平板彎曲疲勞試驗機的製作方法
2023-04-27 03:05:31 2
專利名稱：平板彎曲疲勞試驗機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料的性能試驗設備，特別是彎曲疲勞試驗機。
技術背景疲勞破壞是機器設備零部件失效的主要形式之一，目前預防疲勞破壞的有效方法主要 是進行疲勞試驗，估算出運動部件的疲勞壽命，以此確定機器及零部件的使用時效。疲勞 試驗機是材料疲勞性能研究中必不可少的設備。所以很多人設計了彎曲疲勞試驗機，例如 中國專利"迭加載荷旋轉彎曲疲勞試驗機"(申請號為87210621)，它由高頻低幅加載機構和低頻槓桿琺碼加載機構及機座、主軸箱、夾頭、試件腐蝕箱和電機等部件構成。它可 以對金屬材料試件進行腐蝕介質下旋轉彎曲具有低頻大幅、高頻小幅迭加載荷的疲勞試驗， 是對金屬材料旋轉彎曲雙頻疲勞特性研究的必備設備。但是，本發明人認為，上述專利存 在缺陷，它不能進行動態監控，而且對試件採用腐蝕介質，使試驗機有所損傷。另一份中國專利"一種基於聲發射技術的旋轉設備故障檢測儀"(申請號為200710063088)，它由 聲發射傳感器、信號調理和自動增益放大模塊、數位訊號處理模塊等三部分組成。信號調 理和自動增益放大模塊包括前置放大器(l)、數字電位器(2)、加法器(3)、單片機(5)和雙 路比較器(6)構成的增益自動調整閉合控制迴路和陷波器(7)、低通濾波器(8)等幾部分。數 字信號處理模塊包括DSP數位訊號處理器(ll)、 Flash數據存儲器(12)、 RAM數據存儲器 (13)、 RS232串口晶片(14)、可編程邏輯控制器(15)、鍵盤(16)、 LCD顯示器(17)等各部 分組成。此儀器抗環境噪聲幹擾能力強、儀器檢測實時性好、獲取設備運行狀態信息豐富、 易於實現小型化。然而，該文獻所述的檢測儀體積較大，控制系統較複雜，成本較高。 發明內容本發明的目的是通過充分的理論研究和實踐的基礎上，綜合應用聲發射檢測技術、機 電一體化技術及計算機技術，研製一種滿足機器設備零部件(金屬材料)對疲勞試驗的要 求，能動態監控、檢測、試件(材料)的疲勞狀況的，結構較簡單的基於聲發射技術的小 型平板彎曲疲勞試驗機。本發明的技術方案如下小型平板彎曲疲勞試驗機包括機械裝置、載荷加載裝置、檢測裝置、顯示或記錄裝置等幾個等部件，其特徵在於機械裝置、載荷加載裝置合為一體，機械裝置及載荷加載 裝置採用偏心輪旋轉機構和動載荷加載方式，檢測裝置包括載荷檢測系統和試件檢測系統 兩部分，載荷檢測系統由接近開關和電子式累加計數器等組成，其主要作用是測定試件載荷 值，累計循環載荷的次數，統計試件的疲勞壽命等；試件檢測系統採用聲發射傳感電子技 術和計算機技術，試件裝在機械裝置及載荷加載裝置上，載荷加載裝置對機械裝置上的試 件加載，試件上安裝聲發射傳感器，聲發射傳感器連接檢測裝置，先將信號放大，再輸入 到計算機，最後由顯示或記錄裝置得到材料彎曲疲勞測試結果。測試結果能夠實時顯示交 變載荷循環次數、試件載荷值及輸出轉速(頻率)。以上所述的採用偏心輪旋轉機構和動載荷加載方式的機械裝置包括機架、夾具、驅動 裝置等，夾具安裝在夾具支承座上，夾具支承座固定在機架上，夾具上設有夾板，試件裝 在夾板和驅動杆上，驅動杆通過連杆鉸接塊與連杆連接，連杆上安裝偏心輪，偏心輪固定 在轉軸上，轉軸上還安裝齒輪或鏈輪，電動機輸出軸通過齒輪或鏈條傳遞到齒輪或鏈輪上， 系統的曲柄滑塊機構將轉軸的迴轉運動變成驅動杆的往復直線運動，給試件施加交變載荷， 曲柄的長度可自由調節，試驗振幅可根據試驗需要通過改變曲柄的長度來調節，試驗的激 振頻率通過改變轉速來實現。以上所述的試件檢測系統包括聲發射傳感器和信號比較電路、信號放大電路(前置放 大器)、穩壓電路和輸出電路(數據採集卡)，穩壓電路將市電降壓、整流、濾波，給檢測 裝置提供穩定的電源；聲發射傳感器將信號輸入到信號比較電路，經過比較和邏輯分析， 經過信號放大電路和輸出電路，傳到計算機中，轉變成材料彎曲疲勞數據，在顯示器顯示 或列印。在試驗過程中可以通過聲發射信號的變化情況動態監控、檢測試件的疲勞狀況， 循環次數、載荷值、輸出轉速(頻率)等物理量可通過計算機等外設顯示出來，具有停電 保持功能，在試驗過程中可實時存儲和顯示試件疲勞裂紋聲發射信號，較好地監控判斷試 件(材料)的疲勞過程。本發明的彎曲疲勞試驗機可以進行三點彎曲疲勞試驗以及懸臂彎曲疲勞試驗，兩種試 驗的機械裝置和載荷加載裝置除了夾具有所改變以外，也都採用偏心輪旋轉機構和動載荷 加載方式。本發明的實質性特點和顯著的進步是1.本發明的疲勞試驗機屬於技術密集型的測試裝置，目前它已經涉及到機械、液壓、 電子、材料、測量、自動控制等許多技術領域，並且還綜合了近代閉環伺服、數字顯示、 機電一體化以及電子計算機等高新技術，可以廣泛應用於新材料開發、結構設計和機械、船舶、航空、航天、人體力學性能研究等方面。2. 本發明可全程監控試件的疲勞過程，在試驗過程中，檢測系統可通過檢測試件加載 過程的聲發射信號的變化情況，全程監控試件的疲勞過程。3. 該裝置結構簡單、體積緊湊。控制系統簡單，功率消耗小，工作可靠性較好、試驗 成本低。適應性廣、檢測精度高。特別是採用自動化技術，代替了試驗人員的手工操作， 減少了易引入操作性誤差的人為參與環節，並且使精確度較高的複雜算法得以應用，顯著 的提高了疲勞試驗的精確性。
圖1是彎曲疲勞試驗機的部件以及連接結構示意圖。圖2是載荷檢測裝置電路原理圖。圖3是三點彎曲疲勞試驗機的結構示意圖。圖4是懸臂彎曲疲勞試驗機的結構示意圖。圖中部件名稱機架l、防松螺母2、連杆鉸接塊3、連杆4、偏心輪5、驅動杆6、滑槽(導軌)7、 夾具支承座8、軸承9、夾具IO、試件ll、試件夾板12、軸承13、轉軸14、齒輪15、螺 母16、壓緊試件螺母17、試件18、夾具19。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明進一步說明。通過使用不同的裝夾夾具，可以分別完成三點彎曲疲勞試驗和懸臂彎曲疲勞試驗，夾 具間的距離可以調節，適應不同尺寸平板試件的疲勞試驗。實施例l:完成三點彎曲疲勞試驗。如附圖2所示，本發明的機械裝置包括機架l、防 松螺母2、連杆鉸接塊3、連杆4、偏心輪5、驅動杆6、滑槽(導軌)7、夾具支承座8、 軸承9、夾具IO、試件ll、試件夾板12、軸承13、轉軸14、齒輪15、螺母16。機架l放 置在試驗場地上，驅動杆6固定在滑槽(導軌)7，下端用防松螺母2緊固，轉軸14上安 裝有軸承13、齒輪15和螺母16，它們安裝在機架l的側面，試件11用試件夾板12安裝 在夾具10間，夾具10上有夾具支承座8和軸承9，驅動杆6和轉軸14通過連杆4與偏心 輪5鉸接。實施例2:完成懸臂彎曲疲勞試驗。如附圖3所示，本發明包括，機架l、防松螺母2、 連杆鉸接塊3、連杆4、偏心輪5、驅動杆6、滑槽(導軌)7、試件夾板17、試件18、夾具19、軸承座ll、軸承12、轉軸13、齒輪14、螺母15，機架l放置在試驗場地上，驅動 杆6固定在滑槽(導軌)7，下端用防松螺母2緊固，轉軸14上安裝有軸承13、齒輪15 和螺母16，它們安裝在機架l的側面，試件18用試件夾板17安裝在夾具19間，驅動杆6 和轉軸14通過連杆4與偏心輪5鉸接。進行彎曲疲勞試驗時將平板試件安裝在夾具上，轉軸13帶動偏心輪5旋轉，與偏心 輪5連接的連杆4將旋轉運動轉化成上下移動的往復運動，給平板試件施加動載荷，聲發 射傳感器固定在平板試件上，聲發射傳感器捕捉到的信號經前置放大器放大後通過同軸電 纜傳輸到數據採集卡(即聲發射信號採集系統，由獨立的採集模塊和計算機系統相連組成) 中進行處理，進而對試件的疲勞狀況進行監控、檢測，在試驗過程中可以通過改變轉軸轉 速和偏心距大小來改變加載的頻率和振幅，試驗結果可通過計算機顯示、存儲及列印(如 附圖4所示)。試驗方法將平板試件安裝在夾具上，轉軸帶動偏心輪旋轉，與偏心輪連接的連杆將旋轉運動轉 化成上下移動的往復運動，給平板試件施加動載荷。聲發射傳感器固定在平板試件上，聲 發射傳感器捕捉到的信號經前置放大器放大後通過同軸電纜傳輸到數據採集卡(即聲發射 信號採集系統，由獨立的採集模塊和計算機系統相連組成)中進行處理，進而對試件的疲 勞狀況進行監控、檢測。
權利要求
1. 一種小型平板彎曲疲勞試驗機，包括機械裝置、載荷加載裝置、檢測裝置、顯示或記錄裝置，其特徵在於機械裝置、載荷加載裝置合為一體，機械裝置及載荷加載裝置採用偏心輪旋轉機構和動載荷加載方式，檢測裝置包括載荷檢測系統和試件檢測系統兩部分，載荷檢測系統由接近開關和電子式累加計數器等組成，試件檢測系統採用聲發射傳感電子技術和計算機技術，試件裝在機械裝置及載荷加載裝置上，載荷加載裝置對機械裝置上的試件加載，試件上安裝聲發射傳感器，聲發射傳感器連接載荷檢測裝置，先將信號放大，再輸入到計算機技術，最後由顯示或記錄裝置得到材料彎曲疲勞測試結果。
2、 根據權利要求l所述的小型平板彎曲疲勞試驗機，其特徵在於所述的採用偏心輪 旋轉機構和動載荷加載方式的機械裝置包括機架、夾具、驅動裝置，夾具安裝在夾具支承 座上，夾具支承座固定在機架上，夾具上設有夾板，試件裝在夾板和驅動杆上，驅動杆通 過連杆鉸接塊與連杆連接，連杆上安裝偏心輪，偏心輪固定在轉軸上，轉軸上還安裝齒輪 或鏈輪，電動機輸出軸通過齒輪或鏈條傳遞到齒輪或鏈輪上，系統的曲柄滑塊機構將轉軸 的迴轉運動變成驅動杆的往復直線運動，給試件施加交變載荷，曲柄的長度可自由調節， 試驗振幅可根據試驗需要通過改變曲柄的長度來調節，試驗的激振頻率通過改變轉速來實 現。
3、 根據權利要求l所述的小型平板彎曲疲勞試驗機，其特徵在於所述的試件檢測系 統包括聲發射傳感器和信號比較電路、信號放大電路或前置放大器、穩壓電路和輸出電路 或數據採集卡，穩壓電路將市電降壓、整流、濾波，給載荷檢測裝置提供穩定的電源；聲 發射傳感器將信號輸入到信號比較電路，經過比較和邏輯分析，經過信號放大電路和輸出 電路，傳到計算機中，轉變成材料彎曲疲勞數據，在顯示器顯示或列印。
4、 根據權利要求l所述的小型平板彎曲疲勞試驗機，其特徵在於它進行三點彎曲疲勞 試驗以及懸臂彎曲疲勞試驗上的應用。
全文摘要
一種小型平板彎曲疲勞試驗機，是能動態監控、檢測、試件(材料)的疲勞狀況的基於聲發射技術的平板彎曲疲勞試驗機，它包括機械裝置、載荷加載裝置、檢測裝置、顯示或記錄裝置等幾個等部件機械裝置、載荷加載裝置合為一體，機械裝置及載荷加載裝置採用偏心輪旋轉機構和動載荷加載方式，檢測裝置包括載荷檢測系統和試件檢測系統兩部分，載荷檢測系統由接近開關和電子式累加計數器等組成，試件檢測系統採用聲發射傳感電子技術和計算機技術，試件裝在機械裝置及載荷加載裝置上，載荷加載裝置對機械裝置上的試件加壓，試件上安裝聲發射傳感器，聲發射傳感器連接載荷檢測裝置，信號輸入到計算機技術，再由顯示或記錄裝置得到材料彎曲疲勞測試結果。
文檔編號G01N3/34GK101271052SQ200810073530
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月8日 優先權日2008年4月8日
發明者吳彤峰, 曾德良, 李曉萍, 毛漢領, 毛漢穎, 範健文, 黃振峰 申請人:廣西工學院