本發(fā)明涉及諧振式三點彎高溫疲勞試驗機，屬于材料與結(jié)構(gòu)力學性能實驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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材料的疲勞試驗對材料的性能研究及結(jié)構(gòu)的完整性預(yù)測有著重要的作用。材料疲勞試驗設(shè)備有電磁諧振式高頻疲勞試驗機和電液伺服式疲勞試驗機。相比電液伺服式疲勞試驗機，電磁諧振式高頻疲勞試驗機主要是工作效率高，體現(xiàn)在工作頻率高、試驗時間短、能量消耗低、試驗費用低、試驗波形好、磨損小、節(jié)能環(huán)保。諧振式高頻疲勞試驗機國外主要以瑞士Amdler及英國Instron公司產(chǎn)品為代表，國內(nèi)研制廠家是長春試驗機研究所和紅山試驗機廠兩家。但無論是國外還是國內(nèi)，都沒有專門針對高溫環(huán)境的疲勞試驗機產(chǎn)品。當需要高溫環(huán)境疲勞試驗時，一般用高溫爐作為熱環(huán)境模擬裝置，試驗對象放置在高溫爐中，同時需要設(shè)計耐熱夾具，耐熱夾具一端夾持試驗件，另一端連于試驗機的加載端。因此，耐熱夾具的設(shè)計及其關(guān)鍵，一方面要承受高溫環(huán)境，另一方面要傳遞載荷和位移，需具備耐熱、隔熱、傳力能力，體積不能過大，同時還需具備足夠的剛度。因為夾具及連接設(shè)計難度大，因此目前的疲勞試驗機加高溫夾具的模式僅限于工作頻率較低的電液伺服式疲勞試驗機上，導致試驗效率較低。因此，通過疲勞試驗機與高溫夾具的一體化設(shè)計，利用諧振式疲勞試驗機原理，解決耐熱、隔熱、傳力及剛度要求，設(shè)計能夠滿足高溫環(huán)境的諧振式疲勞試驗裝置，既滿足高溫環(huán)境又滿足高效率實驗要求，成為疲勞試驗領(lǐng)域關(guān)注的焦點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供諧振式三點彎高溫疲勞試驗機，通過疲勞試驗機與高溫夾具的一體化設(shè)計，得到能夠滿足高溫環(huán)境的諧振式疲勞試驗裝置，既滿足高溫環(huán)境又滿足高效率實驗要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：諧振式三點彎高溫疲勞試驗機，包括加熱爐、上夾具、下夾具、加熱爐支架、靜載調(diào)節(jié)裝置、主動桿、動力傳感器、靜力傳感器、激振桿、激振器、主機架、可調(diào)剛度彈簧、下運動定位簧片、上運動定位簧片、加速度傳感器和底座；

上夾具和下夾具配合用于夾持試驗件，上夾具一端固定在靜載調(diào)節(jié)裝置上，通過調(diào)節(jié)靜載調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)上夾具上下移動，實現(xiàn)對試驗件靜力加載；

主機架為帶有上蓋的空心圓柱體，所述靜載調(diào)節(jié)裝置放置在主機架上蓋上，下夾具底端與主動桿連接，上運動定位簧片和下運動定位簧片均為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上運動定位簧片套在主動桿上部，下運動定位簧片套在主動桿下部，上運動定位簧片和下運動定位簧片的外圓周壁均固定連接在主機架內(nèi)壁上；主動桿底端連接有加速度傳感器和動力傳感器，動力傳感器和靜力傳感器的接口之間通過連接件連接，靜力傳感器同時通過激振桿與激振器連接，可調(diào)剛度彈簧套在靜力傳感器與激振桿的連接處，且與靜力傳感器和激振桿固定連接，可調(diào)剛度彈簧外圓周固定連接在主機架內(nèi)壁上；

加熱爐支架位于主機架外圍，加熱爐支架上放置有加熱爐，裝配到位時，上夾具和下夾具用于夾持試驗件的部位位于加熱爐內(nèi)；

主機架固定在底座上，加熱爐支架和底座放置在地面上。

下夾具底端與主動桿通過彈性抱箍裝置連接，所述彈性抱箍裝置包括抱箍、緊固螺母、彈簧墊圈和抱箍外套，抱箍為上寬下窄的空心錐狀結(jié)構(gòu)，套在下夾具下部，抱箍外側(cè)設(shè)置有抱箍外套，主動桿上端外壁加工有螺紋，緊固螺母套在主動桿上端外壁螺紋處，彈簧墊圈套在主動桿外圍，位于緊固螺母和抱箍外套之間，且與主動桿緊固連接。

所述主機架側(cè)壁上開有多個通孔。

所述主機架上蓋下方設(shè)計有導向軌，靜載調(diào)節(jié)裝置的支腳穿過主機架上蓋，且位于導向軌內(nèi)。

還包括鎖緊裝置，所述鎖緊裝置位于靜載調(diào)節(jié)裝置上，當試驗件靜力加載到位時，該鎖緊裝置能夠?qū)㈧o載調(diào)節(jié)裝置鎖在主機架上蓋上。

還包括減震支腿，所述底座通過減震支腿放置在地面上，減震支腿底面材料為橡膠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明夾具與試驗機一體化設(shè)計，通過合理的整體布局，使上夾具、下夾具及加熱爐位于試驗機的最上部，從而保證其他部位受熱程度最小，是實現(xiàn)高溫環(huán)境諧振式疲勞試驗的關(guān)鍵。

(2)目前的諧振式疲勞試驗機不具備剛度調(diào)節(jié)裝置，本發(fā)明通過可調(diào)剛度彈簧實現(xiàn)剛度調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的諧振頻率。

(3)下夾具與主動桿采用彈性抱箍裝置連接，既保證了熱匹配又要有足夠的剛度，同時緊固螺母與抱箍外套之間采用彈簧墊圈使鎖緊為可壓縮狀態(tài)，使連接點不易膨脹損壞。

(4)本發(fā)明試驗機結(jié)構(gòu)布局緊湊合理，使自身共振頻率較高(達200Hz)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的工作頻率，大大提高了試驗效率，且操作簡便，試驗成本低。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為下夾具與主動桿連接示意圖。

具體實施方式：

如圖1所示，本發(fā)明提出一種諧振式三點彎高溫疲勞試驗機，包括加熱爐1、上夾具2、下夾具3、加熱爐支架4、靜載調(diào)節(jié)裝置、主動桿7、動力傳感器8、靜力傳感器9、激振桿10、激振器11、主機架12、可調(diào)剛度彈簧13、下運動定位簧片14、上運動定位簧片15、加速度傳感器18和底座19。

上夾具2和下夾具3配合用于夾持試驗件5，上夾具2一端固定在靜載調(diào)節(jié)裝置上，通過調(diào)節(jié)靜載調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)上夾具2上下移動，實現(xiàn)對試驗件靜力加載。

主機架12為帶有上蓋的空心圓柱體，靜載調(diào)節(jié)裝置放置在主機架12上蓋上，下夾具3底端與主動桿7連接，上運動定位簧片15和下運動定位簧片14均為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上運動定位簧片15套在主動桿7上部，下運動定位簧片14套在主動桿7下部，上運動定位簧片15和下運動定位簧片14的外圓周壁均固定連接在主機架12內(nèi)壁上；主動桿7底端連接有加速度傳感器18和動力傳感器8，動力傳感器8和靜力傳感器9的接口之間通過連接件連接，靜力傳感器9同時通過激振桿10與激振器11連接，可調(diào)剛度彈簧13套在靜力傳感器9與激振桿10的連接處，且與靜力傳感器9和激振桿10固定連接，可調(diào)剛度彈簧13外圓周固定連接在主機架12內(nèi)壁上。

加熱爐支架4位于主機架12外圍，加熱爐支架4上放置有加熱爐1，裝配到位時，上夾具2和下夾具3用于夾持試驗件的部位位于加熱爐1內(nèi)。

主機架12上設(shè)計有加強筋，用于增加主機架剛度，主機架12固定在底座19上，加熱爐支架4和底座19放置在地面上。

本發(fā)明中，下夾具3、主動桿7、動力傳感器8、靜力傳感器9、激振桿10、激振器11相互連接構(gòu)成動力加載運動組件，為保持動力加載運動組件軸向單自由度運動，利用下運動定位簧片14、上運動定位簧片15將動力加載運動組件橫向約束于主機架12上，只容許其上下運動。在動力加載運動組件與主機架12之間加裝可調(diào)剛度彈簧13，以便實現(xiàn)較高的諧振頻率。在動力加載運動組件上安裝有動力傳感器8、靜力傳感器9、加速度傳感器18。上夾具2固定在靜載調(diào)節(jié)機構(gòu)上，靜載調(diào)節(jié)機構(gòu)與主機架12可實現(xiàn)相對上下運動。

下夾具3處于高溫環(huán)境中，工作環(huán)境達1000℃，而下夾具3與主動桿7相連，因為諧振頻率的要求，連接需要足夠的剛度，但為了降低主動桿7的設(shè)計成本，主動桿7采用鋼材料，只能耐受600℃，因此下夾具3與主動桿7連接點選在下夾具3的最下端，使得連接點溫度最小。為實現(xiàn)上下夾具耐高溫，選擇陶瓷材料，因陶瓷材料較脆，受熱膨脹變形，連接點對其約束容易使其損壞，即連接點設(shè)計是關(guān)鍵，既要保證熱匹配又要有足夠的剛度。因此連接點采用彈性抱箍裝置連接，如圖2所示，彈性抱箍裝置包括抱箍20、緊固螺母22、彈簧墊圈23和抱箍外套24，抱箍20為上寬下窄的空心錐狀結(jié)構(gòu)，套在下夾具3下部，抱箍20外側(cè)設(shè)置有抱箍外套24，主動桿7上端外壁加工有螺紋，緊固螺母22套在主動桿7上端外壁螺紋處，彈簧墊圈23套在主動桿7外圍，位于緊固螺母22和抱箍外套24之間，且與主動桿7緊固連接。連接時，通過鎖緊緊固螺母22推動抱箍外套24上移并鎖緊抱箍20，使其與下夾具3緊密相連，保證足夠的連接剛度。同時緊固螺母22與抱箍外套24之間采用彈簧墊圈23使鎖緊為可壓縮狀態(tài)，使連接點不易膨脹損壞。

為了保證本發(fā)明試驗機在試驗時對試驗件加載的靜力沒有波動，本發(fā)明還設(shè)計有鎖緊裝置，該鎖緊裝置位于靜載調(diào)節(jié)裝置上，當試驗件靜力加載到位時，該鎖緊裝置能夠?qū)㈧o載調(diào)節(jié)裝置鎖在主機架12上蓋上。

為了保證靜載調(diào)節(jié)裝置在靜力加載時嚴格上下運動，不發(fā)生左右偏移，本發(fā)明在主機架12上蓋下方設(shè)計有導向軌，靜載調(diào)節(jié)裝置的支腳穿過主機架12上蓋，且位于導向軌內(nèi)。

本發(fā)明靜載調(diào)節(jié)裝置的一種實現(xiàn)形式為由靜載調(diào)節(jié)機構(gòu)、靜載調(diào)節(jié)搖柄組成，靜載調(diào)節(jié)機構(gòu)放置在主機架12上蓋上，靜載調(diào)節(jié)搖柄與靜載調(diào)節(jié)機構(gòu)連接，通過搖動靜載調(diào)節(jié)搖柄控制靜載調(diào)節(jié)機構(gòu)上下運動，實現(xiàn)對試驗件的靜力加載。

為了降低試驗機重量，同時也為了方便操作，在主機架12側(cè)壁上開有多個通孔。

主機架底部連接有減振支腿16，底座19通過減震支腿16放置在地面上，減震支腿16底面材料為橡膠。從而減輕試驗時的振動。

本發(fā)明試驗件5、下夾具3、主動桿7、動力傳感器8、靜力傳感器9、激振桿10、激振器運動部件、可調(diào)剛度彈簧13、下運動定位簧片14、上運動定位簧片15構(gòu)成單自由度質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，質(zhì)量部分由所有運動質(zhì)量構(gòu)成，剛度部分由可調(diào)節(jié)彈簧及試驗件提供。實際試驗時，激振器提供激振源，在上述單自由質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)諧振頻率附近施加正弦激振，以實現(xiàn)對試驗件動力加載。上夾具通過靜載調(diào)節(jié)裝置能夠上下移動，從而實現(xiàn)對試驗件靜力加載。加速度傳感器、靜力傳感器及動力傳感器用于測量試驗件的變形和受力。

本發(fā)明高溫環(huán)境下諧振式疲勞試驗機，采用疲勞試驗機與高溫夾具的一體化設(shè)計，通過上下夾具材料的選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)1000℃高溫環(huán)境的材料級疲勞試驗，同時在動力加載運動組件與主機架之間加裝可調(diào)剛度彈簧，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的諧振頻率(高達200Hz)，在滿足高溫環(huán)境試驗要求的基礎(chǔ)上大大提高了試驗效率，且成本低，彌補了高溫材料諧振式疲勞試驗的空白。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。