用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及疲勞試驗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，用于真空環(huán)境條件下材料的疲勞性能測試，特別是涉及一種用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]與真空環(huán)境條件相關(guān)的重要機械設(shè)備，如汽輪機低壓吸氣管道，各種民用客機、軍用飛機在高空巡航階段，宇宙飛船和衛(wèi)星等，其的工作環(huán)境與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力相比，空氣壓力下降很多，都為工作在不同真空度環(huán)境中。在以上設(shè)備服役過程中，這些部件會受到超高周周次(如>107周次，根據(jù)設(shè)計使用年限而定)循環(huán)交變載荷作用，以上設(shè)備多為重大裝備，為保證其在使用周期內(nèi)的安全性和可靠性，就需要分析研究金屬材料在不同真空度環(huán)境條件下的超尚周疲勞彳丁為。
[0003]現(xiàn)有的超聲振動疲勞實驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)普通大氣環(huán)境、高溫環(huán)境、腐蝕環(huán)境的疲勞加載?，F(xiàn)有的超聲振動疲勞試驗系統(tǒng)不能進行真空環(huán)境條件下的疲勞加載模擬，針對以上工作于不同真空度環(huán)境中的設(shè)備零部件，疲勞測試條件區(qū)別于對應(yīng)零部件的實際工作環(huán)境，這就使得現(xiàn)有超聲振動疲勞試驗系統(tǒng)不能準(zhǔn)確、客觀的模擬以上零部件的抗周期振動疲勞性能。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對上述現(xiàn)有的超聲振動疲勞試驗系統(tǒng)不能進行真空環(huán)境條件下的疲勞加載模擬，針對以上工作于不同真空度環(huán)境中的設(shè)備零部件，疲勞測試條件區(qū)別于對應(yīng)零部件的實際工作環(huán)境，這就使得現(xiàn)有超聲振動疲勞試驗系統(tǒng)不能準(zhǔn)確、客觀的模擬以上零部件的抗周期振動疲勞性能的問題，本實用新型提供了一種用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)。
[0005]針對上述問題，本實用新型提供的用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)通過以下技術(shù)要點來達到目的：用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)，包括壓電換能器及超聲信號發(fā)生器，所述壓電換能器的電能輸入端連接于超聲信號發(fā)生器的交流電信號輸出端上，還包括真空箱，連接于所述壓電換能器機械振動輸出端上的試件位于所述真空箱中，所述真空箱上還通過真空管連接有負(fù)壓產(chǎn)生設(shè)備。
[0006]具體的，以上設(shè)置的真空箱，用于為試件提供低壓真空周期振動疲勞實驗環(huán)境，設(shè)置的超聲信號發(fā)生器用于把市電或其他電力來源轉(zhuǎn)換成高頻交流電信號，壓電換能器用于將所述高頻交流電信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號，這樣，以上機械振動信號作用于試件，可使得試件在某一低壓真空環(huán)境中完成周期振動疲勞實驗。這樣，本裝置相較于現(xiàn)有振動疲勞實驗設(shè)備，可模擬被測試試件的實際真空環(huán)境，便于得到能直接反映試件在低壓真空環(huán)境下，準(zhǔn)確的周期振動疲勞性能試驗數(shù)值或測量數(shù)值。
[0007]更進一步的技術(shù)方案為：
[0008]由于現(xiàn)有壓電換能器中無論采用單晶或陶瓷材料，得到的機械變形位移均很小，如僅有幾微米，為放大以上位移，以得到更為準(zhǔn)確的測量值，所述壓電換能器的機械振動輸出端上還連接有位移放大器，所述位移放大器的試件固定端位于所述真空箱內(nèi)。所述位移放大器是基于諧振時不同部位位移不同，實現(xiàn)振動位移的放大。比較常用的形狀有：指數(shù)形、圓錐形、階梯形位移放大器。
[0009]為便于更換不同的試件進行實驗，所述真空箱包括上箱體及下箱體，所述上箱體與下箱體呈可拆卸連接關(guān)系，且上箱體與下箱體的連接面上還設(shè)置有密封圈。以上可拆卸連接關(guān)系可采用螺栓連接等形式加以實現(xiàn)。
[0010]為便于根據(jù)實驗需要迅速在真空箱內(nèi)形成低真空度環(huán)境和高真空度環(huán)境，所述負(fù)壓產(chǎn)生設(shè)備包括第一真空栗及第二真空栗，所述第一真空栗及第二真空栗均通過真空管與真空箱的內(nèi)腔相連，且真空管上還設(shè)置有第一電磁閥及第二電磁閥，所述第一電磁閥及第二電磁閥可分別用于實現(xiàn)第二真空栗和第一真空栗分別與真空箱內(nèi)腔單獨連通，所述第二真空栗和第一真空栗兩者的真空栗極限壓強不等。以上低真空度環(huán)境和高真空度環(huán)境為相對的，所述真空栗極限壓強指該真空栗能抽取的最高真空度，本方案中設(shè)置為負(fù)壓產(chǎn)生設(shè)備包括第一真空栗及第二真空栗，便于實現(xiàn):若實驗所需要的真空度較低，通過開啟第一真空栗及第二真空栗中真空栗極限壓強較低的真空栗，迅速得到所需真空度;在實驗所需要的真空度較高時，通過開啟第一真空栗及第二真空栗中真空栗極限壓強較低的真空栗，得到該栗能夠達到的最高真空度后，開啟另一臺真空栗，得到真空度更高的所需真空度。優(yōu)選設(shè)置為以上第一真空栗及第二真空栗分別為旋片式真空栗和水環(huán)式真空栗，以在真空箱內(nèi)真空度不高時，通過水環(huán)式真空栗迅速升高真空度，在需要進一步提高真空度時，開啟旋片式真空栗。
[0011]為便于實現(xiàn)本系統(tǒng)周期振動加載及控制、真空度大小的自動控制，還包括控制器，所述超聲信號發(fā)生器的控制端和/或輸出端與控制器電連接、所述負(fù)壓產(chǎn)生設(shè)備的控制端和/或反饋端與控制器電連接。
[0012]為便于直觀的獲取真空箱內(nèi)真空度的大小和實驗下試件的溫度值，實現(xiàn)試件溫度、真空箱內(nèi)真空度與周期振動疲勞加載的聯(lián)動，還包括與控制器電連接的測溫儀及真空測試儀，所述真空測試儀的測量端位于真空箱的內(nèi)腔內(nèi)，所述測溫儀用于測量試件的溫度。
[0013]作為一種便于設(shè)置于真空箱外部的測溫儀實現(xiàn)方式，所述測溫儀為紅外測溫裝置。
[0014]為便于實現(xiàn)對真空箱內(nèi)試件進行觀察、通過設(shè)置于真空箱外部的測溫儀測量試件溫度等目的，所述真空箱上還設(shè)置有玻璃透明視窗。進一步的，為利于本系統(tǒng)的壽命或減小故障率，所述玻璃透明視窗采用高強度、低膨脹系數(shù)的玻璃。
[0015]作為一種便于提高本系統(tǒng)實驗效率的具體實現(xiàn)方案，所述超聲信號發(fā)生器為可輸出頻率不低于20kHz的超聲正弦波信號的超聲信號發(fā)生裝置。通過本方案，如加載頻率為20kHz，能夠方便地進行快速超高周疲勞實驗，可在一天之內(nèi)實現(xiàn)I X IO9周次的循環(huán)加載，而采用傳統(tǒng)的50 Hz的高頻疲勞實驗機，大約需要230天的時間，大大的縮短了實驗周期，使得在科研過程中開展IO9以上的超高周疲勞研究具有更強的可行性。故本方案可實現(xiàn):在短時間內(nèi)達到超高周次疲勞加載，相對于傳統(tǒng)疲勞試驗機，可以節(jié)省大量時間，大幅減少設(shè)備的能源消耗。
[0016]還包括用于檢測試件震動位移的位移傳感器，以上位移傳感器主要用于在實驗開始之前，標(biāo)定實驗系統(tǒng)的振幅，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。
[0017]本實用新型具有以下有益效果：
[0018]本實用新型中，以上設(shè)置的真空箱，用于為試件提供低壓真空周期振動疲勞實驗環(huán)境，設(shè)置的超聲信號發(fā)生器用于把市電或其他電力來源轉(zhuǎn)換成高頻交流電信號，壓電換能器用于將所述高頻交流電信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號，這樣，以上機械振動信號作用于試件，可使得試件在某一低壓真空環(huán)境中完成周期振動疲勞實驗。這樣，本裝置相較于現(xiàn)有振動疲勞實驗設(shè)備，可模擬被測試試件的實際真空環(huán)境，便于得到能直接反映試件在低壓真空環(huán)境下，準(zhǔn)確的周期振動疲勞性能試驗數(shù)值或測量數(shù)值。
[0019]同時，采用壓電換能器及超聲信號發(fā)生器作為機械振動產(chǎn)生元件，便于得到對工件進行快速甚至高頻疲勞加載，在短時間內(nèi)達到超高周周次疲勞加載，相對于傳統(tǒng)疲勞試驗機，可以節(jié)省大量時間，大幅減少設(shè)備的能源消耗，如采用輸出頻率為20kHz的超聲正弦波信號的超聲信號發(fā)生器及與該超聲正弦波信號匹配的壓電換能器。
【附圖說明】
[0020]圖I是本實用新型所述的用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中的標(biāo)號分別代表:1、上箱體，2、下箱體，3、第二真空栗，4、第一真空栗，5、真空管，6、第一電磁閥，7、第二電磁閥，8、真空測試儀，9、控制器，10、超聲信號發(fā)生器，11、壓電換能器，12、位移放大器，13、試件，14、測溫儀，15、玻璃透明視窗。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明，但是本實用新型的結(jié)構(gòu)不僅限于以下實施例。
[0023]實施例I:
[0024]如圖I所示，用于真空超聲振動疲勞實驗的系統(tǒng)，包括壓電換能器11及超聲信號發(fā)生器10，所述壓電換能器11的電能輸入端連接于超聲信號發(fā)生器10的交流電信號輸出端上，還包括真空箱，連接于所述壓電換能器11機械振動輸出端上的試件13位于所述真空箱中，所述真空箱上還通過真空管5連接有負(fù)壓產(chǎn)生設(shè)備。
[0025]具體的，以上設(shè)置的真空箱，用于為試件13提供低壓真空周期振動疲勞實驗環(huán)境，設(shè)置的超聲信號發(fā)生器10用于把市電或其他電力來源轉(zhuǎn)換成高頻交流電信號，壓電換能器11用于將所述高頻交流電信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號，這樣，以上機械振動信號作用于試件13，可使得試件13在某一低壓真空環(huán)境中完成周期振動疲勞實驗。這樣，本裝置相較于現(xiàn)有振動疲勞實驗設(shè)備，可模擬被測試試件13的