負荷試驗機的製作方法
2023-04-26 01:42:36 1
專利名稱：負荷試驗機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別用於疲勞試驗的負荷試驗機以便通過在試件上施加循環的壓縮或拉伸負荷而獲得試件的疲勞特性。
背景技術：
參照圖10，將說明一種常規的負荷試驗機。圖10是總體表示常規負荷試驗機的示意圖。該試驗機具有一個基座101，從該基座立起一對支柱103。在該對支柱103之間，橫向頭104跨在二支柱103之間。該橫向頭104由板材製成以便限定一中空體。該兩個支柱103用螺栓等與橫向頭104連接。此外，在基座101上安裝一個致動器111。在基座101和橫向頭104之間，一個試件112用一對卡頭106可移動地固定於其上。在疲勞試驗的過程中，致動器111在試件112上施加循環的壓縮或拉伸的負荷。該循環負荷的頻率大約為50Hz。
這種試驗機也被用於得到橡膠墊的動態特性以便了解其彈性常數和阻尼係數。從橡膠墊的實際使用觀點出發，在試驗過程中，要求比較高的循環頻率。因此，如在日本專利申請公開No.57-48632所公開的，在中空橫向頭與支柱之間設置一個空氣墊以便將組件的共振頻率降到0到5Hz。用於試驗的實際的循環負荷頻率是10到500Hz以獲得橡膠墊的彈性常數和阻尼係數。
通常使用的常規疲勞試驗機達到對應近似107循環負荷的材料疲勞極限。但是，最近，為獲得用於提供渦輪結構構件的材料的疲勞極限強度要求109循環負荷。它需要一種負荷試驗機允許在較短期間實現109循環負荷的較高頻率的循環負荷。
通常使用的常規負荷試驗機用於大約50Hz的疲勞試驗。此頻率要花56個小時以完成107循環負荷的疲勞試驗。但是，它要花232天以完成109循環負荷。因此，要求一種增加頻率的疲勞試驗以實現一個實際上較短的試驗期間。例如，如果疲勞試驗頻率從50Hz變化到1000Hz，則一個109循環負荷的疲勞試驗將在12天中完成，明顯地改進其試驗效率。
常規負荷試驗機的共振頻率高於其試驗頻率，但是實際上難以將共振頻率增加到大於200Hz。為了允許1000Hz頻率的負荷，常規負荷試驗機將需要結構強度明顯高於現在的試驗機的強度，特別有關兩個支柱103在尺寸與成本上有很大增加。
同時如上所述，動態特性測量試驗機使用10到500Hz(不是50Hz而是高達500Hz)的循環頻率負荷以獲知如上所述的橡膠墊的彈性常數和阻尼係數。但是，這種試驗機也不是構造成能達1000Hz的循環負荷。在公開申請中披露的常規試驗機的情況中，空氣墊放在支柱和橫向頭之間以達到大約3Hz的低共振頻率。這允許一個10到500Hz循環負荷但是不能實現靜態負荷(大約0Hz)。此外，這樣一個空氣墊需要更具有另一彈性常數的空氣墊來更換以改變其共振頻率。這需要一個所要求數量的具有彼此不相同的彈性常數的空氣墊以改變共振頻率。此外，空氣墊具有不易控制的重量，這要花費額外的時間以改變共振頻率。
發明內容
本發明的一個目是提供一種負荷試驗機以消除上述現有技術負荷試驗機的缺點。所提供的試驗機允許較高頻率循環負荷的疲勞試驗，在該試驗機中其共振頻率能易於改變並且也可用於靜止負荷試驗。
根據本發明的負荷試驗機包括基座，從基座上立起的至少一對支柱，跨在一對支柱之間的橫向頭，和一個安裝在其座或橫向頭上的致動器。該致動器能夠對放置在橫向頭和基座之間的試件施加負荷。該橫向頭通過一個彈性構件固定到兩個支柱的每一個上，同時該彈性構件構造成能在其與橫向頭或每個支柱的連接位置中變化以改變試驗機的共振頻率。
橫向頭可以通過由金屬製成的彈性構件固定到兩個支柱的每一根上，這樣該彈性構件被結合到兩個支柱的每一根的上部以從支柱橫向地延伸同時橫向頭被連接到彈性構件的一個臂上。
該橫向頭可以通過一支座件固定到彈性構件上，該支座件在其與橫向頭的結合位置中是可變化的。
彈性構件的臂的橫截面可以是漸進地減小。彈性構件的臂的深度可以是漸進地減小。橫向頭可以是實心塊狀。
圖1是總的表示根據本發明負荷試驗機的一個實施例的說明視圖；圖2是表示圖1的試驗機的主要部件的放大視圖；圖3A是表示彈性構件的透視圖以及圖3B是表示支座件的透視圖；圖4A和4B是表示彈性構件的說明視圖，圖4A是平面視圖，而圖4B是剖視圖；圖5是沿圖4A的箭頭V取的側視圖；圖6A和6B是表示支座件的說明視圖，該兩視圖依次為頂視圖和正視圖；圖7是表示可應用到試驗機的循環負荷頻率的說明圖；圖8是表示試驗機的試驗循環頻率和增益之間的關係的曲線圖；圖9A和9B是表示每一個彼此不同的彈性構件的說明視圖，圖9A是具有圓底的一個臂的彈性構件的正視圖，而圖9B是具有矩形臂的另一個彈性構件的正視圖；圖10是總的表示常規負荷試驗機的一個視圖；和圖11是表示具有空氣墊的動態特性測量試驗機的試驗循環頻率和增益之間的關係的曲線圖。
具體實施例方式
參照圖1至圖9，將討論根據本發明的負荷試驗機的實施例。
如圖1所示，負荷試驗機具有一個底座1，它通過多個支腳2安裝在其礎上。在該底座1上立起一對支柱3，和一個橫向頭4設置成跨過一對支柱3。該橫向頭4被確定成實心金屬塊並通過金屬彈性構件(彈性杆或支架)6固定在每個支柱3的頂部。也就是，該橫向頭4不直接結合到支柱3上但通過彈性構件6與支柱3彈性地連接。該彈性構件6將在後面詳細討論。在基座1上，安裝一個液壓致動器11，它具有一個通過下卡盤14可移動地與試件12連接的致動杆。同時，在橫向頭4上，設置一負荷傳感器13以便測量作用到試件12上的負荷。試件12通過上卡盤16可移動地安裝到橫向頭12的底部。因此，該試件12可移動地固定在基座1和橫向頭4之間，使致動器11可在試件12上加載。
該致動器11經伺服閥22接受來自帶液壓泵的液壓裝置21的壓力油。負荷傳感器13測量負荷以通過負荷信號放大器23輸出對應於負荷的信號到伺服控制器24。致動器11的杆的位移(也就是試件12下端的位移)由位移傳感器26測量，和測量數據通過位移信號放大器27輸送到伺服控制器24。該伺服控制器24與輸出指示信號的指令信號發生器31電連接以控制杆或負荷閥的位移。伺服控制器24向伺服閥22輸出操作信號以便基於由負荷傳感器13測量的負荷值或者由位移傳感器26獲得的對應於由指令信號發生器31產生的指令信號的位移信號進行反饋控制。在疲勞試驗中，指令信號發生器31，例如，輸出正弦波形的循環信號以對試件12施加循環的壓縮或拉伸負荷。
彈性構件6由金屬製成並具有一支柱結合部分41以及從支柱結合部分41橫向(如圖1所示的向右或向左)延伸的臂42。該支柱結合部分41固定到支柱3的上部並通常在頂視圖中限定為圓形。除去其延伸端彈性構件6具有垂直的圓周壁。支柱結合部分41具有形成帶接受支柱3的頂面的結合凹穴46的底表面。在該凹穴46中，支柱結合部分41設有多個螺栓通孔47以用螺栓固定支柱3。支柱3具有多個和螺栓通孔47相關的擰螺栓的孔(未表示)。支柱3與彈性構件6沿點劃線48被螺栓連接起來。
臂42具有導向凹穴52，該導向凹穴52在臂42的延伸方向在凹穴的上表面滑動地引導支座件51。臂42設有多個(在實施例中為10個)螺栓通孔53。該臂42的橫截面積為漸進地減小。也就是，該臂42具有水平的上表面和向上傾斜的底表面，在延伸的方向逐漸減小其深度。該臂42具有如圖4A所示的漸進小的寬度B。
圖6所示，本實施例的支座件51設有4個螺栓通孔56。橫向頭4具有帶螺栓通孔(未表示)的底表面，這些通孔對準彈性構件6的臂42的相關螺栓孔53。橫向頭4通過支座件51用螺栓擰到彈性構件6上，在該支座中使用4個螺栓通孔53而彈性構件6的其它孔沒有使用。圖2所示情況使用圖的向左方向的第二和第三螺栓通孔53。螺栓沿點劃線57向上插入臂42的螺栓孔53和支座件51的螺栓通孔56以被擰入橫向頭4的螺栓孔中，因此，通過支座件51橫向頭4被螺栓固定到彈性構件6上。
支座件51在其固定位置是可變化的，因此可以改變支座件51用螺栓連接到橫向頭4的連接位置。本實施例允許4個連接位置。連接位置的位移改變彈性構件6的彈性常數。連接位置距臂42的根部較近可達到較大的彈性常數。如圖8的一個箭頭所示，整個負荷試驗機的共振頻率移向右而變得較大。共振頻率主要隨橫向頭4和彈性構件6的彈性常數而變化。隨著橫向頭重量的增加共振頻率降低以及隨著彈性構件6的彈性常數的增加共振頻率增加。
圖9A和9B表示彈性構件6的變型實例。圖9A所示的第一變型實例具有帶圓底的一個臂42，而圖9B所示的第二變型實例具有帶一通常為水平底面的矩形臂42。
因此構成的試驗機包括具有大於常規空氣墊的彈性常數的彈性構件6，使得該試驗機的共振頻率可以是100到200Hz(如圖8所示)。因此，該試驗機允許具有零負荷頻率的靜負荷試驗。
此外，彈性構件6的彈性常數隨著彈性構件6和橫向頭4的連接位置而變化。因此，試驗機的共振頻率是可調節的以便允許用於疲勞試驗的一個循環負荷頻率。圖7表示可允許的循環負荷頻率的範圍。標號A、B和C依次表示討論的實施例，帶空氣墊的負荷試驗機、和常規試驗機的可允許的範圍。在實施例中，負荷試驗機具有100到200Hz的共振頻率，但是通過變化橫向頭4與彈性構件6的連接位置以改變試驗機的共振頻率，一個寬的如標號A指示的試驗負荷頻率範圍是可允許的。例如，當試驗機具有150Hz的共振頻率時，可允許的試驗頻率為小於100Hz或大於200Hz。當試驗機具有100Hz的共振頻率時，可允許的試驗頻率變成小於50Hz或大於150Hz。同時，當試驗機具有200Hz的較高共振頻率時，可允許的試驗頻率變成小於150Hz或大於250Hz。
相反，具有空氣墊的負荷試驗機因為空氣墊的較小彈性常數所以具有較低的共振頻率，因此，靜態負荷試驗或具有近於0的十分低的頻率的負荷試驗不可應用於如圖7中標號B所示的試驗機。常規的試驗機僅允許不大於100Hz的負荷頻率並且不可應用於具有如圖7中標號C所示的較高頻率的疲勞試驗。
實施例的試驗機具有通過變化橫向頭4和彈性構件6的連接位置而改變的共振頻率，該彈性構件不需要另外的彈性構件6，減少了試驗機零件的數目。支座件51能夠容易地被移動以改變連接位置。該彈性構件6具有設有導向凹穴52的上表面，沿該凹穴可滑動地移動支座件51以便容易地改變其連接位置。
在圖8中表示負荷頻率和增益之間關係的曲線圖。實線的曲線與圖9相關，在該圖9中彈性構件6的臂42通常為矩形，而虛線的曲線與圖2相關，在該圖2中彈性構件6的臂42是漸進地變小。圖8的曲線圖表示當循環負荷試驗使用共振頻率附近的一個頻率時漸進變小的臂42對減少試驗機共振頻率的影響是較好的。此外，臂42具有漸進變小的深度比一個漸進變小的寬度對減小共振的影響更有利。
由實心金屬塊限定的橫向頭4允許一個最大的堅實性以提供橫向頭4的較高固有頻率，例如，高於通常試驗頻率的約1500Hz。這就防止橫向頭4本身與試驗循環負荷諧振。
此外，試驗機設置至少一對支柱3，和4個支柱的方案可能是實際的。液壓致動器可以由另一種型式來代替。致動器可以不被設置在基座1上但設置在橫向頭4上。
彈性構件6與支柱3之間或者彈性構件6和橫向頭4之間的連接結構可以用另一方式構成。例如，螺栓擰緊可以用另一種固定裝置來代替。彈性構件6可以在形狀和材料上改變。此外，螺栓通孔53和連接位置在數量上可以適當地變化。
在此討論的實施例中，彈性構件6和橫向頭4的連接位置是可變化的。另一方面，彈性構件6與支座3的連接位置可以被構造成是可變化的。但是，連接位置的前一構形要比後者在結構上較容易。
負荷試驗機可以用於不是疲勞測量的負荷試驗。漸進變小的臂42可以具有漸進變小的深度或寬度。漸進變小的深度比漸進變小的寬度更有利。
下面總結本發明的有利影響。根據本發明，彈性構件與橫向頭或者彈性構件與支柱的連接位置是可變化的，使得試驗機的共振頻率是可調節的。因此，該彈性構件就可能這樣放置，使其共振頻率在100Hz至200Hz變化以允許進行疲勞試驗的1000Hz的循環負荷頻率。但共振頻率幹擾負荷波形時，改變彈性構件的連接位置以變化共振頻率從而修正波形以獲得精確的試驗結果。
由金屬製造的並從支柱橫向延伸的彈性構件可以具有一個大於空氣墊的彈性常數以提供較高的共振頻率。該彈性構件6易於改變與橫向頭的連接位置。這樣，除了易於調節試驗機的共振頻率外允許靜態負荷試驗和低頻循環試驗。
通過在位置上可調節的支座件與彈性構件上的橫向頭連接能夠容易地改變試驗機的共振頻率。
當負荷頻率接近共振頻率時，彈性構件具有漸進的變小的臂就減小共振頻率的影響。
由實心金屬塊確定的橫向頭有最大的堅實性以提供較高的橫向頭4的固有頻率，例如，大約1500Hz也就是高於通常1000Hz的試驗頻率。這防止橫向頭自身與試驗循環負荷的諧振，改善試驗的精確度。
權利要求
1.一種負荷試驗機，包括一個基座，從該基座立起的至少一對支柱，跨在一對支柱之間的橫向頭，和安裝在基座或橫向頭上的致動器，該致動器可以對放置在橫向頭與基座之間的試件施加一負荷。其中該橫向頭通過彈性構件固定到二支柱的每一個上，和該彈性構件構造成使其與橫向頭或二支柱的每一個的連接位置是可變化的以便改變試驗機的共振頻率。
2.如權利要求1所述的負荷試驗機，其特徵在於所述的橫向頭是一個實心塊。
3.一種負荷試驗機，包括一個基座，從該基座立起的至少一對支柱，跨在一對支柱之間的一個橫向頭，和安裝在該基座或橫向頭上的一個致動器，該致動器能對放置在橫向頭與基座之間的試件施加一負荷，其中橫向頭通過一個金屬製成的彈性構件固定到兩個支柱的每一個上，這樣該彈性構件與兩個支柱的每一個的上部相連接以便從支柱橫向延伸而限定一個臂，同時橫向頭被連接到該彈性構件的臂上，該彈性構件與橫向頭的連接位置是可變化的。
4.如權利要求3所述的負荷試驗機，其特徵在於所述的彈性構件的臂的橫截面是漸進地變小的。
5.如權利要求4的負荷試驗機，其特徵在於所述的彈性構件的臂的深度是漸進地減小的。
6.如權利要求3至5中任一項的負荷試驗機，其特徵在於所述的橫向頭是一實心塊。
7.一種負荷試驗機，包括一個基座，從該基座立起的至少一對支柱，跨在該一對支柱之間的一橫向頭，和安裝在基座或橫向頭上的一致動器，該致動器可以對放置在橫向頭和基座之間的試件施加一負荷，其中橫向頭通過一個金屬製成的彈性構件固定到兩個支柱的每一根上，這樣該彈性構件被連接到兩個支柱的每一根的上部以便從支柱橫向延伸以確定一個臂，同時橫向頭通過一支座件與該彈性構件的臂連接，該支座件與橫向頭的連接位置是可變化的。
8.如權利要求7所述的負荷試驗機，其特徵在於所述的彈性構件的橫截面是漸進地減小的。
9.如權利要求8所述的負荷試驗機，其特徵在於所述的彈性構件的臂的深度是漸進地減小的。
10.如權利要求7至9中任一項所述的負荷試驗機，其特徵在於所述的橫向頭是一個實心塊。
全文摘要
一種負荷試驗機，包括一個基座，至少一對從該基座立起的支柱，跨在一對支柱之間的一個橫向頭和安裝在基座或橫向頭上的致動器。該致動器可以對放置在橫向頭與基座之間的試件施加一負荷。該橫向頭通過一彈性構件被固定到兩個支柱的每一根上，同時該彈性構件被構造成在其與橫向頭或與兩個支柱的每一根的連接位置是可變化的以改變該試驗機的共振頻率。
文檔編號G01N3/02GK1517693SQ20041000225
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月16日 優先權日2003年1月16日
發明者高田進, 古谷桂一, 一 申請人:株式會社鷺宮製作所