调整好位置后用螺丝锁紧与光杠(2)固定；辅助夹具(4)的圆周方向上有六个螺纹孔，与弹性加载器(11)上的六个个螺纹孔对应，辅助夹具(4)和辅助加载杆(14)、微动磨损试件(15)相连组成微动磨损试验的侧向加载机构，进行微动磨损试验。
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