CN219348518U - 一种新型弯曲疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型弯曲疲劳试验装置，包括电磁振动台和振动放大工装；电磁振动台顶部的振动输出端与所述振动放大工装的底部固定连接；振动放大工装，用于固定连接金属棒材试验件；振动放大工装包括底板、左悬臂结构和右悬臂结构；所述底板，与所述电磁振动台顶部的振动输出端固定连接；所述左悬臂结构和右悬臂结构分别设置于所述底板的顶部左右两端；所述左悬臂结构的前端和右悬臂结构的前端分别设置有左圆环形安装座和右圆环形安装座；所述左圆环形安装座和右圆环形安装座，分别用于固定连接所述金属棒材试验件的左右两端。本实用新型设计科学，可以获得金属棒材试验件在规定的弯曲应力水平下的高周弯曲疲劳特性，具有重大的实践意义。

Description

一种新型弯曲疲劳试验装置

技术领域

本实用新型涉及疲劳试验技术领域，特别是涉及一种新型弯曲疲劳试验装置。

背景技术

目前，为了获取金属棒材的弯曲疲劳极限和应力疲劳SN曲线，需要对金属棒材进行弯曲疲劳寿命的测试。金属棒材可以是各种材料的金属棒材，如钢、铝合金等材料。

为了准确测试金属棒材的弯曲疲劳寿命，需对金属棒材进行弯曲疲劳试验。弯曲疲劳(flexural fatigue，又称屈挠疲劳)，是材料在交变弯曲应力作用下发生损伤乃至断裂的过程。现有金属材料的弯曲疲劳试验装置，一般包括旋转弯曲疲劳和拉压式弯曲疲劳两种。

但是，目前还没有一种弯曲疲劳试验装置，能够方便、可靠地对金属棒材进行弯曲疲劳试验，保证试验效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种新型弯曲疲劳试验装置。

为此，本实用新型提供了一种新型弯曲疲劳试验装置，包括电磁振动台和振动放大工装；

所述电磁振动台顶部的振动输出端，与所述振动放大工装的底部固定连接；

所述振动放大工装，用于固定连接需要进行弯曲疲劳试验的金属棒材试验件；

其中，所述振动放大工装，包括底板、左悬臂结构和右悬臂结构；

所述底板，与所述电磁振动台顶部的振动输出端固定连接；

所述左悬臂结构和右悬臂结构，分别设置于所述底板的顶部左右两端；

所述左悬臂结构的前端和右悬臂结构的前端，分别设置有左圆环形安装座和右圆环形安装座；

所述左圆环形安装座和右圆环形安装座为左右对称分布；

所述左圆环形安装座和右圆环形安装座，分别用于固定连接所述金属棒材试验件的左右两端。

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种新型弯曲疲劳试验装置，其设计科学，其采用电磁振动台输出振动，进而通过振动放大工装，将放大量级的径向振动传递给金属棒材试验件，使金属棒材上的弯曲应力达到试验要求的应力水平，进而可以获得金属棒材试验件在规定的弯曲应力水平下的高周弯曲疲劳特性，具有重大的实践意义。

具体应用上，对于本实用新型，其作为一种金属棒材的高频高周弯曲疲劳试验装置，采用电磁振动台按照金属棒材的一阶弯曲模态频率输出高频振动，进而通过振动放大工装，可以将放大量级的径向振动传递给金属棒材的两个端部，使金属棒材上的弯曲应力达到试验要求的应力水平。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种新型弯曲疲劳试验装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种新型弯曲疲劳试验装置中，振动放大工装的立体结构示意图；

图3为本实用新型的一种新型弯曲疲劳试验装置的局部剖面图；

图4为本实用新型的一种新型弯曲疲劳试验装置，所需要测试的一种金属棒材试验件的立体结构示意图；

图5为本实用新型的一种新型弯曲疲劳试验装置，所需要测试的一种金属棒材试验件的左右两端分别连接左端试验件转接件和右端试验件转接件时的立体结构示意图；

图中，1为电磁振动台、2为振动放大工装；

201为右悬臂结构，202为左悬臂结构，203为右圆环形安装座，204为左圆环形安装座，205为底板，206为工装加速度传感器安装孔，207为工装径向安装孔，208为工装轴向紧固孔；

3为金属棒材试验件，4为左端试验件转接件，5为右端试验件转接件；501为右端试验件转接件的轴向紧固孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本专利的描述中，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”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。

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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1至图5，本实用新型提供了一种新型弯曲疲劳试验装置，包括电磁振动台1和振动放大工装2；

所述电磁振动台1顶部的振动输出端(即动圈)，与所述振动放大工装2的底部固定连接；

所述振动放大工装2，用于固定连接需要进行弯曲疲劳试验的金属棒材试验件3；

其中，所述振动放大工装2，包括底板205、左悬臂结构202和右悬臂结构201；

所述底板205，与所述电磁振动台1顶部的振动输出端(即动圈)固定连接；

所述左悬臂结构202和右悬臂结构201，分别设置于所述底板205的顶部左右两端；

所述左悬臂结构202的前端和右悬臂结构201的前端，分别设置有左圆环形安装座204和右圆环形安装座203；

所述左圆环形安装座204和右圆环形安装座203为左右对称分布；

所述左圆环形安装座204和右圆环形安装座203，分别用于固定连接所述金属棒材试验件3的左右两端。

在本实用新型中，具体实现上，所述左圆环形安装座204内，设置有横向贯穿分布的第一转接件安装通孔；

所述右圆环形安装座203内，设置有横向分布的第二转接件安装凹槽；

第二转接件安装凹槽的左侧开口；

所述金属棒材试验件3的左右两端，分别与左端试验件转接件4和右端试验件转接件5相连接；

所述左端试验件转接件4和右端试验件转接件5，分别设置于第一转接件安装通孔和第二转接件安装凹槽中。

具体实现上，所述左端试验件转接件4的右端，设置有右侧开口的试验件左端连接螺纹孔；

所述右端试验件转接件5的左端，设置有左侧开口的试验件右端连接螺纹孔；

所述金属棒材试验件3的左右两端，分别与试验件左端连接螺纹孔和试验件右端连接螺纹孔相螺纹固定连接。

具体实现上，第一转接件安装通孔的内径，大于第二转接件安装凹槽的内径。

具体实现上，所述左端试验件转接件4与第一转接件安装通孔之间为间隙配合；

所述右端试验件转接件5与第二转接件安装凹槽之间为间隙配合。

具体实现上，所述左圆环形安装座204和所述右圆环形安装座203的径向底部，分别设置有至少一个工装径向安装孔207(其为螺纹孔)；

所述左圆环形安装座204上的工装径向安装孔207的顶部开口，与第一转接件安装通孔相连通；

所述右圆环形安装座203上的工装径向安装孔207的顶部开口第二转接件安装凹槽相连通；

所述左圆环形安装座204和所述右圆环形安装座203，分别通过至少一个第一螺栓，来压紧固定所述左端试验件转接件4和右端试验件转接件5；

第一螺栓从下往上穿过工装径向安装孔207(其为螺纹孔)并且与工装径向安装孔207相螺纹固定连接；

第一螺栓的顶端，与第一转接件安装通孔内的左端试验件转接件4底部或者第二转接件安装凹槽内的右端试验件转接件5底部相顶紧接触。

具体实现上，所述右圆环形安装座203在第二转接件安装凹槽的右侧，设置有垂直分布的、圆形的挡板；

所述挡板上，设置有横向分布的工装轴向紧固孔208；

所述工装轴向紧固孔208，与第二转接件安装凹槽相连通；

所述右圆环形安装座203，通过一个第二螺栓，来压紧固定所述右端试验件转接件5；

所述第二螺栓从右往左穿过所述工装轴向紧固孔208，并且与工装轴向紧固孔208相螺纹固定连接；

所述第二螺栓的左端，与所述右端试验件转接件5的右端相连接。具体结构如下：

对于所述右端试验件转接件5，其右端设置有横向分布的右端试验件转接件的轴向紧固孔501(螺纹孔)；

右端试验件转接件的轴向紧固孔501的右侧开口；

所述第二螺栓的左端，与右端试验件转接件的轴向紧固孔501相螺纹固定连接。

具体实现上，第二转接件安装凹槽的形状为圆柱形；

所述工装轴向紧固孔208与第二转接件安装凹槽，位于同一横向中心轴线上。

具体实现上，所述左圆环形安装座204和所述右圆环形安装座203的上部，分别设置有一个径向分布的工装加速度传感器安装孔206；

每个工装加速度传感器安装孔206中，分别设置有一个加速度传感器。

在本实用新型中，具体实现上，所述电磁振动台1，固定设置在一个振动台安装底座6的中部顶面。

具体实现上，振动台安装底座6的整体形状为“凵”字形。

在本实用新型中，具体实现上，电磁振动台，可以实现高频振动的输出，可使金属棒材试验件在其一阶弯曲模态频率下振动，经设计可达到1000～2000Hz之间。

在本实用新型中，具体实现上，振动放大工装，优选地，其材质采用高强度钢42CrMo，通过工装悬臂的长度及间距设计，以实现不同长度的金属棒材试验件的安装，以及达到较大的振动放大效果，即经设计，振动放大工装的悬臂结构(包括悬臂结构202和右悬臂结构201)的一阶弯曲模态频率不小于金属棒材试验件试验频率的120％。

需要说明的是，对于本实用新型的振动放大工装，其悬臂结构(包括悬臂结构202和右悬臂结构201)端部设置了一体式圆环形安装座，保证结构强度，并在安装座的径向布置了螺栓孔(即工装径向安装孔207)，用于压紧试验件转接件(包括左端试验件转接件4和右端试验件转接件5)。

对于本实用新型的振动放大工装，其悬臂端部的圆环形安装座的竖直方向布置了加速度传感器的安装孔(即工装加速度传感器安装孔206)，避免了在试验过程中加速度传感器由于使用常规的粘接工艺安装而脱落。

对于本实用新型的振动放大工装，其悬臂端部的圆环形安装座的内径为一大一小两种规格(即左圆环形安装座204内上的第一转接件安装通孔的内径，大于右圆环形安装座203上的第二转接件安装凹槽的内径)，并与试验件转接件之间采用间隙配合，以保证较好的振动传递。

小内径安装座(即右圆环形安装座203)的轴向端部设置挡板，并可通过第二螺栓在轴向将右端试验件转接件5紧固在右圆环形安装座203上，以避免试验过程中金属棒材试验件发生轴向窜动。

在本实用新型中，具体实现上，振动放大工装2的底板205，与所述电磁振动台1顶部的振动输出端(即动圈)，通过多个紧固螺栓(具体包括十二个紧固螺栓，底板上设置有十二个紧固螺栓通孔)固定连接。

在本实用新型中，具体实现上，左端试验件转接件4和右端试验件转接件5，优选地，采用高强度钢42CrMo，并通过螺纹连接的方式与金属棒材试验件的两端相连接。

在本实用新型中，具体实现上，金属棒材试验件两端的两个试验件连接件(即左端试验件转接件4和右端试验件转接件5)的外径，用于配合振动放大工装，两个试验件连接件为一大一小两种规格，便于金属棒材试验件和试验件连接件在装配完成后，可从振动放大工装一侧(具体是左侧)的圆环形安装座(即左圆环形安装座204)插入来完成安装。

具体实现上，电磁振动台1是现有技术成熟的公知设备，例如可以采用北京航天希尔测试技术有限公司生产的型号为IPA180L/H1859A的电磁振动台，作为动力源，用于通过振动放大工装对金属棒材提供高频交变的弯曲应力。当然，不限于此型号。

具体实现上，加速度传感器是现有技术成熟的公知传感器，例如，可以此案有瑞士奇石乐集团生产的型号为8774B500S的加速度传感器，用于电磁振动台的振动输出控制。当然，不限于此型号。

为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案，下面说明本实用新型的工组装过程。

首先，金属棒材试验件3的左右两端通过螺接方式分别与左端试验件转接件4及右端试验件转接件5连接，形成装配好的初步结构。

然后，将装配好的结构从振动放大工装2的左侧，依次插入左圆环形安装座204和右圆环形安装座203，而后分别通过工装径向安装孔207和工装轴向紧固孔208，分别与左端试件转接件4在径向上紧固连接以及与右端试件转接件5在轴向上紧固连接。

然后，在振动放大工装2的工装加速度传感器安装孔206上安装加速度传感器，用于加速度调试控制。

为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案，下面说明本实用新型的工试验过程。

首先，根据材料属性，截面积尺寸以及一阶弯曲模态频率的要求(1000～2000Hz)来确定金属棒材试验件3的长度，并进行试制。

然后，根据金属棒材试验件的材料属性及尺寸，设计振动放大工装2的右悬臂结构201和左悬臂结构202的长度，右悬臂结构201和左悬臂结构202是等长的，并保证振动放大工装2与金属棒材试件3及其连接件(左端试件转接件4及右端试件转接件5)的整体装配状态下，右悬臂结构201和左悬臂结构202的一阶弯曲模态频率不小于金属棒材试件3的试验频率的120％，而后进行试制。

然后，将金属棒材试验件3的两端分别与左端试件转接件4及右端试件转接件5按照标准力矩进行螺纹连接。

然后，按照仿真结果，在金属棒材试验件3上的预设最大弯曲应力位置安装应变片，用于监测金属棒材的应力。

然后，将金属棒材试验件3安装到振动放大工装2上，并保证应变片处于径向弯曲的最大应力位置。

然后，将振动放大工装2按照到电磁振动台1上。

然后，将加速度传感器安装到振动放大工装2上。

然后，启动电磁振动台1，调试振动放大工装2上的加速度量级，直至应变满足疲劳试验要求。

与现有技术相比较，本实用新型提供的新型弯曲疲劳试验装置，具有如下有益效果：

1、本实用新型中采用电磁振动台输出高频振动，加载频率可根据经设计的金属棒材一阶弯曲模态频率达到1000～2000Hz，在试验效率上优势明显；

2、本实用新型采用振动放大工装，能够在保证金属棒材上弯曲应力的同时，有效降低电磁振动台的输出，降本增效。

综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供的一种新型弯曲疲劳试验装置，其设计科学，其采用电磁振动台输出振动，进而通过振动放大工装，将放大量级的径向振动传递给金属棒材试验件，使金属棒材上的弯曲应力达到试验要求的应力水平，进而可以获得金属棒材试验件在规定的弯曲应力水平下的高周弯曲疲劳特性，具有重大的实践意义。

具体应用上，对于本实用新型，其作为一种金属棒材的高频高周弯曲疲劳试验装置，采用电磁振动台按照金属棒材的一阶弯曲模态频率输出高频振动，进而通过振动放大工装，可以将放大量级的径向振动传递给金属棒材的两个端部，使金属棒材上的弯曲应力达到试验要求的应力水平。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，包括电磁振动台(1)和振动放大工装(2)；

所述电磁振动台(1)顶部的振动输出端，与所述振动放大工装(2)的底部固定连接；

所述振动放大工装(2)，用于固定连接需要进行弯曲疲劳试验的金属棒材试验件(3)；

其中，所述振动放大工装(2)，包括底板(205)、左悬臂结构(202)和右悬臂结构(201)；

所述底板(205)，与所述电磁振动台(1)顶部的振动输出端固定连接；

所述左悬臂结构(202)和右悬臂结构(201)，分别设置于所述底板(205)的顶部左右两端；

所述左悬臂结构(202)的前端和右悬臂结构(201)的前端，分别设置有左圆环形安装座(204)和右圆环形安装座(203)；

所述左圆环形安装座(204)和右圆环形安装座(203)为左右对称分布；

所述左圆环形安装座(204)和右圆环形安装座(203)，分别用于固定连接所述金属棒材试验件(3)的左右两端。

2.如权利要求1所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，所述左圆环形安装座(204)内，设置有横向贯穿分布的第一转接件安装通孔；

所述右圆环形安装座(203)内，设置有横向分布的第二转接件安装凹槽；

第二转接件安装凹槽的左侧开口；

所述金属棒材试验件(3)的左右两端，分别与左端试验件转接件(4)和右端试验件转接件(5)相连接；

所述左端试验件转接件(4)和右端试验件转接件(5)，分别设置于第一转接件安装通孔和第二转接件安装凹槽中。

3.如权利要求2所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，所述左端试验件转接件(4)的右端，设置有右侧开口的试验件左端连接螺纹孔；

所述右端试验件转接件(5)的左端，设置有左侧开口的试验件右端连接螺纹孔；

所述金属棒材试验件(3)的左右两端，分别与试验件左端连接螺纹孔和试验件右端连接螺纹孔相螺纹固定连接。

4.如权利要求2所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，第一转接件安装通孔的内径，大于第二转接件安装凹槽的内径。

5.如权利要求2所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，所述左端试验件转接件(4)与第一转接件安装通孔之间为间隙配合；

所述右端试验件转接件(5)与第二转接件安装凹槽之间为间隙配合。

6.如权利要求2所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，所述左圆环形安装座(204)和所述右圆环形安装座(203)的径向底部，分别设置有至少一个工装径向安装孔(207)；

所述左圆环形安装座(204)上的工装径向安装孔(207)的顶部开口，与第一转接件安装通孔相连通；

所述右圆环形安装座(203)上的工装径向安装孔(207)的顶部开口第二转接件安装凹槽相连通；

所述左圆环形安装座(204)和所述右圆环形安装座(203)，分别通过至少一个第一螺栓，来压紧固定所述左端试验件转接件(4)和右端试验件转接件(5)；

第一螺栓从下往上穿过工装径向安装孔(207)并且与工装径向安装孔(207)相螺纹固定连接；

第一螺栓的顶端，与第一转接件安装通孔内的左端试验件转接件(4)底部或者第二转接件安装凹槽内的右端试验件转接件(5)底部相顶紧接触。

7.如权利要求2所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，所述右圆环形安装座(203)在第二转接件安装凹槽的右侧，设置有垂直分布的、圆形的挡板；

所述挡板上，设置有横向分布的工装轴向紧固孔(208)；

所述工装轴向紧固孔(208)，与第二转接件安装凹槽相连通；

所述右圆环形安装座(203)，通过一个第二螺栓，来压紧固定所述右端试验件转接件(5)；

所述第二螺栓从右往左穿过所述工装轴向紧固孔(208)，并且与工装轴向紧固孔(208)相螺纹固定连接；

所述第二螺栓的左端，与所述右端试验件转接件(5)的右端相连接。

8.如权利要求7所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，对于所述右端试验件转接件(5)，其右端设置有横向分布的右端试验件转接件的轴向紧固孔(501)；

右端试验件转接件的轴向紧固孔(501)的右侧开口；

所述第二螺栓的左端，与右端试验件转接件的轴向紧固孔(501)相螺纹固定连接。

9.如权利要求7所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，第二转接件安装凹槽的形状为圆柱形；

所述工装轴向紧固孔(208)与第二转接件安装凹槽，位于同一横向中心轴线上。

10.如权利要求1至9中任一项所述的新型弯曲疲劳试验装置，其特征在于，所述左圆环形安装座(204)和所述右圆环形安装座(203)的上部，分别设置有一个径向分布的工装加速度传感器安装孔(206)；

每个工装加速度传感器安装孔(206)中，分别设置有一个加速度传感器。

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