專利名稱：平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料的性能試驗(yàn)設(shè)備，特別是彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)。
技術(shù)背景疲勞破壞是機(jī)器設(shè)備零部件失效的主要形式之一，目前預(yù)防疲勞破壞的有效方法主要 是進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，估算出運(yùn)動(dòng)部件的疲勞壽命，以此確定機(jī)器及零部件的使用時(shí)效。疲勞 試驗(yàn)機(jī)是材料疲勞性能研究中必不可少的設(shè)備。所以很多人設(shè)計(jì)了彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，例如 中國(guó)專利"迭加載荷旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)"(申請(qǐng)?zhí)枮?7210621)，它由高頻低幅加載機(jī)構(gòu)和低頻杠桿琺碼加載機(jī)構(gòu)及機(jī)座、主軸箱、夾頭、試件腐蝕箱和電機(jī)等部件構(gòu)成。它可 以對(duì)金屬材料試件進(jìn)行腐蝕介質(zhì)下旋轉(zhuǎn)彎曲具有低頻大幅、高頻小幅迭加載荷的疲勞試驗(yàn)， 是對(duì)金屬材料旋轉(zhuǎn)彎曲雙頻疲勞特性研究的必備設(shè)備。但是，本發(fā)明人認(rèn)為，上述專利存 在缺陷，它不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，而且對(duì)試件采用腐蝕介質(zhì)，使試驗(yàn)機(jī)有所損傷。另一份中國(guó)專利"一種基于聲發(fā)射技術(shù)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障檢測(cè)儀"(申請(qǐng)?zhí)枮?00710063088)，它由 聲發(fā)射傳感器、信號(hào)調(diào)理和自動(dòng)增益放大模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊等三部分組成。信號(hào)調(diào) 理和自動(dòng)增益放大模塊包括前置放大器(l)、數(shù)字電位器(2)、加法器(3)、單片機(jī)(5)和雙 路比較器(6)構(gòu)成的增益自動(dòng)調(diào)整閉合控制回路和陷波器(7)、低通濾波器(8)等幾部分。數(shù) 字信號(hào)處理模塊包括DSP數(shù)字信號(hào)處理器(ll)、 Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(12)、 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (13)、 RS232串口芯片(14)、可編程邏輯控制器(15)、鍵盤(pán)(16)、 LCD顯示器(17)等各部 分組成。此儀器抗環(huán)境噪聲干擾能力強(qiáng)、儀器檢測(cè)實(shí)時(shí)性好、獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息豐富、 易于實(shí)現(xiàn)小型化。然而，該文獻(xiàn)所述的檢測(cè)儀體積較大，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，成本較高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過(guò)充分的理論研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)、機(jī) 電一體化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，研制一種滿足機(jī)器設(shè)備零部件(金屬材料)對(duì)疲勞試驗(yàn)的要 求，能動(dòng)態(tài)監(jiān)控、檢測(cè)、試件(材料)的疲勞狀況的，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的基于聲發(fā)射技術(shù)的小 型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下小型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)包括機(jī)械裝置、載荷加載裝置、檢測(cè)裝置、顯示或記錄裝置等幾個(gè)等部件，其特征在于機(jī)械裝置、載荷加載裝置合為一體，機(jī)械裝置及載荷加載 裝置采用偏心輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷加載方式，檢測(cè)裝置包括載荷檢測(cè)系統(tǒng)和試件檢測(cè)系統(tǒng) 兩部分，載荷檢測(cè)系統(tǒng)由接近開(kāi)關(guān)和電子式累加計(jì)數(shù)器等組成，其主要作用是測(cè)定試件載荷 值，累計(jì)循環(huán)載荷的次數(shù)，統(tǒng)計(jì)試件的疲勞壽命等；試件檢測(cè)系統(tǒng)采用聲發(fā)射傳感電子技 術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，試件裝在機(jī)械裝置及載荷加載裝置上，載荷加載裝置對(duì)機(jī)械裝置上的試 件加載，試件上安裝聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器連接檢測(cè)裝置，先將信號(hào)放大，再輸入 到計(jì)算機(jī)，最后由顯示或記錄裝置得到材料彎曲疲勞測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)顯示交 變載荷循環(huán)次數(shù)、試件載荷值及輸出轉(zhuǎn)速(頻率)。以上所述的采用偏心輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷加載方式的機(jī)械裝置包括機(jī)架、夾具、驅(qū)動(dòng) 裝置等，夾具安裝在夾具支承座上，夾具支承座固定在機(jī)架上，夾具上設(shè)有夾板，試件裝 在夾板和驅(qū)動(dòng)桿上，驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)連桿鉸接塊與連桿連接，連桿上安裝偏心輪，偏心輪固定 在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上還安裝齒輪或鏈輪，電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)齒輪或鏈條傳遞到齒輪或鏈輪上， 系統(tǒng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成驅(qū)動(dòng)桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，給試件施加交變載荷， 曲柄的長(zhǎng)度可自由調(diào)節(jié)，試驗(yàn)振幅可根據(jù)試驗(yàn)需要通過(guò)改變曲柄的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)的激 振頻率通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上所述的試件檢測(cè)系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器和信號(hào)比較電路、信號(hào)放大電路(前置放 大器)、穩(wěn)壓電路和輸出電路(數(shù)據(jù)采集卡)，穩(wěn)壓電路將市電降壓、整流、濾波，給檢測(cè) 裝置提供穩(wěn)定的電源；聲發(fā)射傳感器將信號(hào)輸入到信號(hào)比較電路，經(jīng)過(guò)比較和邏輯分析， 經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路和輸出電路，傳到計(jì)算機(jī)中，轉(zhuǎn)變成材料彎曲疲勞數(shù)據(jù)，在顯示器顯示 或打印。在試驗(yàn)過(guò)程中可以通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)的變化情況動(dòng)態(tài)監(jiān)控、檢測(cè)試件的疲勞狀況， 循環(huán)次數(shù)、載荷值、輸出轉(zhuǎn)速(頻率)等物理量可通過(guò)計(jì)算機(jī)等外設(shè)顯示出來(lái)，具有停電 保持功能，在試驗(yàn)過(guò)程中可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和顯示試件疲勞裂紋聲發(fā)射信號(hào)，較好地監(jiān)控判斷試 件(材料)的疲勞過(guò)程。本發(fā)明的彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)可以進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)以及懸臂彎曲疲勞試驗(yàn)，兩種試 驗(yàn)的機(jī)械裝置和載荷加載裝置除了夾具有所改變以外，也都采用偏心輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷 加載方式。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是1.本發(fā)明的疲勞試驗(yàn)機(jī)屬于技術(shù)密集型的測(cè)試裝置，目前它已經(jīng)涉及到機(jī)械、液壓、 電子、材料、測(cè)量、自動(dòng)控制等許多技術(shù)領(lǐng)域，并且還綜合了近代閉環(huán)伺服、數(shù)字顯示、 機(jī)電一體化以及電子計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于新材料開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械、船舶、航空、航天、人體力學(xué)性能研究等方面。2. 本發(fā)明可全程監(jiān)控試件的疲勞過(guò)程，在試驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)檢測(cè)試件加載 過(guò)程的聲發(fā)射信號(hào)的變化情況，全程監(jiān)控試件的疲勞過(guò)程。3. 該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊?？刂葡到y(tǒng)簡(jiǎn)單，功率消耗小，工作可靠性較好、試驗(yàn) 成本低。適應(yīng)性廣、檢測(cè)精度高。特別是采用自動(dòng)化技術(shù)，代替了試驗(yàn)人員的手工操作， 減少了易引入操作性誤差的人為參與環(huán)節(jié)，并且使精確度較高的復(fù)雜算法得以應(yīng)用，顯著 的提高了疲勞試驗(yàn)的精確性。


圖1是彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的部件以及連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是載荷檢測(cè)裝置電路原理圖。圖3是三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是懸臂彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中部件名稱機(jī)架l、防松螺母2、連桿鉸接塊3、連桿4、偏心輪5、驅(qū)動(dòng)桿6、滑槽(導(dǎo)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(zhuǎn)軸14、齒輪15、螺 母16、壓緊試件螺母17、試件18、夾具19。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。通過(guò)使用不同的裝夾夾具，可以分別完成三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)和懸臂彎曲疲勞試驗(yàn)，夾 具間的距離可以調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同尺寸平板試件的疲勞試驗(yàn)。實(shí)施例l:完成三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。如附圖2所示，本發(fā)明的機(jī)械裝置包括機(jī)架l、防 松螺母2、連桿鉸接塊3、連桿4、偏心輪5、驅(qū)動(dòng)桿6、滑槽(導(dǎo)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(zhuǎn)軸14、齒輪15、螺母16。機(jī)架l放 置在試驗(yàn)場(chǎng)地上，驅(qū)動(dòng)桿6固定在滑槽(導(dǎo)軌)7，下端用防松螺母2緊固，轉(zhuǎn)軸14上安 裝有軸承13、齒輪15和螺母16，它們安裝在機(jī)架l的側(cè)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(qū)動(dòng)桿6和轉(zhuǎn)軸14通過(guò)連桿4與偏心 輪5鉸接。實(shí)施例2:完成懸臂彎曲疲勞試驗(yàn)。如附圖3所示，本發(fā)明包括，機(jī)架l、防松螺母2、 連桿鉸接塊3、連桿4、偏心輪5、驅(qū)動(dòng)桿6、滑槽(導(dǎo)軌)7、試件夾板17、試件18、夾具19、軸承座ll、軸承12、轉(zhuǎn)軸13、齒輪14、螺母15，機(jī)架l放置在試驗(yàn)場(chǎng)地上，驅(qū)動(dòng) 桿6固定在滑槽(導(dǎo)軌)7，下端用防松螺母2緊固，轉(zhuǎn)軸14上安裝有軸承13、齒輪15 和螺母16，它們安裝在機(jī)架l的側(cè)面，試件18用試件夾板17安裝在夾具19間，驅(qū)動(dòng)桿6 和轉(zhuǎn)軸14通過(guò)連桿4與偏心輪5鉸接。進(jìn)行彎曲疲勞試驗(yàn)時(shí)將平板試件安裝在夾具上，轉(zhuǎn)軸13帶動(dòng)偏心輪5旋轉(zhuǎn)，與偏心 輪5連接的連桿4將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成上下移動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，給平板試件施加動(dòng)載荷，聲發(fā) 射傳感器固定在平板試件上，聲發(fā)射傳感器捕捉到的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后通過(guò)同軸電 纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡(即聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)，由獨(dú)立的采集模塊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連組成) 中進(jìn)行處理，進(jìn)而對(duì)試件的疲勞狀況進(jìn)行監(jiān)控、檢測(cè)，在試驗(yàn)過(guò)程中可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 速和偏心距大小來(lái)改變加載的頻率和振幅，試驗(yàn)結(jié)果可通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示、存儲(chǔ)及打印(如 附圖4所示)。試驗(yàn)方法將平板試件安裝在夾具上，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)偏心輪旋轉(zhuǎn)，與偏心輪連接的連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 化成上下移動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，給平板試件施加動(dòng)載荷。聲發(fā)射傳感器固定在平板試件上，聲 發(fā)射傳感器捕捉到的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后通過(guò)同軸電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡(即聲發(fā)射 信號(hào)采集系統(tǒng)，由獨(dú)立的采集模塊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連組成)中進(jìn)行處理，進(jìn)而對(duì)試件的疲 勞狀況進(jìn)行監(jiān)控、檢測(cè)。
權(quán)利要求
1. 一種小型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)械裝置、載荷加載裝置、檢測(cè)裝置、顯示或記錄裝置，其特征在于機(jī)械裝置、載荷加載裝置合為一體，機(jī)械裝置及載荷加載裝置采用偏心輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷加載方式，檢測(cè)裝置包括載荷檢測(cè)系統(tǒng)和試件檢測(cè)系統(tǒng)兩部分，載荷檢測(cè)系統(tǒng)由接近開(kāi)關(guān)和電子式累加計(jì)數(shù)器等組成，試件檢測(cè)系統(tǒng)采用聲發(fā)射傳感電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，試件裝在機(jī)械裝置及載荷加載裝置上，載荷加載裝置對(duì)機(jī)械裝置上的試件加載，試件上安裝聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器連接載荷檢測(cè)裝置，先將信號(hào)放大，再輸入到計(jì)算機(jī)技術(shù)，最后由顯示或記錄裝置得到材料彎曲疲勞測(cè)試結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的小型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的采用偏心輪 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷加載方式的機(jī)械裝置包括機(jī)架、夾具、驅(qū)動(dòng)裝置，夾具安裝在夾具支承 座上，夾具支承座固定在機(jī)架上，夾具上設(shè)有夾板，試件裝在夾板和驅(qū)動(dòng)桿上，驅(qū)動(dòng)桿通 過(guò)連桿鉸接塊與連桿連接，連桿上安裝偏心輪，偏心輪固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上還安裝齒輪 或鏈輪，電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)齒輪或鏈條傳遞到齒輪或鏈輪上，系統(tǒng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)軸 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成驅(qū)動(dòng)桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，給試件施加交變載荷，曲柄的長(zhǎng)度可自由調(diào)節(jié)， 試驗(yàn)振幅可根據(jù)試驗(yàn)需要通過(guò)改變曲柄的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)的激振頻率通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí) 現(xiàn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的小型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的試件檢測(cè)系 統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器和信號(hào)比較電路、信號(hào)放大電路或前置放大器、穩(wěn)壓電路和輸出電路 或數(shù)據(jù)采集卡，穩(wěn)壓電路將市電降壓、整流、濾波，給載荷檢測(cè)裝置提供穩(wěn)定的電源；聲 發(fā)射傳感器將信號(hào)輸入到信號(hào)比較電路，經(jīng)過(guò)比較和邏輯分析，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路和輸出 電路，傳到計(jì)算機(jī)中，轉(zhuǎn)變成材料彎曲疲勞數(shù)據(jù)，在顯示器顯示或打印。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的小型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于它進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞 試驗(yàn)以及懸臂彎曲疲勞試驗(yàn)上的應(yīng)用。
全文摘要
一種小型平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，是能動(dòng)態(tài)監(jiān)控、檢測(cè)、試件(材料)的疲勞狀況的基于聲發(fā)射技術(shù)的平板彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，它包括機(jī)械裝置、載荷加載裝置、檢測(cè)裝置、顯示或記錄裝置等幾個(gè)等部件機(jī)械裝置、載荷加載裝置合為一體，機(jī)械裝置及載荷加載裝置采用偏心輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)載荷加載方式，檢測(cè)裝置包括載荷檢測(cè)系統(tǒng)和試件檢測(cè)系統(tǒng)兩部分，載荷檢測(cè)系統(tǒng)由接近開(kāi)關(guān)和電子式累加計(jì)數(shù)器等組成，試件檢測(cè)系統(tǒng)采用聲發(fā)射傳感電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，試件裝在機(jī)械裝置及載荷加載裝置上，載荷加載裝置對(duì)機(jī)械裝置上的試件加壓，試件上安裝聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器連接載荷檢測(cè)裝置，信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)技術(shù)，再由顯示或記錄裝置得到材料彎曲疲勞測(cè)試結(jié)果。
文檔編號(hào)G01N3/34GK101271052SQ200810073530
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者吳彤峰, 曾德良, 李曉萍, 毛漢領(lǐng), 毛漢穎, 范健文, 黃振峰 申請(qǐng)人:廣西工學(xué)院