專利名稱：超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)材料疲勞、耐久性測(cè)試領(lǐng)域，具體是一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
疲勞失效是在交變載荷下結(jié)構(gòu)件的主要失效形式，如曲軸、齒輪、連桿、彈簧、螺栓 等構(gòu)件以及壓力容器、車輛、飛機(jī)、海洋平臺(tái)、焊接鋼橋等結(jié)構(gòu)的主要失效形式都是疲勞破 壞。疲勞破壞導(dǎo)致的工程構(gòu)件失效事故占總事故的比例達(dá)80%。由于疲勞斷裂發(fā)生突然， 并導(dǎo)致災(zāi)難性的事故，因此，材料的疲勞破壞問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程界研究和關(guān)心 的課題。在航空航天、汽車、鐵路、核工業(yè)、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，一些結(jié)構(gòu)零部件在工作過(guò)程中 要承受高頻、低幅循環(huán)載荷作用，承受循環(huán)載荷次數(shù)高達(dá)IO9-IO11周，這種高頻循環(huán)載荷雖 然應(yīng)力幅值小，但其頻率很高，可達(dá)數(shù)千赫茲，尤其這種高頻、低幅載荷與其它載荷疊加時(shí)， 造成的復(fù)合損傷會(huì)大大地加速結(jié)構(gòu)部件的損壞，嚴(yán)重威脅到結(jié)構(gòu)部件的工作安全和可靠。 所以國(guó)外在研究高速運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命中，特別重視低幅、超高周疲勞壽命的研究。近 幾年來(lái)，有關(guān)工程材料IO7周次以上的超高周疲勞行為的研究已成為疲勞研究的一個(gè)新課 題，引起工程界的高度重視。超聲疲勞(Ultrasonic Fatigue)實(shí)驗(yàn)技術(shù)采用共振原理，將超聲發(fā)生器產(chǎn)生的高 頻電信號(hào)通過(guò)換能器轉(zhuǎn)化為同頻率的振動(dòng)位移輸出，這種振動(dòng)位移經(jīng)過(guò)位移放大器放大， 將高頻循環(huán)應(yīng)力加載于試樣，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料的超聲高頻循環(huán)加載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料 的超高周疲勞性能的實(shí)驗(yàn)研究。超聲疲勞實(shí)驗(yàn)技術(shù)已成為有效、可靠的獲得工程材料超高 周疲勞性能的實(shí)驗(yàn)手段?，F(xiàn)有的超聲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置主要由超聲發(fā)生器、換能器、高倍位移放大器、拉壓疲勞 試樣組成(如圖1)，通過(guò)超聲發(fā)生器提供激振電源和交頻電信號(hào)，超聲換能器將交頻電信 號(hào)轉(zhuǎn)換為同樣頻率的振動(dòng)信號(hào)，高倍位移放大器將換能器輸出的振動(dòng)位移放大，并傳遞給 拉壓疲勞試樣，形成對(duì)試樣的軸向循環(huán)應(yīng)力加載。由于現(xiàn)有的超聲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置沒(méi)有能夠 將縱向波轉(zhuǎn)換為橫向波的實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)，由于在現(xiàn)有軸向加載超聲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置中，拉壓 疲勞試樣所承受的動(dòng)載荷預(yù)與靜載荷方向一致，不需要考慮靜載荷對(duì)動(dòng)載荷的影響，故在 結(jié)構(gòu)上沒(méi)有靜載荷加力裝置，所以現(xiàn)有技術(shù)中的軸向加載超聲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置只能實(shí)現(xiàn)對(duì)疲 勞試樣的軸向加載。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的只能實(shí)現(xiàn)對(duì)疲勞試樣軸向加載的不足，本發(fā)明提出了一 種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明包括低倍位移放大器、連接器、支承裝置、傳力器和換能器；換能器的下端 與連接器通過(guò)螺桿連接。并且換能器位于傳力器內(nèi)；傳力器位于超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的中部；傳力器包括下連接板、上連接板、傳力桿和墊板，并且墊板位于傳力器的頂端，上連接板和下連接板位于 傳力器的下端。墊板與上連接板和下連接板之間通過(guò)傳力桿固連。連接器一端穿過(guò)傳力器 下端的下連接板與低倍位移放大器連接；另一端穿過(guò)上連接板，與換能器連接。支承裝置位于低倍位移放大器下方；靜載荷加力裝置穿過(guò)墊板的中心孔與墊板固 連。支承裝置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括壓塊、調(diào)節(jié)滑塊、縱向調(diào)節(jié)螺釘、滑塊 、支承蓋、定位套 筒、定位絲杠、手柄、底座、橫向調(diào)節(jié)螺釘、支承條壓塊、支承條和滑塊固定板；兩個(gè)滑塊對(duì)稱 的安裝在底座臺(tái)面的中心，兩個(gè)調(diào)節(jié)滑塊分別位于滑塊表面的導(dǎo)向滑槽內(nèi)；兩個(gè)支承蓋分 別位于底座臺(tái)面的兩端；定位絲杠穿過(guò)橫貫底座臺(tái)面的定位絲杠安裝槽，并通過(guò)定位套筒 定位；支承條安裝在滑塊上的支承條安裝槽中，壓塊、支承條壓塊分別固定支承條的兩端。所述的隔離塊套裝在下連接板和上連接板之間的傳力桿上。傳力桿一端與墊板連 接，另一端先后穿過(guò)上連接板、隔離塊和下連接板后，用螺母固定。所述的底座的底板中心有與實(shí)驗(yàn)臺(tái)定位軸配合的通孔；底座的臺(tái)面中心有滑塊的 導(dǎo)向滑槽，導(dǎo)向滑槽的中心位置有凸出滑槽內(nèi)表面的定位塊，在定位塊的兩側(cè)，由內(nèi)向外是 相互連通的滑塊的導(dǎo)向滑槽和定位絲杠安裝槽。所述滑塊的連接塊位于底座的導(dǎo)向滑槽內(nèi)，并且該連接塊上有定位絲杠連接孔； 滑塊的安裝塊表面有與連接塊上的定位絲杠連接孔平行的安裝調(diào)節(jié)滑塊的導(dǎo)向滑槽，并且 該導(dǎo)向滑槽的中心與定位絲杠連接孔的中心在同一垂直面上；在滑塊安裝塊表面一邊，有 與導(dǎo)向滑槽垂直的支承條安裝槽。所述的定位絲杠中部外表面有兩段旋向相反的外螺紋；兩段外螺紋分別與一個(gè)滑 塊連接后一同安放在底座的導(dǎo)向滑槽中；定位絲杠兩端有定位套筒的安裝孔；定位絲杠的 兩端套裝有定位套筒，并且使定位套筒的一端面緊貼底座的側(cè)壁；限位螺釘穿過(guò)定位套筒 側(cè)面的定位槽，裝入定位絲杠上的螺孔中；定位套筒通過(guò)內(nèi)孔與定位絲杠間隙配合。所述的支承蓋兩側(cè)底邊的中心有半圓形的定位絲杠的過(guò)孔；在支承蓋的蓋表面兩 端有連接孔；當(dāng)定位絲杠與滑塊連接并一同安放在底座的導(dǎo)向滑槽中后，將支承蓋固定在 底座上，支承蓋下表面的半圓槽與底座上表面的半圓定位絲杠安裝槽，構(gòu)成了支承定位絲 杠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠支承座。所述的調(diào)節(jié)滑塊的兩側(cè)分別有開口槽，該開口槽對(duì)稱于調(diào)節(jié)滑塊的中心，并且開 口方向一致；調(diào)節(jié)滑塊的中心有縱向調(diào)節(jié)螺釘?shù)陌惭b孔。所述的壓塊的側(cè)邊中部有橫向調(diào)節(jié)螺釘?shù)陌惭b孔；在橫向調(diào)節(jié)螺釘安裝孔的下 方、壓塊側(cè)邊的底部，有與壓緊支承條配合的凹槽；壓塊上表面調(diào)節(jié)螺釘安裝孔的兩側(cè)，有 中心線與橫向調(diào)節(jié)螺釘安裝孔的中心線相互垂直的滑塊的連接孔。支承條壓塊上的連接孔 位于壓緊支承條壓緊槽的兩側(cè)?；瑝K與底座臺(tái)面上的導(dǎo)向滑槽之間滑動(dòng)配合；定位絲杠安 裝槽的直徑同定位絲杠外徑。本發(fā)明應(yīng)用共振原理，保證彎曲疲勞試樣與超聲疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有相同的諧振頻 率，實(shí)現(xiàn)不同靜載荷與動(dòng)載荷的復(fù)合加載。彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置支承部分采用絲杠傳動(dòng)，導(dǎo)向 滑槽導(dǎo)向，從而實(shí)現(xiàn)彎曲疲勞試樣的準(zhǔn)確定位和加載。由于超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng) 保持共振，因此必須準(zhǔn)確計(jì)算各組件在20kHz振動(dòng)頻率下的諧振尺寸，并使彎曲疲勞試樣 準(zhǔn)確定位。在彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)設(shè)置縱向自動(dòng)對(duì)心裝置，以及保證橫向定位的橫向定位裝置?？v向、橫向定位裝置，都由絲杠裝置控制，從而實(shí)現(xiàn)任意幾何尺寸彎曲疲勞試樣的 疲勞實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的換能器、連接器、低倍位移放大器和壓頭構(gòu)成縱向諧振系統(tǒng)，并通過(guò)壓頭 將縱向振動(dòng)載荷傳遞到彎曲疲勞試樣，使彎曲疲勞試樣產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。彎曲疲勞試樣的幾 何尺寸、支承點(diǎn)的位置經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算使其滿足與縱向振動(dòng)載荷同頻率的彎曲諧振條件，因 而使彎曲疲勞試樣產(chǎn)生彎曲共振。超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置中，設(shè)計(jì)了連接器，傳力桿與上、 下連接板、隔離塊構(gòu)成傳力器，傳力器的上、下連接板與連接器的零位移面連接，靜載荷通 過(guò)連接器的零位移面施加于彎曲試樣，以避免靜載荷對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)波的影響，保證超聲彎曲 疲勞系統(tǒng)的共振條件。超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)支承裝置中定位絲杠可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)彎曲疲勞試 樣支承點(diǎn)的位 置，并保證彎曲疲勞試樣自動(dòng)對(duì)中，從而實(shí)現(xiàn)超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的連接器是根據(jù)振動(dòng)波波動(dòng)理論設(shè)計(jì)的。連接器上有零振動(dòng)位移面，靜載 荷加力裝置與連接器的零振動(dòng)位移面相連接，外加靜載荷通過(guò)此零振動(dòng)位移面，將靜載荷 傳遞給彎曲疲勞試樣，同時(shí)連接器也將動(dòng)載荷傳遞給彎曲疲勞試樣，動(dòng)載荷與靜載荷之間 的傳遞互不影響。彎曲疲勞試樣設(shè)計(jì)根據(jù)橫向波波動(dòng)理論，設(shè)計(jì)加載點(diǎn)和支承點(diǎn)。加載點(diǎn) 和支承點(diǎn)的準(zhǔn)確位置通過(guò)調(diào)節(jié)支承裝置實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明將支承條固定在滑塊上，滑塊內(nèi)螺紋 與定位絲杠形成螺旋運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)定位絲杠即可推動(dòng)滑塊，滑塊通過(guò)螺桿傳力，使其沿底座中 的導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)，進(jìn)而確定了縱向位移。通過(guò)雙向螺桿滑動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)彎曲試樣的自動(dòng)對(duì)心。 同時(shí)，本發(fā)明采用的橫向定位是通過(guò)單邊雙導(dǎo)柱加螺桿側(cè)推裝置定位，壓塊的內(nèi)螺紋與調(diào) 節(jié)螺釘形成螺旋傳動(dòng)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘即可推動(dòng)彎曲疲勞試樣，保證彎曲疲勞試樣的橫向定 位。支承條安裝在滑塊上，磨損后可卸下更換。超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)用可有效地實(shí)現(xiàn)不同加載載荷、不同幾何尺寸彎曲疲 勞試樣的超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。它適于利用軸向加載超聲疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。


附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的超聲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；附圖4是兩種實(shí)驗(yàn)裝置下振動(dòng)位移的分布情況，其中a是軸向加載超聲疲勞實(shí)驗(yàn) 裝置的軸向振動(dòng)位移曲線，b是超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的軸向振動(dòng)位移與彎曲疲勞試樣彎 曲振動(dòng)位移曲線；附圖5是連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是隔離塊的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖7是連接板的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8是墊板的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖9是低倍位移放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖10是壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖11是支承裝置的軸測(cè)圖；附圖12是支承裝置的俯視圖；附圖13是支承裝置的主視附圖14是底座的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖15是支承蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖16是滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖17是調(diào)節(jié)滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖18是壓塊的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖19是支承條壓塊的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖20是定位絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖21是定位套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖22是手柄的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖23是滑塊固定板的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.拉壓疲勞試樣2.高倍位移放大器3.導(dǎo)向滑槽4.支承裝置5.彎曲疲勞 試樣6.低倍位移放大器7.連接器 8.下連接板9.上連接板10.換能器11.傳力桿 12.墊板13.靜載荷加力裝置 14.隔離塊 15.壓頭16.壓塊 17.調(diào)節(jié)滑塊 18.縱向調(diào)節(jié)螺釘 19.滑塊 20.支承蓋21.定位套筒22.定位絲杠 23.手柄 24.底座 25.橫向調(diào)節(jié)螺釘26.支承條壓塊27.支承條28.滑塊固定板29.支承條安裝槽30.定位絲 杠安裝槽
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，用于金屬材料20kHz頻率下的三點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)，可完成應(yīng)力比R >0的彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。根據(jù)該超聲彎曲疲勞試驗(yàn)裝置中連接器 以及低倍位移放大器的設(shè)計(jì)，彎曲疲勞試樣的應(yīng)力幅值加載范圍在250-850MPa之間。超聲 彎曲疲勞試樣須滿足20kHz的彎曲諧振條件，彎曲疲勞試樣的最小長(zhǎng)度應(yīng)大于30mm。超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置包括支承裝置4、彎曲疲勞試樣5、低倍位移放大器6、連接 器7、換能器10、傳力器、靜載荷加力裝置13、隔離塊14和壓頭15。傳力器為由桿件和板件 組成的框架結(jié)構(gòu)，包括下連接板8、上連接板9、傳力桿11、墊板12構(gòu)成，位于本實(shí)施例的中 部；換能器10位于傳力器內(nèi)。傳力器頂端的平板為安裝靜載荷加力裝置的墊板12 ；換能器 10的下端與連接器7通過(guò)螺桿連接，連接器7穿過(guò)傳力器下端的下連接板8和上連接板9， 并與低倍位移放大器6連接。支承裝置4位于低倍位移放大器6下方，用于安放彎曲疲勞 試樣5。靜載荷加力裝置為機(jī)械式拉壓裝置，傳力器連接到靜載荷加力裝置上，通過(guò)傳力器 將靜載荷加載到彎曲疲勞試樣。如圖5所示。連接器7為鋁合金回轉(zhuǎn)體，外圓周為階梯狀，其中部外徑最大，形成 了連接器7的凸緣；在凸緣的兩側(cè)，分別是不同外徑的下連接板8和上連接板9的配合段。 連接器7兩端端面中心分別有螺紋孔，連接器直徑較小一端通過(guò)螺桿與低倍位移放大器6 螺接，較大一端通過(guò)螺桿與換能器10螺接，換能器10通過(guò)通信電纜與外接的超聲發(fā)生器連 接，連接器7的幾何尺寸滿足20kHz沿軸向振動(dòng)的諧振條件。傳力器包括下連接板8、上連接板9、傳力桿11和墊板12。其中，墊板12位于傳力 器的頂端，上連接板9和下連接板8位于傳力器的下端；墊板12與上連接板9和下連接板8之間通過(guò)三根傳力桿11固連。靜載荷加力裝置13穿過(guò)墊板12的中心孔，并通過(guò)螺母與 墊板12固連，從而將墊板12連接到靜載荷加力裝置13上。墊板12為圓形板件，中心有通孔。下連接板8和上連接板9均為圓形板件，在下 連接板8和上連接板9中心有連接器7的安裝通孔，并且該連接器7安裝通孔的內(nèi)徑小于 連接器7中部外圓周上凸緣的直徑。連接器7凸緣一側(cè)的大端穿過(guò)上連接板9的中心孔， 連接器7凸緣一側(cè)的小端穿過(guò)下連接板8的中心孔，使連接器7中部的凸緣位于下連接板 8和上連接板9之間。傳力桿11的兩端均有外螺紋；傳力桿11的一端通過(guò)墊板12邊緣的 連接孔與墊板12固連，另一端分別穿過(guò)位于下連接板8和上連接板9邊緣的三個(gè)連接孔， 并用螺母固定。如圖10所示。壓頭15為橫截面近似錐形的桿件。在壓頭15平面的中部有連接 螺孔，通過(guò)該連接螺孔，用螺桿與低倍位移放大器6的小端端面上的螺孔相連，實(shí)現(xiàn)壓頭15 與低倍位移放大器6的連接。形成壓頭15錐形的錐尖部呈圓弧，在疲勞實(shí)驗(yàn)時(shí)該圓弧形的 錐尖部與彎曲疲勞試樣5接觸。如圖9所示。低倍位移放大器6是用鈦合金材料加工而成的 回轉(zhuǎn)體，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需 求，低倍位移放大器的放大倍數(shù)為6. 3，低倍位移放大器的幾何尺寸滿足20kHz沿軸向振動(dòng) 的諧振條件。低倍位移放大器6的外圓周為階梯狀；在低倍位移放大器兩端面中心加工有 螺孔，直徑小的一端通過(guò)螺桿與壓頭15連接，直徑大的一端通過(guò)螺桿與連接器7相連接。如圖6所示。三個(gè)隔離塊14均為中空回轉(zhuǎn)體，被套裝在位于下連接板8和上連接 板9之間的各傳力桿11上。隔離塊14的內(nèi)徑略大于傳力桿11的外徑，當(dāng)隔離塊14套裝 在傳力桿11上后，兩者之間間隙配合。隔離塊14殼體的高度同連接器7凸緣的厚度。當(dāng) 傳力桿11與上連接板9和下連接板8連接時(shí)，通過(guò)隔離塊將上連接板9和下連接板8隔離 分開。隔離塊14的高度相對(duì)于連接器7凸緣厚度的公差為+0. Imm,以保證連接器7可以在 上連接板9和下連接板8之間轉(zhuǎn)動(dòng)。傳力桿11為兩端加工有螺紋的圓柱形長(zhǎng)鋼桿，傳力桿一端穿過(guò)墊板12邊緣上的 小孔由螺母將其與墊板12連接，另一端先后穿過(guò)上連接板9、隔離塊14、下連接板8由螺母 將它們連接在一起。在傳力桿11與上連接板9、隔離塊14、下連接板8連接之前，應(yīng)先將連 接器7的大小兩端分別穿過(guò)上連接板9和下連接板8的中心孔，使得傳力桿與連接板連接 的同時(shí)，將連接器7的凸緣固定在上、下兩個(gè)連接板之間。在連接器7、上連接板9、隔離塊 14、下連接板8以及墊板12的相對(duì)位置確定好后，用同樣的3根傳力桿將其連接。如圖11-13所示。支承裝置4為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括壓塊16、調(diào)節(jié)滑塊17、縱向調(diào)節(jié)螺 釘18、滑塊19、支承蓋20、定位套筒21、定位絲杠22、手柄23、底座24、橫向調(diào)節(jié)螺釘25、支 承條壓塊26、支承條27和滑塊固定板28。支承裝置4安裝在靜載荷加力裝置的實(shí)驗(yàn)臺(tái)面 上，并位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的中心。定位絲杠22分別穿過(guò)兩個(gè)滑塊19的中心螺紋孔，并且支承在 橫貫底座24臺(tái)面的定位絲杠安裝槽30上。兩個(gè)滑塊19對(duì)稱地安裝在底座24臺(tái)面中心的 導(dǎo)向滑槽3內(nèi)，兩個(gè)調(diào)節(jié)滑塊17分別位于滑塊19表面的導(dǎo)向滑槽內(nèi)。兩個(gè)支承蓋20分別 安裝于底座24臺(tái)面的兩端，并且使定位絲杠22穿過(guò)支承蓋20下端的半圓與底座臺(tái)面兩端 的半圓形定位絲杠安裝槽30構(gòu)成的支承座中。兩個(gè)滑塊19初始位置確定后，通過(guò)定位套 筒21確定定位絲杠22在底座24臺(tái)面上的位置。兩個(gè)支承條27分別安放于兩個(gè)滑塊臺(tái)面 上的半圓支撐條安裝槽29中，支承條的兩端分別安裝壓塊16和支承條壓塊26，壓塊16和支承條壓塊26將支承條固定在滑塊上面的半圓支撐條安裝槽29中?？v向調(diào)節(jié)螺釘18分 別穿過(guò)調(diào)節(jié)滑塊17中部的螺孔安裝于兩個(gè)調(diào)節(jié)滑塊上，橫向調(diào)節(jié)螺釘25分別穿過(guò)壓塊16 中部的螺紋孔安裝于兩個(gè)壓塊上。兩個(gè)滑塊位置確定后，分別由兩個(gè)滑塊固定板28將滑塊 固定在底座24上。如圖14所示。底座24由平板和一個(gè)叵字形的臺(tái)架焊接而成。在底座平板的中部 有通孔，該通孔的直徑同靜載荷加力裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上的定位軸直徑，兩者之間為間隙配合； 叵字形的臺(tái)架位于平板中部、通孔的上方。叵字形臺(tái)架的臺(tái)面中心有沿該臺(tái)面長(zhǎng)度方向的 導(dǎo)向滑槽3，用于安裝滑塊19，并使滑塊19能夠在導(dǎo)向滑槽3內(nèi)滑動(dòng)。導(dǎo)向滑槽3的中心 位置有凸出導(dǎo)向滑槽3內(nèi)表面的定位塊，用于確定滑塊的初始位置。在定位塊的兩側(cè)是用 于安裝滑塊19的導(dǎo)向滑槽3，滑槽由內(nèi)向外是相互連通的。底座24的導(dǎo)向滑槽3的寬度同 滑塊19下表面連接塊的寬度，兩者之間為間隙配合，當(dāng)滑塊19的連接塊安放在導(dǎo)向滑槽3 內(nèi)時(shí)，兩者之間滑動(dòng)配合；定位絲杠安裝槽30為圓弧形，其直徑同定位絲杠22外徑，兩者為 間隙配合。底座24的底板上有用于將底座與靜載荷加力裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)固定的連接孔。
如圖16所示?；瑝K19有兩個(gè)，由安裝塊和與之相互垂直的連接塊組成，其外形呈 “T”字形?；瑝K19的連接塊位于底座24的導(dǎo)向滑槽3內(nèi)；在滑塊19的連接塊上有貫通該 連接塊的定位絲杠22的連接孔?；瑝K19的安裝塊表面有與滑塊的連接塊上的定位絲杠22 連接孔平行的用于安裝調(diào)節(jié)滑塊17的導(dǎo)向滑槽3，并且該導(dǎo)向滑槽3的中心與定位絲杠22 連接孔的中心在同一垂直面上。在滑塊19安裝塊表面一邊，還有導(dǎo)向滑槽3垂直的圓弧形 支承條安裝槽29，用于安裝支承條27 ；支承條27的安裝槽29貫穿滑塊19安裝塊的寬度方向。如圖20所示。定位絲杠22中部外表面有兩段不連貫的外螺紋，并且兩段外螺紋 旋向相反。定位絲杠22的兩段螺紋分別與兩個(gè)滑塊19連接后，一同安放在底座24的導(dǎo)向 滑槽3中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)定位絲杠22時(shí)，兩個(gè)滑塊19分別向相反的方向沿導(dǎo)向滑槽3移動(dòng)。定 位絲杠兩端的光桿部分加工有螺孔，用于安裝兩個(gè)定位套筒。定位絲杠的一端與手柄23連 接。裝配時(shí)，將兩個(gè)滑塊旋入定位絲杠22中，兩個(gè)滑塊的連接段分別安放在底座24內(nèi)的導(dǎo) 向滑槽3中，定位絲杠22安放在底座24上的兩個(gè)半圓形定位絲杠安裝槽30中，通過(guò)旋轉(zhuǎn) 定位絲杠使得滑塊沿底座24內(nèi)的導(dǎo)向滑槽3移動(dòng)。滑塊上面的矩形槽用于安裝調(diào)節(jié)滑塊 17?；瑝K上面的半圓支承條安裝槽29用于安裝支承條27?；瑝K上銷釘?shù)奈恢?，表示安裝定 位銷的銷釘孔，其余8個(gè)小孔均為安裝緊固螺釘?shù)穆葆斂?。如圖15所示。支承蓋20有兩個(gè)，均為矩形帶槽殼體；在支承蓋20長(zhǎng)度方向兩側(cè) 底邊的中心有半圓形的定位絲杠22的過(guò)孔；在支承蓋20的蓋表面兩端各有一個(gè)連接孔，并 且該連接孔與底座24上面的螺釘孔相對(duì)應(yīng)。當(dāng)定位絲杠22與滑塊連接并一同安放在底座 24的導(dǎo)向滑槽3中后，將支承蓋20通過(guò)連接螺釘安裝在底座24上，支承蓋下表面的半圓槽 與底座24上表面的半圓形定位絲杠安裝槽30，構(gòu)成了支承定位絲杠22自由轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠支 承座，用于安裝定位絲杠22。如圖21所示。定位套筒21有兩個(gè)，均為兩個(gè)側(cè)面加工有平臺(tái)的圓柱形殼體，在圓 柱形殼體側(cè)面平臺(tái)上加工有定位槽。定位套筒21的內(nèi)孔為圓形，其孔徑同定位絲杠22的外 徑，兩者為間隙配合。當(dāng)定位絲杠22、滑塊19以及支承蓋20安裝好之后，旋轉(zhuǎn)定位絲杠，調(diào) 節(jié)滑塊的位置，使得兩個(gè)滑塊的連接塊分別靠緊底座24導(dǎo)向滑槽3中間定位塊的兩邊，并將此時(shí)滑塊的位置確定為初始位置。將兩個(gè)定位套筒21分別從定位絲杠22的兩端裝入， 并且使定位套筒21的一端面緊貼底座24的側(cè)壁，限位螺釘穿過(guò)定位套筒側(cè)面的定位槽，裝 入定位絲杠22上的螺孔中，限制了定位絲杠在滑槽中的軸向移動(dòng)。如圖17所示。調(diào)節(jié)滑塊17為塊狀體。調(diào)節(jié)滑塊17有兩個(gè)，其結(jié)構(gòu)相同、方向相 反。調(diào)節(jié)滑塊17為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其截面呈十字形。調(diào)節(jié)滑塊17的水平塊的兩側(cè)分別有一個(gè) 貫通該水平塊厚度的開口槽；調(diào)節(jié)滑塊17沿滑塊19上面的導(dǎo)向滑槽3移動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)滑塊17 位置確定后，緊固螺釘穿過(guò)該開口槽將調(diào)節(jié)滑塊17固定在滑塊上，該開口槽沿調(diào)節(jié)滑塊17 中心對(duì)稱。在調(diào)節(jié)滑塊17的中部，有貫通的螺紋孔；該螺紋孔與縱向調(diào)節(jié)螺釘18配合。調(diào) 節(jié)滑塊17沿滑塊19上面的矩形槽滑動(dòng)，以調(diào)整安放彎曲疲勞試樣的空間。如圖18所示。壓塊16為塊狀體。壓塊16有2個(gè)。壓塊16的側(cè)邊中部有貫通的 橫向調(diào)節(jié)螺釘25的安裝孔；在橫向調(diào)節(jié)螺釘25安裝孔的下方、壓塊16側(cè)邊的底部，有半 圓形凹槽，用于壓緊支承條27的一端。壓塊16的上表面有兩個(gè)螺紋孔，該螺紋孔的中心線 與橫向調(diào)節(jié)螺釘25安裝孔的中心線相互垂直，并且分布在橫向調(diào)節(jié)螺釘25安裝孔的兩側(cè)。 通過(guò)壓塊16上表面的螺紋孔與滑塊19連接。如圖19所示。塊狀的支承條壓塊26亦有2個(gè)，用于壓緊支承條27的另一端。支 承條壓塊26中心下表面有與壓緊支承條27配合的圓弧形凹槽。支承條壓塊26上有兩個(gè) 連接孔，該連接孔的中心線與壓緊支承條27壓緊槽的中心線相互垂直，并且分布在壓緊支 承條27壓緊槽的兩側(cè)，通過(guò)該連接孔將支承條壓塊26與滑塊19連接。如圖23所示?；瑝K固定板28為矩形塊，其中部有螺紋孔，用于滑塊固定板28與 滑塊19的連接。當(dāng)滑塊19位置確定后，用緊固螺釘穿過(guò)滑塊固定板28中部的螺紋孔與滑 塊19連接，將滑塊19通過(guò)滑塊固定板固定在底座24上。支承條27安裝在滑塊19上的支承條安裝槽29內(nèi)，壓塊16、支承條壓塊26分別固 定支承條的兩端。手柄23 —端加工有矩形內(nèi)孔，用于連接定位絲杠，手柄23有助于定位絲杠的旋 轉(zhuǎn)。縱向調(diào)節(jié)螺釘18安裝在調(diào)節(jié)滑塊17中部的螺孔中，安裝彎曲疲勞試樣5時(shí)，旋轉(zhuǎn)縱向 調(diào)節(jié)螺釘18，以確定試樣的縱向位置。橫向調(diào)節(jié)螺釘25安裝在壓塊16中部的螺孔中，安裝 彎曲疲勞試樣時(shí)，旋轉(zhuǎn)橫向調(diào)節(jié)螺釘，以確定試樣的橫向位置。超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將傳力器連同換能器10、連接器7、低倍位移放大器6、壓頭15連接到靜載荷加力裝置上，然后將超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置支承部分安裝于靜載荷 加力裝置13的實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上，并將彎曲疲勞試樣5安放于支承裝置4的支承條27上；調(diào)節(jié)好 彎曲疲勞試樣5的位置，旋轉(zhuǎn)傳力器上的連接器7，使得壓頭15的錐尖位于彎曲疲勞試樣5 的中心線上，便可加力，啟動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求
一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，包括低倍位移放大器(6)、連接器(7)和換能器(10)；換能器(10)的下端與連接器(7)通過(guò)螺桿連接；其特征在于，還包括支承裝置(4)和傳力器；并且a.換能器(10)位于傳力器內(nèi)；傳力器位于超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的中部；傳力器包括下連接板(8)、上連接板(9)、傳力桿(11)和墊板(12)，并且墊板(12)位于傳力器的頂端，上連接板(9)和下連接板(8)位于傳力器的下端；墊板(12)與上連接板(9)和下連接板(8)之間通過(guò)三根傳力桿(11)固連；連接器(7)一端穿過(guò)傳力器下端的下連接板(8)與低倍位移放大器(6)連接；另一端穿過(guò)上連接板(9)，與換能器(10)連接；b.支承裝置(4)位于低倍位移放大器(6)下方；靜載荷加力裝置(13)穿過(guò)墊板(12)的中心孔與墊板(12)固連；c.支承裝置(4)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括壓塊(16)、調(diào)節(jié)滑塊(17)、縱向調(diào)節(jié)螺釘(18)、滑塊(19)、支承蓋(20)、定位套筒(21)、定位絲杠(22)、手柄(23)、底座(24)、橫向調(diào)節(jié)螺釘(25)、支承條壓塊(26)、支承條(27)和滑塊固定板(28)；兩個(gè)滑塊(19)對(duì)稱的安裝在底座(24)臺(tái)面的中心，兩個(gè)調(diào)節(jié)滑塊(17)分別位于滑塊(19)表面的滑槽內(nèi)；兩個(gè)支承蓋(20)分別位于底座(24)臺(tái)面的兩端；定位絲杠(22)穿過(guò)橫貫底座臺(tái)面的定位絲杠安裝槽，并通過(guò)定位套筒(21)定位；支承條(27)安裝在滑塊(19)上，壓塊(16)、支承條壓塊(26)分別固定支承條的兩端。
2.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，隔離塊(14)套裝在下 連接板(8)和上連接板(9)之間的傳力桿(11)上；傳力桿一端與墊板(12)連接，另一端先 后穿過(guò)上連接板(9)、隔離塊(14)和下連接板(8)后固定。
3.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，底座(24)的底板中心 有與實(shí)驗(yàn)臺(tái)定位軸配合的通孔；底座(24)的臺(tái)面中心有滑塊(19)的導(dǎo)向滑槽(3)，導(dǎo)向滑 槽(3)的中心位置有凸出滑槽內(nèi)表面的定位塊，在定位塊的兩側(cè)，由內(nèi)向外是相互連通的 用于安裝滑塊(19)的導(dǎo)向滑槽(3)和定位絲杠安裝槽(30)。
4.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，滑塊(19)的連接塊位 于底座(24)的導(dǎo)向滑槽(3)內(nèi)，并且該連接塊上有定位絲杠(22)連接孔；滑塊(19)的安 裝塊表面有與連接塊上的定位絲杠(22)連接孔平行的調(diào)節(jié)滑塊(17)的安裝槽，并且該安 裝槽的中心與定位絲杠(22)連接孔的中心在同一垂直面上；在滑塊(19)安裝塊表面一邊， 有與調(diào)節(jié)滑塊(17)安裝槽垂直的支承條安裝槽(29)。
5.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，定位絲杠(22)中部外 表面有兩段旋向相反的外螺紋；兩段外螺紋分別與一個(gè)滑塊(19)連接后一同安放在底座 (24)的導(dǎo)向滑槽(3)中；定位絲杠兩端有定位套筒的安裝孔；定位絲杠(22)的兩端套裝有 定位套筒(21)，并且使定位套筒(21)的一端面緊貼底座(24)的側(cè)壁；限位螺釘穿過(guò)定位 套筒側(cè)面的定位槽，裝入定位絲杠(22)上的螺孔中；定位套筒(21)通過(guò)內(nèi)孔與定位絲杠 (22)間隙配合。
6.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，支承蓋(20)兩側(cè)底邊 的中心有半圓形的定位絲杠(22)的過(guò)孔；在支承蓋(20)的蓋表面兩端有連接孔；當(dāng)定位 絲杠(22)與滑塊連接并一同安放在底座(24)的導(dǎo)向滑槽(3)中后，將支承蓋(20)固定在 底座(24)上，支承蓋下表面的半圓槽與底座(24)上表面的半圓形定位絲杠安裝槽(30)，構(gòu)成了支承定位絲杠(22)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠支承座。
7.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)滑塊(17)的兩側(cè) 分別有開口槽，該開口槽對(duì)稱于調(diào)節(jié)滑塊(17)的中心，并且開口方向一致；調(diào)節(jié)滑塊(17) 的中心有縱向調(diào)節(jié)螺釘(18)的安裝孔。
8.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，壓塊(16)的側(cè)邊中部 有橫向調(diào)節(jié)螺釘(25)的安裝孔；在橫向調(diào)節(jié)螺釘(25)安裝孔的下方、壓塊(16)側(cè)邊的底 部，有與壓緊支承條(27)配合的凹槽；壓塊(16)上表面調(diào)節(jié)螺釘(25)安裝孔的兩側(cè)，有中 心線與橫向調(diào)節(jié)螺釘(25)安裝孔的中心線相互垂直的滑塊(19)的連接孔。
9.如權(quán)利要求1所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，支承條壓塊(26)上的 連接孔位于壓緊支承條(27)壓緊槽兩側(cè)。
10.如權(quán)利要求4所述一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，滑塊(19)與底座 (24)臺(tái)面上的導(dǎo)向滑槽(3)之間滑動(dòng)配合；定位絲杠安裝槽的直徑同定位絲杠(22)的外 徑。
全文摘要
一種超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，換能器位于傳力器內(nèi)，并與連接器連接。傳力器位于本發(fā)明的中部；傳力器的墊板與上連接板和下連接板之間通過(guò)傳力桿固連。連接器一端穿過(guò)傳力器下端的下連接板與位移放大器連接；另一端穿過(guò)上連接板，與換能器連接。支承裝置位于位移放大器下方；靜載荷加力裝置穿過(guò)墊板的中心孔與墊板固連。本發(fā)明的換能器、連接器、位移放大器和壓頭構(gòu)成縱向諧振系統(tǒng)，并通過(guò)壓頭將縱向振動(dòng)載荷傳遞到彎曲疲勞試樣，使彎曲疲勞試樣產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。定位絲杠能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)彎曲疲勞試樣支承點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)，能實(shí)現(xiàn)不同加載載荷、不同幾何尺寸試樣的超聲彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)，適于利用軸向加載超聲疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/20GK101819114SQ20101016223
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者薛紅前 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)