CN213903190U - 可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置，包括驱动电机、驱动偏心单元和支撑单元；所述驱动偏心单元包括驱动轴，其一端与旋转头相连接，在旋转头的中心部位设有一滑板座，滑板座与旋转轴径向配合；工装夹具通过旋转支座与滑板座相连接；驱动轴与辅助支撑座相配合，在驱动轴上还旋接有同步带轮；同步带轮与设置在机架上的伺服电机通过同步带配合；还包括旋接在驱动轴外侧的螺杆套和螺母套，螺母套与同步带轮固定连接，螺杆套前端与旋转头上的伸缩杆连接，伸缩杆端部与滑板座上部斜面相配合；所述滑板座、弹簧销和伸缩杆配合组成偏心调整机构。本方案结构简单，有效解决了无法在线调整应力大小的问题。

Description

可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置

技术领域

本实用新型属于波纹管检测装置技术领域，具体涉及可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置，特别适用于带径向载荷控制的卡套接头及管路的旋转弯曲应力疲劳试验。

背景技术

应力疲劳又称“高周疲劳”。高周疲劳是指小型试样在变动载荷（应力）试验时，疲劳断裂寿命10万次周次的疲劳过程。由于这种疲劳中所施加的交变应力水平都处于弹性变形范围内，所以从理论上讲，试验中既可以控制应力，也可以控制应变，但在试验方法上控制应力要比控制应变容易得多。因此，高周疲劳试验都是在控制应力条件下进行的，并以材料最大应力

或应力振幅

和循环断裂寿命N的关系（即S-N曲线）和疲劳极限

作为疲劳抗力的特性和指标。它们在动力设备或类似机械构件的选材、工艺和安全设计中都是最重要的材料力学性能数据。在已有的高周疲劳特性数据中，以旋转弯曲的数据最丰富。这是因为这是因为这类试验装置结构及操作都很简单和方便，且平均应力

，循环完全对称，即应力比R=-1。这和大多数轴类零件的服役条件也是很接近的.但是检测设备的检测方法有手动调节和在线自动调节，还存在缺点，手动调节需要停机调整应力，处于静态，跟实际动态还有在区别，测试结果不够准确。而现有的在线调节设备多采用电滑环方案，电机直驱偏心量调节设备，这种设备调节偏心虽然直接结构简单，但是电滑环的寿命是一大弊病，往往做一次试验或几次试验，需要更换电滑环。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置，以解决现有旋转弯曲在线应力疲劳试验技术中无法自动实施恒定应力值的限制，且设备高寿命的问题。

为实现目的，本实用新型采用如下技术方案：可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置，其特征在于：包括设置在机架上的驱动电机，与驱动电动相配合的驱动偏心单元，与被测试件相配合的支撑单元；所述驱动偏心单元包括驱动轴，驱动轴位于驱动偏心单元的内部，一端与旋转头相连接，在旋转头的中心部位设有一滑板座，滑板座与旋转轴径向滑动配合，滑板座还与设置在旋转头内部的弹簧销斜面相配合；工装夹具通过旋转支座与滑板座相连接；驱动轴位于驱动偏心单元外部的部分与辅助支撑座相配合，在驱动轴上还旋接有同步带轮；同步带轮与设置在机架上的伺服电机通过同步带配合；还包括旋接在驱动轴外侧的螺杆套和螺母套，螺母套与同步带轮固定连接，螺杆套前端与旋转头上的伸缩杆连接，伸缩杆端部与滑板座上部斜面相配合；所述滑板座、弹簧销和伸缩杆配合组成偏心调整机构。

进一步的：在机架上设置有导向滑轨，所述卡盘支撑组件通过导向滑轨与机架配合，在卡盘支撑组件下部还设置有机械锁。

本实用新型的有益效果是：

1、平台上所有固定试件装置具有定心结构，可保证各种零部件进行弯曲测试时，可精确找准水平中心位置，尤其以轴类零部件为主，可以精确调节被测试件固定端及弯曲应力施加端平衡位置同轴线，减小安装时外力引起的材料弯曲应力，进而实现被测试件初始状态应力符合要求；

2、本实用新型通过动态应变采集系统的监视，可实时监测反馈应力应变值，使应力应变可按照要求控制在相同应力应变试验条件内；

3、本实用新型通过旋转运动使固定于旋转端的试件实现弯曲位移偏移，从而使固定于试件固定端的试件根部产生相应的应力和应变；

4、旋转运动产生的偏移位移量大小可通过机械传动方式进行旋转运动过程中的调整，不用采用电滑环或者停机进行偏移量调整的方式，实现了在线调整的测量方式；

5、在线调整的动力依靠伺服电机控制系统配大减速比减速机和小螺距丝杆传动，调节偏心量，精度高；

6、依靠动态应变仪与伺服电机控制系统实现闭环控制，可使测试过程中保持恒定弯曲应力和应变；

7、测试设备寿命高，频率高，可进行高频下的弯曲寿命测试，最大频率可达60Hz。

附图说明：

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型中驱动偏心部件示意图。

图中：1-驱动电机；2-联轴器；3-驱动偏心部件；4-伺服电机；5-机架；6-防护罩；7-被测试件；8-卡盘支撑组件；9-导向滑轨；10-机械锁；3.1-工装夹具； 3.2-旋转支座； 3.3-滑板座；3.4-旋转头；3.5-伸缩杆；3.6-弹簧销；3.7-螺杆套；3.8-螺母套；3.9-同步带轮；3.10-辅助支撑座；3.11-驱动轴。

具体实施方式

下面结合图1和图2对本实用新型的可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置具体实施方式作进一步说明。

如图1和图2所示为实用新型的可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置，驱动电机1固定安装在机架5上平台板左侧，输出轴端通过联轴器2与驱动轴3.11相连；驱动轴3.11中间部位用辅助支撑座3.10支撑，末端与驱动偏心部件3的内部旋转旋转头3.4连接，使输出端机构能随电机1做高速旋转运动；在中心轴侧向放置一个伺服电机4，安装固定在机架平台板上5，通过同步带3.9与驱动偏心组件3上的同步带轮3.9同步连接传动，驱动其中螺母套3.8旋转，带动与之配合的螺杆套3.7在轴向做伸缩运动；螺杆套3.7与旋转头3.4上的伸缩杆3.5连接；在旋转部输出端，旋转头3.4中心部位有一个滑板座3.3，旋转头端部固定有带孔压板，将滑板座封在旋转头内部，滑板座在旋转头内部在旋转头带动下旋转，且可在旋转头内沿轴径向滑动（具体可通过轨道或限位槽结构实现），与中间部位的弹簧销3.6和侧向伸缩杆3.5配合组成偏心调整机构，弹簧销在弹簧力的作用下向外弹出，通过斜面将滑板座向上（以图2中方向为例说明）顶起，同时，滑板座在伸缩杆的作用下，向下移动，从而可根据需要调整滑板座的径向位置，进而调整旋转支座和工装夹具的位置，使其与驱动轴以及卡盘支撑组件的轴心产生偏移，从而增大测试件的应力，反之可减少应力；在滑板座3.3上有一个径向可以动的旋转支座3.2，位于压板外侧，靠螺栓限位紧固在滑板上3.3，在安装试件8时完成，根据分度盘与指示箭头预先调节应力值到达指定试验应力值附近，减少在线调节量。

根据动态应变系统采集系统的监测，通过结构的内部特点实现在伺服电机的带动下，在试验正常运行下，驱动滑板座3.3径向移动，调节试件8的应力值。达到标准要求并记录位移，从而有效保证了试验在恒定应力下进行，结果准确可靠，实现在线自动调节应力值，保证试件在理想的一个应力区间内进行试验。

本实用新型的测试过程步骤如下：

1、调节偏心机构回到原点；旋转旋转头3.4回到原点，即工装夹具3.1与驱动轴3.11同轴状态；

2、安装试件，将贴好应变片的被测试件8一端与旋转头3.4上的工装夹具3.1连接，一侧与卡盘支撑组件9连接；

3、开机，打开动态应力检测系统，根据试验要求初调滑板座3.3上的旋转座3.2的径向位置，观察监控界面应力值，接近被测试件8规定的应力值范围；

4、设置旋转频率，规定应力值等参数，启动旋转电机，开始试验；

5、在试验过程中，根据应变片反馈的信号，判断试件8弯曲应力的大小，以及与设定试验应力值的偏差，控制伺服电机运动，通过同步带轮3.9带动螺母套3.8正反旋转运动，带动中心螺杆套3.7前后移动，推拉插入旋转头3.4中的伸缩杆3.5，使与之配合的滑板座3.3机构在其手伸缩杆3.5和弹簧销3.6的作用力下，径向移动，改变试件的应变大小，实时保持试件在规定的应力范围内做疲劳试验；

6、根据应力监测和试件内部压力监控判断试件疲劳寿命。

本实用新型结构中，伺服电机设置在主设备旋转机构的旁侧，通过同步带轮与嵌入旋转结构的偏心调节机构中的同步带轮相连接，驱动其中固定安装在外壳上的螺母套旋转，带动与之配合的螺杆套在轴向做伸缩运动；末端与后端的旋转机构中的伸缩杆通过轴承连接与固定，实现相互无干扰可自由旋转和伸缩的功能传递；驱动镶嵌在在旋转部输出端的偏心滑台，伸缩杆伸出时驱动滑板径向向圆心方向移动，使试件应变变小，应力值随之变小；当伸缩螺杆做轴向后移时，滑板座在弹簧销和向心力的作用下，做径向偏离圆心的移动，使试件应变变大，应力值随之变大。在测试过程中应力监测系统通过贴在被测试件上的应变片，实时监测应力值，传递给系统，判断输出信号控制伺服电机，根据实时情况调节被测试件的应力值。此处采用小螺距丝杆和大减速比的配合组成一套非接触式高精度调节机构。驱动电机固定在机架上平台板上，输出端通过联轴器与后驱动轴连接；驱动轴中间部位与辅助支撑轴承架连接，末端与驱动偏心组件内部旋转输出部件相连接，使输出端机构能随电机做高速旋转运动；在滑板上有一个径向可以动的回转座，靠螺栓限位紧固在滑板上，在外圈壳体上有圆周分度盘，旋转头上有指标箭头，在安装试件时，可准确保证试件水平与偏移方向，使预设应力值到达指定试验应力值附近。在驱动偏心组件的后侧安置一个滑动移动支座，支座上方安装中心卡盘，用与固定试件，保证与前侧同心。支座下侧有导向滑轨，并设置手动锁限制移动，实现试件的长度补偿，降低试件长度加工精度。

本实用新型所述方案中，平台上所有固定试件装置具有定心结构，可保证各种零部件进行弯曲测试时，可精确找准水平中心位置，尤其以轴类零部件为主，可以精确调节被测试件固定端及弯曲应力施加端平衡位置同轴线，减小安装时外力引起的材料弯曲应力，进而实现被测试件初始状态应力符合要求。本实用新型通过动态应变采集系统的监视，可实时监测反馈应力应变值，使应力应变可按照要求控制在相同应力应变试验条件内。本实用新型通过旋转运动使固定于旋转端的试件实现弯曲位移偏移，从而使固定于试件固定端的试件根部产生相应的应力和应变。旋转运动产生的偏移位移量大小可通过机械传动方式进行旋转运动过程中的调整，不用采用电滑环或者停机进行偏移量调整的方式，实现了在线调整的测量方式。在线调整的动力依靠伺服电机控制系统配大减速比减速机和小螺距丝杆传动，调节偏心量，精度高。依靠动态应变仪与伺服电机控制系统实现闭环控制，可使测试过程中保持恒定弯曲应力和应变。测试设备寿命高，频率高，可进行高频下的弯曲寿命测试，最大频率可达60Hz。

Claims (2)

1.可在线控制应力大小的金属管弯曲疲劳试验装置，其特征在于：包括设置在机架上的驱动电机，与驱动电动相配合的驱动偏心单元，与被测试件相配合的支撑单元；所述驱动偏心单元包括驱动轴，驱动轴位于驱动偏心单元的内部，一端与旋转头相连接，在旋转头的中心部位设有一滑板座，滑板座与旋转轴径向滑动配合，滑板座还与设置在旋转头内部的弹簧销斜面相配合；工装夹具通过旋转支座与滑板座相连接；驱动轴位于驱动偏心单元外部的部分与辅助支撑座相配合，在驱动轴上还旋接有同步带轮；同步带轮与设置在机架上的伺服电机通过同步带配合；还包括旋接在驱动轴外侧的螺杆套和螺母套，螺母套与同步带轮固定连接，螺杆套前端与旋转头上的伸缩杆连接，伸缩杆端部与滑板座上部斜面相配合；所述滑板座、弹簧销和伸缩杆配合组成偏心调整机构。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在机架上设置有导向滑轨；还包括卡盘支撑组件，所述卡盘支撑组件通过导向滑轨与机架配合，在卡盘支撑组件下部还设置有机械锁。

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