CN2679668Y - 无级加载式扭转疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属材料的物理试验设备，特别指利用磁粉离合器无级加载扭矩的扭转疲劳试验机。本实用新型在试件(3)两端设置带有滚动支承可旋转的夹头(4、41)，夹头(4)的一端联接减速器(2)驱动的曲柄摇杆机构(8)，曲柄摇杆机构(8)联接调速电动机(1)，其特征在于夹头(41)另一端枢接可无级加载扭矩的磁粉离合器，其中所述的磁粉离合器连接一个显示力矩的拉压传感器(7)。本实用新型首次将磁粉离合器应用于扭转疲劳试验机的设计中，实现了加载扭矩的无级调节与控制。简化了扭转疲劳试验机的结构。本扭转疲劳试验机结构简单可靠，成本低廉，操作方便。为国内试验机市场提供一种新型的扭转疲劳试验机。

Description

无级加载式扭转疲劳试验机

技术领域

本实用新型涉及金属材料的疲劳试验设备，特别指利用磁粉离合器无级加载扭矩的扭转疲劳试验机。

背景技术

疲劳破坏是机器零部件失效的形式之一，要确定零部件的疲劳极限，首先要确定材料的疲劳极限值(有的也可以直接做零部件的疲劳试验)。长期以来对于旋转弯曲疲劳强度的试验研究居多，而对扭转疲劳强度的试验研究极少。其主要原因是前者试验机简单，工作稳定性好。通常在测得弯曲疲劳强度б_-1以后，用它来换算扭转疲劳强度τ_-1。对于光滑试件，文[1]指出τ_-1和б_-1之比值一般在0.6-0.8之间。由于实验提供的τ_-1值相对来讲较少。上述比值是否满足更一般情况和是否存在与强度理论(塑性材料：[τ]＝(0.5-0.6)[б]；脆性材料：[τ]＝(0.8-1.0)[б])类似的关系，目前尚未完全清楚。因此需要一种简单可靠的疲劳试验机来对不同的材料做更多的扭转疲劳试验，以便取得更多的扭转疲劳强度的实验值τ_-1。在国内，据我们了解除吉林工业大学研制的用于汽车万向节、传动轴或半轴的扭转疲劳试验台和济南试金集团的PNS-3000型微机控制电液伺服扭转疲劳试验机外，还没有其它的扭转疲劳试验机产品。国外产品价格昂贵，国内产品品种单一，是扭转疲劳试验机市场的现状。其客观原因也许由于产品结构复杂，成本高，以致其价格居高不下。因此一般的设计部门不愿购买，只习惯从手册上查到б_-1，再简单地换算一下就可以得到τ_-1，在主观上也想省去再做试验的麻烦。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种结构简单可靠，操作方便，造价低的无级加载式扭转疲劳试验机。

本实用新型的技术方案是：在试件两端设置带有滚动支承可旋转的夹头，夹头的一端联接减速器驱动的曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构联接调速电动机，其特点是夹头另一端枢接可无级加载扭矩的磁粉离合器，其中所述的磁粉离合器连接一个显示力矩的拉压传感器。

本实用新型有以下优点：

1、首次将磁粉离合器应用于扭转疲劳试验机的设计中，实现了加载扭矩的无级调节与控制。简化了扭转疲劳试验机的结构。

2、一般疲劳试验机的循环应力的波形为正弦波，本扭转疲劳试验机的波形为梯形波。为疲劳破坏实验提供了一种新的稳定的波形。

3、本扭转疲劳试验机结构简单可靠，成本低廉，操作方便。为国内试验机市场提供一种新型的扭转疲劳试验机。

附图说明

图1是本实用新型传动方式和安装结构示意图

图2是本实用新型转矩与电流关系特征曲线图

具体实施方式

由图1可知，在试件(3)两端设置带有滚动支承可旋转的夹头(4、41)，夹头(4)的一端联接减速器(2)驱动的曲柄摇杆机构(8)，曲柄摇杆机构(8)联接调速电动机(1)，其特点是夹头(41)另一端枢接可无级加载扭矩的磁粉离合器，其中所述的磁粉离合器连接一个显示力矩的拉压传感器(7)。

本实用新型所述的磁粉离合器中的输出端枢接试件夹头(41)，另一端枢接转子(5)，磁粉离合器的定子上设有励磁圈(6)。

本实用新型为了确定加载值的精度，使用GB10128-88推荐采用的金属扭转试样(低碳钢圆形试样，直径为10mm，标距为100mm)来标定。只要调节励磁电流，若加载扭矩值定为25N·m，它可直接从拉压传感器(精度为0.5％)的读数得到，误差不超过1％。但是由于磁粉离合器处于滑差工作状态时的动态精度为3％，因此其读数也有波动，若取其平均值，误差不超过3％。由于磁粉离合器额定转矩大小不同(样机的磁粉离合器额定转矩；30N·m，额定电流：2A)，为测定不同应力水平下的τ_-1-N曲线，可制成不同额定载荷扭转疲劳试验机。

本实用新型样机中电动机的功率为250W，转速为1440rpm，减速器传动比为1∶50。改变减速器传动比，可改变加载速度。可研究加载速度对扭转疲劳破坏的影响。一旋转弯曲疲劳试验机相比，交变应力周期较长，实验周期也长。这一点正好与工程中的实际情况相符合。由于工程实际中大多数疲劳失效都要经过相当一段时间，并不会像在高频疲劳实验机上做实验的试件那样快速疲劳破坏。

本实用新型只需要在试件上制造一些缺陷(各方向的切口，小圆孔等)，就可以通过在扭转疲劳试验机上的试验，得出各种缺陷对扭转疲劳破坏的影响。

本实用新型的工作原理：电动机带动蜗轮蜗杆减速器转动，其输出使曲柄摇杆机构的曲柄转动，摇杆的摆动使试件的一个夹头往返转动，另一夹头与磁粉离合器的输出端相连。在离合器输入端，接一个拉压传感器拨杆。当励磁线圈两端加上某一电压时，线圈内将产生励磁电流。工作间隙的磁粉被磁化，形成磁粉链。当主动件旋转时，各磁粉链中磁粉颗粒间、磁粉与导磁体之间都因磨擦而产生摩擦力，从而将转矩传递至从动件。在一定的励磁电流作用下，离合器所能传递的转矩是一定的。转矩一电流的关系如图2所示。图中转矩与电流在工作范围内近似地成直线关系。而且，该转矩的大小不随转速的变化而变化。不同型号的磁粉离合器，其额定滑差转矩的大小不同。当摇杆的力矩在滑差转矩内时，输出轴与输入同步转动，二者无相对转动。摇杆的力矩可由传感器的读数得到。滑差转矩为离合器加给试件的最大转矩，当摇杆的力矩大于滑差转矩时，输入轴虽然随输出轴转动，但二都有相对转动。施加在试件上的力矩只能等于滑差转矩。通过传感器可得到滑差转矩的大小。当给予励磁线圈一定的电流时，会产生一定的滑差转矩。由于电流可以无线调节，故决定加载大小的滑差转矩也可以无级调节。

在曲柄摇杆机械中，摇杆设计成无急回运动(K＝1，θ＝0)。摇杆摆角γ有足够大，当两夹头装上试件后，摇杆转动使离合器处于滑差工作状态。试件所受的最大转矩为磁粉离合器滑差转矩T。当曲柄转一圈，试件所受的对称循环扭转作用，其值在±T之间变化。相应的剪应力也在±T/Wp之间变化。每完成一个循环，计数器计数一次。通过测得一组材料和尺寸相同的试件在不同剪应力水平下面的循环次数N，找到当N＞10⁶-10⁷的τ_-1，就会做出τ_-1-N曲线。

由于本试验机结构简单可靠，操作方便，且造价低廉，也可作为大专院校材料力学实验室的教学设备。

Claims (2)

1、一种无级加载式扭转疲劳试验机，在试件(3)两端设置带有滚动支承可旋转的夹头(4、41)，夹头(4)的一端联接减速器(2)驱动的曲柄摇杆机构(8)，曲柄摇杆机构(8)联接调速电动机(1)，其特征在于夹头(41)另一端枢接可无级加载扭矩的磁粉离合器，其中所述的磁粉离合器连接一个显示力矩的拉压传感器(7)。

2、根据权利要求1所述的无级加载式扭转疲劳试验机，其特征在于所述的磁粉离合器中的输出端枢接试件夹头(41)，另一端枢接磁粉离合器转子(5)，磁粉离合器的定子上设有励磁线圈(6)。