一種簡易熱疲勞試驗機的製作方法

2023-10-09 12:30:54

專利名稱：一種簡易熱疲勞試驗機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種試驗機，特別涉及一種金屬材料的熱疲勞試驗機。
背景技術：
熱疲勞是金屬材料失效的主要形式之一，熱疲勞是指溫度變化引起的材料自由膨脹或收縮受到約束，其結果是在材料內部因變形受限制產生熱應力，當溫度反覆變化時，此熱應力也反覆變化，從而使材料受到損傷。因此，若金屬材料用於製作對溫度起伏變化條件下工作的零件時，必須考慮材料的熱疲勞性能指標。金屬的熱疲勞試驗是一種定性的試驗，其試驗方式一般是將金屬材料快速加熱達到試驗上限溫度後，再用壓縮空氣或空氣加水急速冷卻至下限溫度。現有的金屬熱疲勞試驗方法主要有二種，一種在將金屬材料放在爐中加熱後取出直接放在水中冷卻，這種方法人為因素較多，難以保證試驗的準確性；另一種是採用熱疲勞試驗機，雖熱疲勞試驗機實現了機械化控制，人為因素較少，可保證試驗的準確性，然而，現有熱疲勞試驗機的體積較大， 造價較高，不適宜小金屬試樣的試驗。

發明內容
本發明的目的是提供一種體積小、造價低，適宜小金屬試樣試驗的簡易熱疲勞試驗機。本發明的技術方案是這樣的一種簡易熱疲勞試驗機，包括機架及安裝在機架上的加熱系統和冷卻系統，該加熱系統設於該冷卻系統的上方；上述支架上設有供金屬小試樣放置的，並處於上述冷卻系統下方的放置平臺，及控制該放置平臺可上下升降至上述加熱系統和上述冷卻系統內的升降控制機構，上述升降控制機構包括齒條、齒輪、步進電機及控制步進電機工作的控制電路機構，上述齒輪固定在上述步進電機的輸出軸上，上述齒條以可上下升降的方式活動立設於上述支架上，上述齒輪與上述齒條的下端相嚙合，上述放置平臺固定在上述齒條的上端。上述冷卻系統包括兩兩相對設置的噴淋系統，兩噴淋系統間形成有供上述放置平臺穿過的冷卻通道，兩上述噴淋系統位於上述冷卻通道處分別設有噴淋頭，且兩噴淋頭相對設置。上述加熱系統包括電阻絲和供上述放置平臺處於其內的加熱爐，上述加熱爐立設於上述機架上，並處於上述冷卻系統的上方，上述加熱爐上開設有供上述放置平臺伸入上述加熱爐內的開口，此開口與上述冷卻系統的冷卻通道相對應設置，上述電阻絲環繞設於上述加熱爐內，並處於上述加熱爐的外側壁與內側壁之間。上述支架上設有向上述冷卻系統方向延伸的條形槽，此條形槽與上述步進電機的輸出軸垂直設置，上述齒條活動嵌設於上述條形槽內，上述條形槽上開設有供上述齒條的齒牙裸露出的窗口，上述齒輪處於此窗口內。上述控制電路機構包括單片機、控制電路、驅動電路和顯示電路，上述控制電路與上述單片機的輸入端連接，上述驅動電路和上述顯示電路分別與上述單片機的輸出端連接，上述驅動電路的輸出端與上述步進電機驅動連接。
上述單片機為89C51單片機。 上述電路控制機構設於控制箱內，上述控制電路為鍵盤控制電路，該鍵盤控制電路包括電機轉速控制電路、加熱時間控制電路和冷卻時間控制電路，上述控制箱上設有與上述顯示電路連接的顯示屏，與上述電機轉速控制電路連接的電機轉速控制鍵，與上述加熱時間控制電路連接的加熱時間控制鍵，及與上述冷卻時間控制電路的冷卻時間控制鍵。採用上述技術方案後，本發明的一種簡易熱疲勞試驗機.使用時，可將金屬小試樣放置在放置平臺上，然後通過升降控制機構控制放置平臺向上提升至加熱系統內加熱， 加熱一定的時間後，升降控制機構再控制放置平臺向下降落至冷卻系統內冷卻，冷卻一定的時間後，再通過升降控制機構將放置平臺向上提升至加熱系統內加熱，如此反覆加熱冷卻，進而考核金屬小試樣的熱疲勞性能。本發明的一種簡易熱疲勞試驗機，適宜金屬小試樣試驗，結構緊湊，體積小，造價低。


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的電路原理框圖。圖中放置平臺1冷卻系統2
左噴淋系統21噴淋頭211
右噴淋系統22噴淋頭221
冷卻通道23加熱系統3
電阻絲31加熱爐32
上開口321下開口322
安裝腔室323升降控制機構4
齒條41齒輪42
步進電機43輸出軸431
電路控制機構4489C51單片機441
鍵盤控制電路442驅動電路443
顯不電路444晶振電路445
復位電路446安裝底座5
條形槽51窗口511
控制箱6顯示屏61
電機轉速控制鍵62加熱時間控制鍵63
加熱時間控制鍵64導線具體實施例方式
本發明的一種簡易熱疲勞試驗機，如圖1、2所示，包括機架，放置平臺1，供放置平臺1伸入其內冷卻的冷卻系統2，供放置平臺1伸入其內加熱的加熱系統3，及控制該放置平臺1可上下升降至冷卻系統2或加熱系統3內的升降控制機構4，放置平臺1設於冷卻系統2的下方，冷卻系統2處於加熱系統3的下方，該機架包括由下而上依次連接在一起的供放置平臺1安裝的安裝底座5，供冷卻系統2安裝的冷卻安裝架(圖中未示出)，及供加熱系統3安裝的加熱安裝架(圖中未示出)。冷卻系統2包括左噴淋系統21和右噴淋系統22，左噴淋系統21與右噴淋系統22 相對設置，且左噴淋系統21與右噴淋系統22間形成有供放置平臺1穿過的冷卻通道23，左噴淋系統21與右噴淋系統22上分別設置有噴淋頭211、221，噴淋頭211和噴淋頭221分別處於冷卻通道23內，且噴淋頭211與噴淋頭221相對設置。本發明中的噴淋系統的結構的原理與現有技術中的噴淋系統的結構和原理相同，本申請人在此不再累述。加熱系統3包括電阻絲31和加熱爐32，加熱爐32立設於加熱安裝架(圖中未示出)上，加熱爐32為其內形成有供放置平臺1容置的中空圓柱爐體，該加熱爐32的上、下兩端分別開設有供放置平臺1伸入加熱爐32內的上開口 321和下開口 322，下開口 322與冷卻系統2的冷卻通道23相對應設置，電阻絲31環繞在加熱爐32的側壁上，且該加熱爐 32的內側壁和外側壁之間開設有供電阻絲31放置的安裝腔室323，並處於上述加熱爐的外側壁與內側壁之間。使用時，加熱系統3的電阻絲31的兩端分別伸出加熱爐32外並通過導線與電源電連接。升降控制機構4包括齒條41、齒輪42、步進電機43及控制步進電機43工作的控制電路機構44，步進電機43固定安裝在安裝底座5上，安裝底座5上開設有向冷卻通道23 方向延伸的，並與齒條41相適配的條形槽51，齒條41活動嵌裝在此條形槽51內，且條形槽 51上開設有供齒條41的齒牙裸露出的窗口 511，步進電機43的輸出軸431與齒條41垂直設置，齒輪42固裝在步進電機43的輸出軸431上，並處於窗口 511內，且齒輪42與齒條41 的下端相嚙合，放置平臺1固定在齒條42的上端端部；控制電路機構44設於控制箱6內， 控制電路機構44包括89C51單片機441、鍵盤控制電路442、驅動電路443、顯示電路444、 晶振電路445和復位電路446，鍵盤控制電路442和復位電路446分別與89C51單片機441 的輸入端連接，驅動電路443、顯示電路444和晶振電路445分別與89C51單片機的埠連接，驅動電路443的輸出端通過導線7與步進電機43驅動連接，鍵盤控制電路442包括有電機轉速控制電路(圖中未示出)、加熱時間控制電路(圖中未示出)和冷卻時間控制電路 (圖中未示出)，控制箱6的外側面設有與顯示電路444連接的顯示屏61，與電機轉速控制電路連接的電機轉速控制鍵62，與加熱時間控制電路連接的加熱時間控制鍵63，及與冷卻時間控制電路連接的冷卻時間控制鍵64。使用時，操作者可將金屬小試樣放置在放置平臺1上，然後開啟電路控制機構44， 驅動電路443驅動步進電機43啟動，此時步進電機43的輸出軸431可帶動齒輪42作順時針或逆時針轉動，齒輪42的順時針或逆時針轉動可帶動齒條41作上下升降移動，齒條41 的上升移動可使放置平臺1向上依次穿過冷卻通道23，下開口 322至加熱爐21內，此時置於加熱爐21內的金屬小試樣可通過加熱絲22產生的熱量對放置平臺1的金屬小試樣進行加熱；齒條41的下降移動可使處於加熱爐21內的放置平臺1下降至冷卻通道23內，此時噴淋頭211和噴淋頭221分別向放置平臺1的金屬小試樣噴射水，使金屬小試樣進行冷卻； 通過齒條41的反覆上下升降移動可使放置平臺1上的金屬小試樣進行反覆加熱冷卻，從而考核出金屬小試樣的熱疲勞性能。
本發明中，由於鍵盤控制電路包括有電機轉速控制電路、加熱時間控制電路和冷卻時間控制電路，控制箱上設有電機轉速控制鍵62、加熱時間控制鍵63和冷卻時間控制鍵64，這樣，該熱疲勞試驗機可根據各控制鍵對試驗參數(如電機速率、加熱時間、冷卻時間)，進行調節，以使金屬小試樣的試驗參數與金屬成品的工作參數相適應，同時各試驗參數還可通過控制箱6的顯示屏61顯示出來。上述實施例和圖式並非限定本發明的產品形態和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利範疇。
權利要求
1.一種簡易熱疲勞試驗機，包括機架及安裝在機架上的加熱系統和冷卻系統，該加熱系統設於該冷卻系統的上方；其特徵在於上述支架上設有供金屬小試樣放置的，並處於上述冷卻系統下方的放置平臺，及控制該放置平臺可上下升降至上述加熱系統和上述冷卻系統內的升降控制機構，上述升降控制機構包括齒條、齒輪、步進電機及控制步進電機工作的控制電路機構，上述齒輪固定在上述步進電機的輸出軸上，上述齒條以可上下升降的方式活動立設於上述支架上，上述齒輪與上述齒條的下端相嚙合，上述放置平臺固定在上述齒條的上端。
2.根據權利要求1所述的一種簡易熱疲勞試驗機，其特徵在於上述冷卻系統包括兩兩相對設置的噴淋系統，兩噴淋系統間形成有供上述放置平臺穿過的冷卻通道，兩上述噴淋系統位於上述冷卻通道處分別設有噴淋頭，且兩噴淋頭相對設置。
3.根據權利要求2所述的一種簡易熱疲勞試驗機，其特徵在於上述加熱系統包括電阻絲和供上述放置平臺處於其內的加熱爐，上述加熱爐立設於上述機架上，並處於上述冷卻系統的上方，上述加熱爐上開設有供上述放置平臺伸入上述加熱爐內的開口，此開口與上述冷卻系統的冷卻通道相對應設置，上述電阻絲環繞設於上述加熱爐內，並處於上述加熱爐的外側壁與內側壁之間。
4.根據權利要求1所述的一種簡易熱疲勞試驗機，其特徵在於上述支架上設有向上述冷卻系統方向延伸的條形槽，此條形槽與上述步進電機的輸出軸垂直設置，上述齒條活動嵌設於上述條形槽內，上述條形槽上開設有供上述齒條的齒牙裸露出的窗口，上述齒輪處於此窗口內。
5.根據權利要求1所述的一種簡易熱疲勞試驗機，其特徵在於上述控制電路機構包括單片機、控制電路、驅動電路和顯示電路，上述控制電路與上述單片機的輸入端連接，上述驅動電路和上述顯示電路分別與上述單片機的輸出端連接，上述驅動電路的輸出端與上述步進電機驅動連接。
6.根據權利要求5所述的一種簡易熱疲勞試驗機，其特徵在於上述單片機為89C51 單片機。
7.根據權利要求5所述的一種簡易熱疲勞試驗機，其特徵在於上述電路控制機構設於控制箱內，上述控制電路為鍵盤控制電路，該鍵盤控制電路包括電機轉速控制電路、加熱時間控制電路和冷卻時間控制電路，上述控制箱上設有與上述顯示電路連接的顯示屏，與上述電機轉速控制電路連接的電機轉速控制鍵，與上述加熱時間控制電路連接的加熱時間控制鍵，及與上述冷卻時間控制電路的冷卻時間控制鍵。
全文摘要
本發明提供一種簡易熱疲勞試驗機，包括機架及安裝在機架上的加熱系統和冷卻系統，加熱系統設於冷卻系統的上方；支架上設有放置平臺，及控制放置平臺上下升降的升降控制機構，升降控制機構包括齒條、齒輪、步進電機及控制步進電機工作的控制電路機構，齒輪固定在步進電機的輸出軸上，齒條以可上下升降的方式活動立設於支架上，齒輪與齒條的下端相嚙合，放置平臺固定在齒條的上端，控制電路機構包括單片機、控制電路、驅動電路和顯示電路，控制電路與單片機的輸入端連接，驅動電路和上顯示電路分別與上述單片機的輸出端連接，驅動電路的輸出端與步進電機驅動連接。本發明的熱疲勞試驗機，適宜金屬小試樣試驗，結構緊湊，體積小，造價低。
文檔編號G01N25/00GK102445463SQ20111030443
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者張海鋒, 柯躍前 申請人:泉州師範學院