專利名稱:可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，屬精密科學(xué)儀器領(lǐng)域。主要由精密驅(qū)動單元、傳動單元、夾持單元、磁場加載單元、檢測單元、支撐單元組成。其中精密驅(qū)動單元電機(jī)通過減速器及傳動單元中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，帶動夾持單元的旋轉(zhuǎn)端以固定的角度往復(fù)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)扭矩疲勞載荷加載；通過改變曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、連桿及搖桿桿長，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)整；通過改變磁場加載單元極頭距離，實(shí)現(xiàn)磁場強(qiáng)度的調(diào)整。本測試儀整機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)，簡單緊湊，與光學(xué)顯微鏡兼容性好，可對試樣進(jìn)行原位實(shí)時(shí)觀測，為揭示材料在不同磁場強(qiáng)度作用下的力學(xué)特性和疲勞損傷機(jī)制提供一種可靠的測試手段。
【專利說明】
可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及精密科學(xué)儀器領(lǐng)域、原位力學(xué)測試領(lǐng)域，特別設(shè)及一種可控磁場 強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀?？蒞對材料開展不同磁場強(qiáng)度、不同扭轉(zhuǎn) 角下的扭轉(zhuǎn)疲勞測試，并可W集成光學(xué)顯微鏡對試樣進(jìn)行原位實(shí)時(shí)觀測，為掲示材料在不 同磁場強(qiáng)度作用下的力學(xué)特性和疲勞損傷機(jī)制提供一種可靠的測試手段。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料的研究和合成的目的在于滿足人類物質(zhì)文明的需求，一個(gè)特定的材料具有其 特定的性能是其具有使用價(jià)值的根本。而力學(xué)性能測試的研究對象，即是針對材料在外力 作用下表現(xiàn)出來的性能，如彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊初性、疲勞強(qiáng)度和斷裂初度 等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，疲勞破壞在整個(gè)失效件中約占80%，嚴(yán)重影響了人身安全及國民經(jīng)濟(jì)，故對材料 進(jìn)行疲勞研究有著十分重要的意義。
[0003] 近年來，利用光學(xué)顯微鏡、高景深顯微鏡、電子顯微鏡等顯微成像系統(tǒng)對材料力學(xué) 測試動態(tài)監(jiān)測的原位測試技術(shù)，對載荷作用下材料的形變損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，能深入掲示 材料的微觀力學(xué)行為、損傷機(jī)理，對材料學(xué)的研究及發(fā)展起到了推動作用。
[0004] 材料在實(shí)際工作中常常受到扭轉(zhuǎn)疲勞載荷，如汽車傳動軸、機(jī)床主軸、電機(jī)軸等， 另外電機(jī)軸、電主軸等在承受扭轉(zhuǎn)疲勞載荷時(shí)也處于磁場中。而目前針對材料的扭轉(zhuǎn)疲勞 測試裝置，大都是W伺服電機(jī)驅(qū)動，通過輸入電信號控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)疲勞載荷加載，體 積大無法實(shí)現(xiàn)原位觀測，并且沒能實(shí)現(xiàn)磁場的加載。故開發(fā)一種可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn) 疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀器，對研究材料在不同磁場強(qiáng)度作用下承受扭轉(zhuǎn)疲勞載荷時(shí) 的微觀力學(xué)特性及疲勞損傷機(jī)制具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原 位測試儀，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本實(shí)用新型利用曲柄搖桿原理將電機(jī)單向回 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為夾具W固定角度值往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過改變曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、連桿及搖桿桿 長來調(diào)整該固定角度的大小，通過改變磁極極頭距離調(diào)整加載磁場強(qiáng)度的大小，通過固定 端夾具連接的扭矩傳感器測量扭矩的大小，通過與旋轉(zhuǎn)端夾具連接的編碼器測量往復(fù)旋轉(zhuǎn) 角度及疲勞周次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)不換向工作時(shí)不同磁場強(qiáng)度條件下材料的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。 本實(shí)用新型可結(jié)合光學(xué)顯微鏡對加載過程中材料的變形損傷、微觀組織變化及性能演變進(jìn) 行原位動態(tài)監(jiān)測，進(jìn)而對材料在不同磁場強(qiáng)度作用下的力學(xué)特性和疲勞損傷機(jī)制進(jìn)行深入 研究。
[0006] 本實(shí)用新型的上述目的通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] 可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，整體采用邸式結(jié)構(gòu)，簡 單緊湊，可對不同磁場強(qiáng)度作用下材料扭轉(zhuǎn)疲勞展現(xiàn)的力學(xué)特性、微觀組織形貌、斷裂裂紋 進(jìn)行原位實(shí)時(shí)觀測。包括精密驅(qū)動單元、傳動單元、夾持單元、磁場加載單元、檢測單元;所 述精密驅(qū)動單元通過電機(jī)支架4固定于底座20-側(cè)，包含電機(jī)編碼器1、盤式電機(jī)2、減速器 3,電機(jī)編碼器1、減速器3分別與盤式電機(jī)2相連，為整機(jī)儀器提供動力;所述傳動單元通過 電機(jī)聯(lián)軸器5與精密驅(qū)動單元相連，由支座23固定于底座20上，與盤式電機(jī)2同側(cè);所述夾持 單元分為固定端夾持機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)端夾持機(jī)構(gòu)兩部分，且分別通過夾具支座n 15、夾具支座I 21固定在底座20的兩側(cè);所述磁場加載單元通過螺釘固定在底座20正中間；所述檢測單元 包含編碼器6與扭矩傳感器17,編碼器6通過支撐架7固定在支座23側(cè)面，扭矩傳感器17通過 傳感器支座18固定在底座20上遠(yuǎn)離盤式電機(jī)2的一側(cè)。
[000引所述的傳動單元包括傳動軸22、圓盤18、圓盤n 9及銷軸I、n 25、26，所述傳動軸22 通過一對軸承124安裝于支座23上，傳動軸22通過銷軸125與圓盤18連接，圓盤18通過銷軸 E26與圓盤E9連接，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu);所述圓盤E9通過其兩側(cè)的軸套128及卡黃在旋轉(zhuǎn) 端夾具10上得到軸向定位，并通過鍵與旋轉(zhuǎn)端夾具10連接W傳遞扭矩;所述傳動單元將電 機(jī)聯(lián)軸器5傳遞的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為圓盤E9帶動旋轉(zhuǎn)端夾具10沿其軸線W固定角度往 復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)疲勞載荷的加載。
[0009] 所述的傳動軸22、圓盤18、圓盤n 9設(shè)有均布的銷軸孔，通過調(diào)整銷軸125、銷軸n 26的安裝孔位完成對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、連桿及搖桿桿長的調(diào)節(jié)，從而改變旋轉(zhuǎn)端夾具 往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)。
[0010] 所述的旋轉(zhuǎn)端夾持機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)端夾具10及壓板111組成，壓板111通過螺釘與旋轉(zhuǎn) 端夾具10連接并壓緊試樣，兩者均設(shè)置有凹槽W夾持試樣32;所述旋轉(zhuǎn)端夾具10通過軸承 1127安裝于夾具支座121上，旋轉(zhuǎn)端夾具10上設(shè)置有軸肩及卡黃槽，通過卡黃壓緊圓盤119、 軸套128使軸承n 27得到定位。
[0011] 所述的固定端夾持機(jī)構(gòu)由固定端夾具14及壓板n 13組成，壓板n 13通過螺釘與固 定端夾具14連接并壓緊試樣，兩者均設(shè)置有凹槽W夾持試樣32;所述固定端夾具14通過軸 承虹31安裝于夾具支座n 15上，固定端夾具10上加工有軸肩，通過連接軸16壓緊軸套n 30 使軸承虹31得到定位。
[0012] 所述的磁場加載單元由一對磁極極頭12及磁鐵支座19組成，兩磁極極頭12對稱布 置于試樣32兩側(cè)，并通過磁鐵支座19固定在底座20上，實(shí)現(xiàn)整機(jī)磁場加載；同時(shí)通過調(diào)整磁 極極頭與磁鐵支座間安裝的墊片的厚度改變兩磁極極頭的間距，完成試樣所處磁場強(qiáng)度的 調(diào)整，實(shí)現(xiàn)不同磁場強(qiáng)度作用下的試驗(yàn)。
[0013] 所述的檢測單元由編碼器6與扭矩傳感器17組成，其中編碼器6通過編碼器聯(lián)軸器 29與旋轉(zhuǎn)端夾具10連接，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)端夾具往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小及疲勞周次的測量;扭矩傳 感器17與連接軸16通過螺釘連接，從而實(shí)現(xiàn)對由固定端夾具14通過鍵傳遞給連接軸16扭矩 大小的測量。
[0014] 所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀的主體尺寸為 296mm X 80mm X 60mm，與光學(xué)顯微鏡兼容性好。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果在于:整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，與光學(xué)顯微鏡兼容性好，可實(shí)時(shí)觀測 在不同磁場強(qiáng)度作用下承受扭轉(zhuǎn)疲勞時(shí)材料的微觀形貌、組織結(jié)構(gòu)等的變化。不同于傳統(tǒng) 的扭轉(zhuǎn)疲勞力學(xué)性能測試裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)單向回轉(zhuǎn)帶動試樣W固定轉(zhuǎn)角往復(fù)扭轉(zhuǎn)的疲 勞試驗(yàn)，并可結(jié)合光學(xué)顯微鏡，對不同磁場強(qiáng)度作用下材料的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)進(jìn)行原位實(shí)時(shí) 觀測。在驅(qū)動方面，利用由兩銷軸連接的=圓盤構(gòu)成典型的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，達(dá)到電機(jī)不換向 工作下扭轉(zhuǎn)疲勞載荷加載的目的，同時(shí)可改變銷軸安裝位置來改變搖桿往復(fù)擺動角度。在 施加磁場方面，該儀器采用極頭間距可調(diào)的雙極頭式磁鐵，磁場強(qiáng)度調(diào)節(jié)控制簡單。在整體 結(jié)構(gòu)方面，該儀器結(jié)構(gòu)緊湊，并可W集成光學(xué)顯微鏡對試樣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對材料微觀 組織形貌改變、晶格變化、裂紋擴(kuò)展的原位動態(tài)觀測。綜上所述，本實(shí)用新型具有良好的應(yīng) 用、開發(fā)前景，對材料原位微觀力學(xué)性能測試技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。
【附圖說明】

[0016] 此處所說明的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分， 本實(shí)用新型的示意性實(shí)例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限 定。
[0017] 圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型的傳動單元的局部裝配示意圖；
[0019] 圖3為本實(shí)用新型的固定夾具局部裝配示意圖；
[0020] 圖4為本實(shí)用新型的試樣安裝局部示意圖；
[0021 ]圖5為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖6為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖7為本實(shí)用新型的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖8本實(shí)用新型的加載原理圖；
[0025] 圖9為本實(shí)用新型的曲柄機(jī)構(gòu)調(diào)整原理圖。
[0026] 圖中：1、電機(jī)編碼器;2、盤式電機(jī);3、減速器;4、電機(jī)支架;5、電機(jī)聯(lián)軸器;6、編碼 器;7、支撐架;8、圓盤I ;9、圓盤n ; 10、旋轉(zhuǎn)端夾具；11、壓板I; 12、磁極極頭；13、壓板n ; 14、 固定端夾具；15、夾具支座n ; 16、連接軸；17、扭矩傳感器；18、傳感器支座；19、磁鐵支座； 20、底座;21、夾具支座1;22、傳動軸;23、支座;24、軸承1;25、銷軸1;26、銷軸n ;27、軸承n ; 28、軸套1;29、編碼器聯(lián)軸器;30、軸套n;31、軸承虹;32、試樣。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容及其【具體實(shí)施方式】。
[0028] 參見圖1至圖7所示，本實(shí)用新型的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原 位測試儀包括精密驅(qū)動單元、傳動單元、夾持單元、磁場加載單元、檢測單元、支撐單元;所 述的支撐單元由底座20及支座組成，為儀器其他部分起到支撐作用;所述的精密驅(qū)動單元 通過電機(jī)支架4固定于底座20側(cè)邊，包含電機(jī)編碼器1、盤式電機(jī)2、減速器3,電機(jī)編碼器1、 減速器3分別與盤式電機(jī)2相連，為整機(jī)儀器提供動力;所述的傳動單元通過電機(jī)聯(lián)軸器5與 精密驅(qū)動單元相連，由支座23固定于底座20上，與電機(jī)同側(cè);所述的夾持單元分為固定端夾 持機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)端夾持機(jī)構(gòu)兩部分，且分別由夾具支座n 15、夾具支座121固定在底座20上的 兩側(cè);所述的磁場加載單元通過螺釘固定在底座20正中間;所述的檢測單元包含編碼器6與 扭矩傳感器17,編碼器6通過支撐架7固定在支座23側(cè)面，扭矩傳感器17由傳感器支座18固 定在底座20上遠(yuǎn)離電機(jī)的一側(cè)。整機(jī)采用邸式結(jié)構(gòu)，簡單緊湊，可對不同磁場強(qiáng)度作用下材 料扭轉(zhuǎn)疲勞展現(xiàn)的力學(xué)特性、微觀組織形貌、斷裂裂紋進(jìn)行原位實(shí)時(shí)觀測。
[0029] 參見圖1及圖2所示，所述的傳動單元主要由傳動軸22、圓盤18、圓盤E9及銷軸25、 26組成;其中傳動軸22通過一對軸承124安裝于支座23上，其細(xì)軸端通過電機(jī)聯(lián)軸器與精密 驅(qū)動單元輸出軸連接，其圓盤端與圓盤18、圓盤18與圓盤n 9分別由銷軸125、n 26連接，構(gòu) 成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；圓盤119兩側(cè)分別通過軸套128及卡黃在旋轉(zhuǎn)端夾具10軸向定位，并用鍵 與旋轉(zhuǎn)端夾具10連接W傳遞扭矩;所述的傳動單元中，傳動軸22在電機(jī)聯(lián)軸器5傳遞的扭矩 驅(qū)動下整周回轉(zhuǎn)，通過起連桿作用的圓盤18帶動圓盤119、夾具10往復(fù)旋轉(zhuǎn)，即所述的傳動 單元將電機(jī)聯(lián)軸器5傳遞的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為圓盤E9帶動旋轉(zhuǎn)端夾具IOW固定角度沿 其軸線往復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)疲勞載荷的加載。
[0030] 參見圖1、圖2及圖4所示，所述的旋轉(zhuǎn)端夾持機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)端夾具10及壓板111組成， 由螺釘連接并壓緊試樣，兩者均加工有凹槽W方便試樣32的夾持;所述的旋轉(zhuǎn)端夾具10通 過軸承n 27安裝于夾具支座121上，旋轉(zhuǎn)端夾具10上加工有軸肩及卡黃槽，通過卡黃壓緊圓 盤n 9、軸套128使軸承n 27得到定位。
[0031] 參見圖1、圖3及圖4所示，所述的固定端夾持機(jī)構(gòu)由固定端夾具14及壓板13組成， 由螺釘連接并壓緊試樣，兩者均加工有凹槽W方便試樣32的夾持;所述的固定端夾具14通 過軸承虹31安裝于夾具支座n 15上，固定端夾具10上加工有軸肩，通過連接軸16壓緊軸套 1130使軸承虹31得到定位。
[0032] 參見圖1、圖2及圖3所示，所述的檢測單元由編碼器6與扭矩傳感器17組成;其中編 碼器6通過螺釘固定在支撐架7上，支撐架7通過螺釘固定在支座23上，編碼器6通過編碼器 聯(lián)軸器29與旋轉(zhuǎn)端夾具10連接;扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)端夾具10旋轉(zhuǎn)通過編碼器聯(lián)軸器29 帶動編碼器6輸入軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)端夾具往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小及疲勞周次的測量。扭矩傳 感器17固定于傳感器支座18上，并與連接軸16通過螺釘連接，而連接軸16與固定端夾具14 由鍵連接;扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)，固定端夾具14通過連接軸16將扭矩傳遞給扭矩傳感器17,實(shí)現(xiàn) 試驗(yàn)中扭矩大小的測量。
[0033] 參見圖1、圖4及圖8所示，所述的磁場加載單元由一對磁極極頭12及磁鐵支座19組 成，兩磁極極頭12對稱布置于扭轉(zhuǎn)試樣32兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)磁場加載；同時(shí)通過調(diào)整磁極極頭 與磁鐵支座間安裝墊片的厚度改變兩磁極極頭的間距d，完成試樣所處磁場強(qiáng)度的調(diào)整，實(shí) 現(xiàn)不同磁場強(qiáng)度作用下的試驗(yàn)。
[0034] 參見圖2及圖9所示，所述的傳動軸22、圓盤18、圓盤E9打有均布的銷軸孔，通過調(diào) 整銷軸I、銷軸n的安裝孔位完成對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、連桿及搖桿桿長的調(diào)節(jié)，從而改 變旋轉(zhuǎn)端夾具往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)。當(dāng)選用不同位置的 銷軸孔連接傳動軸22、圓盤18、圓盤E9時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄Li、連桿:?及搖桿^分別 調(diào)整為;援、^、接，實(shí)現(xiàn)各桿桿長的調(diào)節(jié)，從而改變旋轉(zhuǎn)端夾具往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小，完成扭轉(zhuǎn) 疲勞往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)。
[0035] 參見圖1、圖5、圖6及圖7所示，所述的測試儀器整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，主體尺寸為296mmX 80mm X 60mm，與光學(xué)顯微鏡兼容性好，可實(shí)時(shí)觀測在不同磁場強(qiáng)度作用下承受扭轉(zhuǎn)疲勞載 荷時(shí)材料的微觀形貌、組織結(jié)構(gòu)等的變化。
[0036] 本實(shí)用新型能開展磁場作用下扭轉(zhuǎn)疲勞載荷加載的力學(xué)測試，除獲得不同磁場強(qiáng) 度作用下扭矩-扭角曲線、扭轉(zhuǎn)疲勞曲線及試驗(yàn)中試樣微觀形貌外，還能根據(jù)獲得扭矩-扭 角曲線線性階段獲得材料切變模量G，對預(yù)制缺口的試樣測試疲勞缺口敏感度游檢測等，相 關(guān)關(guān)公式如下
[0037] 切變模量G
[00；3 引
[0039] 其中，導(dǎo)F為扭矩增量，S絕為扭角增量，知為標(biāo)距長度，編為試樣直徑；
[0040] 平均應(yīng)力觀：
[0046] 其中聽姆為最大應(yīng)力，混,站為最小應(yīng)力；[0047] 疲勞缺口敏感度辱f
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[004引
[0049] 具甲騎刃埋化應(yīng)力集中系數(shù)，殺為疲勞缺口系數(shù)。
[0050] 參見圖1至4及圖8所示，本實(shí)用新型的具體工作過程如下：
[0051] 試驗(yàn)開始時(shí)，獲得輸入電信號的盤式電機(jī)2經(jīng)減速器3降速増扭通過電機(jī)聯(lián)軸器5 帶動傳動軸22旋轉(zhuǎn)，基于曲柄搖桿原理傳動軸22借助圓盤18帶動圓盤n 9沿圓盤n 9軸W固 定角度值往復(fù)旋轉(zhuǎn)，圓盤n 9帶動旋轉(zhuǎn)端夾具10及夾具上夾緊的扭轉(zhuǎn)試樣32往復(fù)旋轉(zhuǎn)，而扭 轉(zhuǎn)試樣32經(jīng)固定端夾具14夾緊，最終實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞載荷的加載;將磁場單元的兩極頭12對 稱布置于扭轉(zhuǎn)試樣32兩側(cè)，完成磁場加載，通過增大或縮小兩極頭12之間距離d改變磁場強(qiáng) 度。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)端夾具10細(xì)軸端經(jīng)編碼器聯(lián)軸器29帶動編碼器6輸入軸旋轉(zhuǎn)，完成對試驗(yàn)疲 勞次數(shù)及單次往復(fù)角度值的采集;固定端夾具14將試驗(yàn)扭矩通過連接軸16傳遞給扭矩傳感 器17，完成對試驗(yàn)扭矩大小的采集。通過改變傳動軸22、圓盤18、圓盤n 9之間兩銷軸安裝孔 位，完成疲勞試驗(yàn)試樣往復(fù)旋轉(zhuǎn)角度值的調(diào)整。整機(jī)可安放在光學(xué)顯微鏡下，試驗(yàn)前試樣先 經(jīng)表面拋光腐蝕，即可實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)過程中試樣微觀組織形貌的原位觀測。
[0052] W上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可W有各種更改和變化。凡對本實(shí)用新型所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其特征在于:整體采 用臥式結(jié)構(gòu)，包括精密驅(qū)動單元、傳動單元、夾持單元、磁場加載單元、檢測單元;所述精密 驅(qū)動單元通過電機(jī)支架(4)固定于底座(20)-側(cè)，包含電機(jī)編碼器（1)、盤式電機(jī)(2)、減速 器(3)，電機(jī)編碼器（1)、減速器(3)分別與盤式電機(jī)(2)相連，為整機(jī)儀器提供動力;所述傳 動單元通過電機(jī)聯(lián)軸器(5)與精密驅(qū)動單元相連，由支座(23)固定于底座(20)上，與盤式電 機(jī)(2)同側(cè);所述夾持單元分為固定端夾持機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)端夾持機(jī)構(gòu)兩部分，且分別通過夾具 支座Π (15)、夾具支座1(21)固定在底座(20)的兩側(cè);所述磁場加載單元通過螺釘固定在底 座(20)正中間；所述檢測單元包含編碼器(6)與扭矩傳感器（17)，編碼器(6)通過支撐架(7) 固定在支座(23)側(cè)面，扭矩傳感器（17)通過傳感器支座（18)固定在底座(20)上遠(yuǎn)離盤式電 機(jī)(2)的一側(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于:所述的傳動單元包括傳動軸（22)、圓盤1(8)、圓盤Π (9)及銷軸Ι、Π (25、26)，所 述傳動軸（22)通過一對軸承1(24)安裝于支座（23)上，傳動軸（22)通過銷軸1(25)與圓盤I (8)連接，圓盤I (8)通過銷軸Π (26)與圓盤Π (9)連接，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu);所述圓盤Π (9) 通過其兩側(cè)的軸套1(28)及卡簧在旋轉(zhuǎn)端夾具（10)上得到軸向定位，并通過鍵與旋轉(zhuǎn)端夾 具（10)連接以傳遞扭矩;所述傳動單元將電機(jī)聯(lián)軸器(5)傳遞的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為圓盤 Π (9)帶動旋轉(zhuǎn)端夾具（10)沿其軸線以固定角度往復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的扭 轉(zhuǎn)疲勞載荷的加載。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于:所述的傳動軸（22)、圓盤1(8)、圓盤Π (9)設(shè)有均布的銷軸孔，通過調(diào)整銷軸I (25)、銷軸Π (26)的安裝孔位完成對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、連桿及搖桿桿長的調(diào)節(jié)，從而改 變旋轉(zhuǎn)端夾具往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)端夾持機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)端夾具（10)及壓板1(11)組成，壓板1(11)通過螺 釘與旋轉(zhuǎn)端夾具（10)連接并壓緊試樣，兩者均設(shè)置有凹槽以夾持試樣(32);所述旋轉(zhuǎn)端夾 具（10)通過軸承Π (27)安裝于夾具支座1(21)上，旋轉(zhuǎn)端夾具（10)上設(shè)置有軸肩及卡簧槽， 通過卡簧壓緊圓盤Π (9)、軸套I (28)使軸承Π (27)得到定位。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于:所述的固定端夾持機(jī)構(gòu)由固定端夾具（14)及壓板Π (13)組成，壓板Π (13)通過 螺釘與固定端夾具（14)連接并壓緊試樣，兩者均設(shè)置有凹槽以夾持試樣(32);所述固定端 夾具（14)通過軸承ΠΚ31)安裝于夾具支座Π ( 15)上，固定端夾具（10)上加工有軸肩，通過 連接軸(16)壓緊軸套Π (30)使軸承ΠΚ31)得到定位。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于：所述的磁場加載單元由一對磁極極頭（12)及磁鐵支座（19)組成，兩磁極極頭 (12)對稱布置于試樣(32)兩側(cè)，并通過磁鐵支座（19)固定在底座（20)上，實(shí)現(xiàn)整機(jī)磁場加 載；同時(shí)通過調(diào)整磁極極頭與磁鐵支座間安裝的墊片的厚度改變兩磁極極頭的間距，完成 試樣所處磁場強(qiáng)度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)不同磁場強(qiáng)度作用下的試驗(yàn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于:所述的檢測單元由編碼器(6)與扭矩傳感器（17)組成，其中編碼器(6)通過編碼 器聯(lián)軸器(29)與旋轉(zhuǎn)端夾具（10)連接，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)端夾具往復(fù)偏轉(zhuǎn)角度大小及疲勞周次的 測量;扭矩傳感器（17)與連接軸（16)通過螺釘連接，從而實(shí)現(xiàn)對由固定端夾具（14)通過鍵 傳遞給連接軸(16)扭矩大小的測量。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀，其 特征在于:所述的可控磁場強(qiáng)度的小型扭轉(zhuǎn)疲勞材料力學(xué)性能原位測試儀的主體尺寸為 296mm X 80mm X 60mm，與光學(xué)顯微鏡兼容。
【文檔編號】F16H21/40GK205719818SQ201620278065
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】趙宏偉, 劉先華, 霍占偉, 馬志超, 劉長宜, 李檸, 王順博, 代曉航, 吳迪, 苗淼
【申請人】吉林大學(xué)