本發(fā)明涉及材料疲勞實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在對試件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)時能夠自動加載預(yù)定負(fù)載的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在航空航天、鐵路交通、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，機(jī)械結(jié)構(gòu)和零部件經(jīng)常會伴隨有拉壓、旋轉(zhuǎn)彎曲或扭轉(zhuǎn)的疲勞問題，并且往往會承受變幅的交變載荷。目前，在疲勞實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，對試樣的變幅加載多采用軸向加載的控制系統(tǒng)，對旋轉(zhuǎn)彎曲的變幅加載尚未有報道。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)和零部件在工作中承受的交變載荷周次可達(dá)到10⁷甚至10¹⁰以上，屬于超高周疲勞范疇。如采用手動更換砝碼進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞下的變載荷實(shí)驗(yàn)，將會耗費(fèi)大量的精力，如每隔10⁵更換一次砝碼，達(dá)到10⁸就要更換1000次，即對于52.5hz的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)來說，要在22天內(nèi)每隔32分鐘更換一次砝碼，這幾乎是很難完成的，所以急需一種用于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的自動控制變幅加載試驗(yàn)裝置。

此外，關(guān)于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞階梯加載下的裂紋萌生機(jī)理和恒幅加載有何異同尚未有研究，研制一種旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞變幅加載試驗(yàn)控制裝置有利于開展該方面的工作，而且是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種在對試件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)時能夠自動加載變幅負(fù)載的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

特別地，本發(fā)明一個實(shí)施方式提供一種旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的變幅加載試驗(yàn)控制裝置，包括控制試件旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，在所述試件上安裝有可旋轉(zhuǎn)的試件夾具，所述試件夾具通過彈性件連接有固定負(fù)載塊，其特征在于，還包括利用電磁特性將指定重量反復(fù)加載至所述固定負(fù)載塊上的自動加載裝置。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述自動加載裝置包括安裝在所述固定負(fù)載塊下方受定時器控制的電吸盤，和間隔放置在所述電吸盤下方的變幅負(fù)載塊。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述定時器與所述電吸盤通過線纜連接，并對所述電吸盤采用循環(huán)斷電的控制方式，使所述電吸盤利用磁力周期吸附所述變幅負(fù)載塊。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，在所述變幅負(fù)載塊的下方設(shè)置有支撐并調(diào)節(jié)所述變幅負(fù)載塊與所述電吸盤之間距離的升降臺。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述固定負(fù)載塊、所述電吸盤和所述變幅負(fù)載塊分別為中心對稱形狀。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，在所述固定負(fù)載塊和所述電吸盤的軸心處設(shè)置有通孔。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述彈性件為彈簧。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，在所述彈性件的下端連接有吊裝所述固定負(fù)載塊的吊桿，所述吊桿的下端為螺紋端，所述吊桿利用螺紋端穿過設(shè)置在所述固定負(fù)載塊軸心處的通孔后，利用螺帽將所述固定負(fù)載塊限定在所述吊桿的下端。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述電吸盤通過內(nèi)螺紋孔擰在所述吊桿穿過所述固定負(fù)載塊后的端部。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述定時器設(shè)置的循環(huán)周期包括多組不同時間間隔組成的循環(huán)周期，和單組不同時間間隔組成的循環(huán)周期，所述試件夾具、彈性件、吊桿、固定負(fù)載塊、螺帽和電吸盤構(gòu)成所述試件承受的低應(yīng)力，加載所述變幅負(fù)載塊后為所述試件承受的高應(yīng)力。

本發(fā)明利用電吸盤構(gòu)成的磁力吸附結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對材料在變幅加載下的低周、高周和超高周疲勞性能測試。該裝置切合工程實(shí)際，其測試結(jié)果對工程設(shè)計有較大的參考價值。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可得到規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的變幅加載試驗(yàn)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的變幅加載應(yīng)力-壽命示意圖；

圖3為特殊的變幅加載應(yīng)力-壽命示意圖；

圖4為實(shí)例1的變幅加載應(yīng)力-壽命示意圖；

圖例說明，1、旋轉(zhuǎn)裝置；2、試件；3、試件夾具；4、彈性件；5、吊桿；6、固定負(fù)荷塊；7、定時器；8、電吸盤；9、變幅負(fù)載塊；10、升降臺；11、螺帽；12、線纜；nl1、nh1、nl2、nh2、nl3、nh3、nlm、nhm分別為1、2、3、m組低、高應(yīng)力間隔周次，nl、nh分別為低、高應(yīng)力間隔周次。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

如圖1所示，在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中公開一種變幅加載試驗(yàn)控制裝置，一般性地包括控制試件旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置，在試件上安裝有可旋轉(zhuǎn)的試件夾具，試件夾具通過彈性件連接有固定負(fù)載塊，還包括利用電磁特性將指定重量反復(fù)加載至固定負(fù)載塊上的自動加載裝置。

旋轉(zhuǎn)裝置1通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)來夾持試件，其通過安裝在試件2上且可圓周轉(zhuǎn)動的試件夾具3來加載試件2承受的指定重量，同時在試件2承受指定重量的情況下再承受變幅加載的預(yù)定重量，然后測試在上述狀態(tài)下的試件2的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞問題。

本實(shí)施方式利用電磁的吸附特性，根據(jù)預(yù)定的通電間隔可以在指定重量的基礎(chǔ)上自動實(shí)現(xiàn)變幅重量的加載，解決現(xiàn)有手動加載預(yù)定重量的繁瑣和疲勞強(qiáng)度大等問題，從而輕易實(shí)現(xiàn)對試件2在變幅加載下的低周、高周和超高周疲勞性能測試。本實(shí)施方式切合工程實(shí)際，其測試結(jié)果對工程設(shè)計有較大的參考價值，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可得到規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，提供一種具體的自動加載裝置的結(jié)構(gòu)，包括與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的試件夾具3連接的彈性件4，在彈性件4的下端吊裝加載指定重量的固定負(fù)載塊6，在固定負(fù)載塊6的下方安裝受定時器7控制的電吸盤8，在電吸盤8的下方間隔放置預(yù)定加載重量的變幅負(fù)載塊9。

本實(shí)施方式中的固定負(fù)載塊6即為試件2增加的指定重量，該指定重量為試件2在旋轉(zhuǎn)過程中持續(xù)承受的重量，一直保持不變。而變幅負(fù)載塊9則為試件2循環(huán)增加的預(yù)定重量，該預(yù)定重量根據(jù)設(shè)定的時間加載到試件2上，再離開相應(yīng)的時間，然后再加載到試件2上，循環(huán)上述過程至指定的周期。采用彈性件4可以在加載變幅負(fù)載塊9時提供相應(yīng)的緩沖，以減少電吸盤8吸附時的震動影響。定時器7用于設(shè)置電吸盤8通電的時間，電吸盤8在通電后產(chǎn)生磁性，而將變幅負(fù)載塊9吸附起來成為試件2承受的重量，而電吸盤8斷電后則失去磁性而使變幅負(fù)載塊9脫離，使試件2回復(fù)到原承受的重量下，因此，通過控制定時器7的時間間隔，即可實(shí)現(xiàn)試件2循環(huán)加載預(yù)定重量的周期性行為。這里定時器7設(shè)定的通電時間和斷電時間可以一致，也可以不一致。

本申請中的定時器7間歇循環(huán)斷電的最小定時單位至少需要達(dá)到0.1秒，定時器7與電吸盤8通過線纜12連接。具體的彈性件4可以是彈簧一類可實(shí)現(xiàn)彈性伸縮的部件。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，為方便調(diào)節(jié)變幅負(fù)載塊9與電吸盤8之間的距離，可以在變幅負(fù)載塊9的下方設(shè)置支撐并可調(diào)節(jié)高度的升降臺10，升降臺10可以采用現(xiàn)有具備垂直高度調(diào)節(jié)功能的相應(yīng)結(jié)構(gòu)，如液壓式升降臺、絲桿式升降臺。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，該固定負(fù)荷塊6、電吸盤8和變幅負(fù)載塊9可以分別為中心對稱形狀，如圓形。采用中心對稱形狀，可以使試件2承受的重心位于同一軸線上。

為方便安裝，可以在固定負(fù)載塊6和電吸盤8的軸心處設(shè)置通孔，彈性件4可以穿過通孔將固定負(fù)載塊6和電吸盤8固定在下端。

在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，提供另一種具體的連接結(jié)構(gòu)，在彈性件4的下端可以連接吊裝固定負(fù)載塊6的吊桿5，吊桿5的下端為螺紋端，吊桿5利用螺紋端穿過設(shè)置在固定負(fù)載塊6軸心處的通孔后，利用螺帽11將固定負(fù)載塊6限定在吊桿5的下端。在更換固定負(fù)載塊6時，可以直接將吊桿5連帶固定負(fù)載塊6進(jìn)行一體更換，也可以以將固定負(fù)載塊6由吊桿5上取下單獨(dú)更換。

進(jìn)一步地，該電吸盤8可以通過內(nèi)螺紋孔擰在吊桿5穿過固定負(fù)荷塊6后的端部。該結(jié)構(gòu)可以減少連接結(jié)構(gòu)，維持重心穩(wěn)定。

在進(jìn)行變幅加載實(shí)驗(yàn)時，其中試件夾具3、彈性件4、吊桿5、固定負(fù)載塊6、螺帽11和電吸盤8的總質(zhì)量為試件2承受的低應(yīng)力，而加載變幅負(fù)載塊9后的質(zhì)量為試件承受的高應(yīng)力，即變幅負(fù)載塊的質(zhì)量為高應(yīng)力與低應(yīng)力之差。

下面介紹如何使用變幅加載試驗(yàn)控制裝置，包含步驟如下：

1)、將試件2一端裝夾在旋轉(zhuǎn)裝置1上，另一端通過軸連接試件夾具3，彈性件4、吊桿5、固定負(fù)載塊6、電吸盤8依次連接在試件夾具3上并自然下垂，變幅負(fù)載塊9在升降臺10的支撐下間隔位于電吸盤8的下方；

2)、調(diào)節(jié)升降臺10的高度，使變幅負(fù)載塊9位于電吸盤8的磁力范圍內(nèi)，以保證電吸盤8在通電時能夠?qū)⑵湮穑?/p>

3)、啟動旋轉(zhuǎn)電機(jī)；

4)、定時器7啟動，定時器7的最小定位單位為0.1秒，定時器7提供間歇定時通斷電信號，電吸盤8可產(chǎn)生相應(yīng)的循環(huán)電磁力。當(dāng)電吸盤8將變幅負(fù)載塊9吸起時，試件2承受高應(yīng)力。在電吸盤8斷電后，變幅負(fù)載塊9與電吸盤8脫離而回落到升降臺10上，此時試件2又重新承受低應(yīng)力，如此循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)變幅循環(huán)加載。

如圖2所示，為一般情況的變幅加載示意圖，其中有m組高、低應(yīng)力周次間隔為一個加載循環(huán)，每組的高、低應(yīng)力周次間隔都可以設(shè)置為不同的時間。如取m＝1，則施加的循環(huán)載荷示意圖如圖3所示，為特殊的兩階階梯加載。

實(shí)施例1：

如圖4所示，對試件2施加m＝4組循環(huán)載荷。例如，對最小直徑為4mm的試件2施加高應(yīng)力為1000mpa、低應(yīng)力為800mpa的變幅循環(huán)載荷，其中旋轉(zhuǎn)裝置加載頻率為52.5hz。設(shè)置如表1所示的4組不同的高、低應(yīng)力周次間隔為一個循環(huán)進(jìn)行4組循環(huán)加載。首先，通過彎曲應(yīng)力計算公式可得到高、低應(yīng)力對應(yīng)下的重量分別為14.201kg和11.361kg，即試件夾具3、彈性件4、吊桿5、固定負(fù)載塊6、螺帽11和電吸盤8的總質(zhì)量應(yīng)為11.361kg，而變幅負(fù)載塊9的質(zhì)量為兩者之差2.840kg。其次，計算高、低應(yīng)力周次間隔所對應(yīng)的時間如表2所示，即可按照4組通斷電時間設(shè)置定時器7，如此循環(huán)即可形成如圖4所示的循環(huán)加載。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。