專利名稱：變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料測試技術(shù)領(lǐng)域的試驗機械設(shè)備，具體地說，是涉及一種 變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機。
背景技術(shù)：
疲勞試驗機是測試金屬或非金屬材料疲勞壽命和疲勞強度的一種測試設(shè)備， 主要有液壓伺服式、電磁式和機械式幾種類型。其中液壓伺服式疲勞試驗機是一 種較先進的測試裝置，但價格高，另外，在低頻下工作時，功率消耗大、成本高， 需與其它低頻疲勞試驗機配合使用。電磁式疲勞試驗機頻率高，主要應用在疲勞 性能較好的黑色金屬疲勞性能的測試。機械式的測試設(shè)備大多采用彈簧配重調(diào)心 式結(jié)構(gòu)和組合式調(diào)速系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，工作額定功率小、造價低。
機械式疲勞實驗機大都為軸向拉壓式及平面彎曲式或單頻旋轉(zhuǎn)彎曲式，我國 目前生產(chǎn)的疲勞實驗機也為這幾種類型，其中，軸向拉壓式疲勞試驗機包括試 驗機主體；動力裝置；調(diào)心配重裝置；控制系統(tǒng)。試驗機主體是測試試樣部分， 動力裝置提供試驗動力，調(diào)心配重裝置是用于將動力裝置所提供的轉(zhuǎn)動力矩，轉(zhuǎn) 變?yōu)樨Q直往復運動，控制系統(tǒng)是整機電控系統(tǒng)。這種機械式疲勞試驗機，雖然具 有很多優(yōu)點，但仍存在只能測試拉伸疲勞強度，而不能測量壓縮條件的或測量與 實際應用更接近的拉伸一壓縮復合狀態(tài)。此外，這類設(shè)備體積較大，結(jié)構(gòu)比較復 雜，電機載荷變化快，不但影響電機壽命，也降低功率利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述機械式疲勞試驗機的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、 性能穩(wěn)定的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，可以測試輕金屬材料如鎂合金的疲勞壽命 和疲勞強度。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括機座、電機系統(tǒng)、控制系 統(tǒng)、加載系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)，其中，電機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)固定在機座上， 而加載系統(tǒng)通過平衡系統(tǒng)懸吊在空中。電機系統(tǒng)是用于帶動疲勞試樣旋轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)是用于各個零件的連接和整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)以及記錄試驗數(shù)據(jù)，加載系統(tǒng)用于 夾持試樣并提供載荷，而平衡系統(tǒng)用于平衡掉加載系統(tǒng)中夾持試樣且懸吊在空中 的一端的重量。
所述電機系統(tǒng)包括電機、金屬外套、主動輪、從動輪、皮帶、輪軸、左夾頭 和軸承，連接關(guān)系為電機通過主動輪和皮帶與從動輪相連，從動輪固定在輪軸 上，輪軸的右端安裝有左夾頭用于夾持試樣的一端，輪軸的左端通過兩個軸承套 在機座里，而電機、主動輪、從動輪、皮帶和輪軸外面套有金屬外套。
所述機座左端設(shè)有一個平臺，電機設(shè)置在該平臺上。
所述從動輪固定在輪軸的最左端。
所述控制系統(tǒng)包括傳感器、限位開關(guān)、電機開關(guān)、控制箱、開關(guān)電源、計數(shù) 器、計時器、接觸器、調(diào)頻器、調(diào)頻開關(guān)、正反開關(guān)、接線板，其中，開關(guān)電源、 計數(shù)器、計時器、接觸器、調(diào)頻器、接線板放置在控制箱中，電機開關(guān)連接一個 正反開關(guān)，正反開關(guān)緊靠控制箱安裝在機座上且與控制箱中的計時器和調(diào)頻器相 連，而調(diào)頻器外連有調(diào)頻開關(guān)，傳感器放置在輪軸下方并通過電線和接線板與計 數(shù)器相連，限位開關(guān)通過電線和接線板與開關(guān)電源相連，然后開關(guān)電源再與接觸 器相連，而接觸器連接到電機開關(guān)上。
所述正反開關(guān)是順時針和逆時針可調(diào)的。
所述計數(shù)器和計時器是八位的。
所述調(diào)頻器的頻率為0 100Hz內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
所述加載系統(tǒng)包括鐵絲、支架、滑輪、滑輪插銷、加載桶和保護圈，連接關(guān) 系為鐵絲的一端連接夾持裝置，另一端跨過滑輪與加載桶相連，滑輪通過滑輪 插銷固定在支架上，支架套過電機并固定在機座左端的平臺上，加載桶外圍有保 護圈，保護圈固定在支架上并位于限位開關(guān)上面。
所述平衡系統(tǒng)由試樣夾持裝置及與其相連的平衡裝置組成。
所述夾持裝置包括三角支架、軸、軸承、螺絲、法蘭、右夾頭、方塊體和螺 釘，連接關(guān)系為方塊體兩端各放置一個軸承，其中，夾持試樣的一端用法蘭和 螺釘固定軸承，另一端用螺絲固定軸承，軸固定在兩個軸承里，軸的一端有右夾 頭，方塊體的上邊固定一個三角支架。
所述平衡裝置包括支撐架、平衡杠、掛鉤、鏈條、砝碼和插銷，連接關(guān)系為支撐架固定在機座上，平衡杠通過插銷與支撐架相連，平衡杠為長方體的一端通 過掛鉤和鏈條與夾持裝置相連，平衡杠為外螺絲型的一端套一砝碼。
本發(fā)明工作時，首先調(diào)節(jié)平衡裝置中的砝碼，使之與夾持裝置完全平衡，以 保證試樣受到的力是加載桶及其內(nèi)載荷的重量，之后用左夾頭和右夾頭把試樣夾 持牢固，并先把總載荷的10%放到加載桶里，這樣試樣受到一個彎力矩，然后
根據(jù)試驗情況通過調(diào)頻器選擇電機頻率和電機轉(zhuǎn)動方向，開動電機，并逐級把載
荷加到100%，這樣試樣受到一個循環(huán)力矩，應力比為一l，本試驗機的載荷、
力矩和應力之間的關(guān)系視試樣形狀的不同而不同。同時，放置在輪軸下面的傳感 器記錄試樣的旋轉(zhuǎn)次數(shù)并通過計數(shù)器顯示出來，而與正反開關(guān)相連的計時器則記 錄下電機的開機時間以便校正試驗結(jié)果，如果試樣斷裂，加載桶在下降過程中會 觸碰限位開關(guān)，設(shè)置在限位開關(guān)上面的保護圈會保證加載桶安全觸碰限位開關(guān)且 不傾斜，進而與限位開關(guān)相連的接觸器會自動關(guān)閉電機電源，試驗結(jié)束，取出試 樣；若試樣在達到指定循環(huán)次數(shù)后還沒斷裂，則可以手動關(guān)閉電機開關(guān)，試驗結(jié) 束，取出試樣。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明機座和電機系統(tǒng)設(shè)計更加合理，工作中的震動所造 成的試驗誤差較小，控制系統(tǒng)中另外包括了計時器、調(diào)頻器、正反開關(guān)，其試驗
速度是可調(diào)的，工作頻率0 100Hz可調(diào)，最大轉(zhuǎn)速6000 r/Min。它可以對符合 國家標準的多種尺寸和形狀的金屬材料試樣進行低周或高周疲勞試驗，是對金屬 材料旋轉(zhuǎn)彎曲雙頻疲勞特性研究的理想設(shè)備。本試驗機結(jié)構(gòu)簡單，易操作，工作 噪音低，功能多，且試驗數(shù)據(jù)精確。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的加載系統(tǒng)局部示意圖3是本發(fā)明的控制系統(tǒng)局部示意圖4是本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明的工作連接示意圖。
圖中l(wèi)一電機，2 —主動輪，3 —皮帶，4—從動輪，5 —機座，6—支架，7 一電機開關(guān)，8—控制箱，9一計數(shù)器，IO—三角支架，ll一支撐架，12—鏈條， 13 —軸，14一試樣，15—螺絲，16 —左夾頭，17 —右夾頭，18 —掛鉤，19 —鐵絲，20—滑輪，21—加載桶，22 —保護圈，23 —限位開關(guān)，24 —傳感器，25 —軸承， 26—法蘭，27 —螺釘，28—接線板，29—接觸器，30—開關(guān)電源，31—插銷，32 -滑輪插銷，33 —輪軸，34 —方塊體，35 —砝碼，36 —平衡杠，37 —平臺，38 —計時器，39—正反開關(guān)，40—調(diào)速開關(guān)，41一金屬外套，42 —調(diào)頻器。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下迸行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
如圖l所示，本實施例包括機座5、電機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、平 衡系統(tǒng)，其中，電機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)固定在機座5上，而加載系統(tǒng)通 過平衡系統(tǒng)懸吊在空中。電機系統(tǒng)是用于帶動疲勞試樣14旋轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)是用 于各個零件的連接和整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)以及記錄試驗數(shù)據(jù)，加載系統(tǒng)用于夾持試樣 14并提供載荷，而平衡系統(tǒng)用于平衡掉加載系統(tǒng)中夾持試樣14且懸吊在空中的 一端的重量。
如圖l、 2、 4所示，所述電機系統(tǒng)包括電機l、金屬外套41、主動輪2、從 動輪4、皮帶3、輪軸33、左夾頭16和軸承25,連接關(guān)系為電機1通過主動 輪2和皮帶3與從動輪4相連，從動輪4固定在輪軸33上，輪軸33右端設(shè)有左 夾頭16用于夾持試樣14的一端，輪軸33的左端通過兩個軸承25套在機座5里， 電機l、主動輪2、從動輪4、皮帶3和輪軸33外面套有金屬外套41。
所述機座5左端設(shè)有一個平臺37。電機1安裝在機座5左端的平臺37上。
所述從動輪4固定在輪軸33的最左端。
如圖l、 2、 4所示，所述控制系統(tǒng)包括傳感器24、限位開關(guān)23、電機開關(guān) 7、控制箱8、開關(guān)電源30、計數(shù)器9、計時器38、接觸器29、調(diào)頻器42、調(diào)頻 開關(guān)40、正反開關(guān)39、接線板28，其中，開關(guān)電源30、計數(shù)器9、計時器38、 接觸器29、調(diào)頻器42、接線板28放置在控制箱8中，電機開關(guān)7連接一個正反 開關(guān)39，正反開關(guān)39緊靠控制箱8安裝在機座5上且與控制箱8中的計時器38 和調(diào)頻器42相連，而調(diào)頻器42外連有調(diào)頻開關(guān)40，傳感器24放置在輪軸33 下方并通過電線和接線板28與計數(shù)器9相連，限位開關(guān)23通過電線和接線板 28與開關(guān)電源30相連，然后開關(guān)電源30再與接觸器29相連，而接觸器29連接到電機開關(guān)7上。
所述正反開關(guān)39是順時針和逆時針可調(diào)的。 所述計數(shù)器9和計時器38是八位的。 所述調(diào)頻器42的頻率為0 100Hz內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
如圖1、 2所示，所述加載系統(tǒng)包括鐵絲19、支架6、滑輪20、滑輪插銷32、 加載桶21和保護圈22,連接關(guān)系為鐵絲19的一端連接夾持裝置，另一端跨 過滑輪20與加載桶21相連，滑輪20通過滑輪插銷32固定在支架6上，支架6 套過電機1并固定在機座5左端的平臺37上，加載桶21外圍有保護圈22，保 護圈22固定在支架6上并位于限位開關(guān)23上面。
所述限位開關(guān)23位于支架6內(nèi)的加載桶21下面。
如圖l、 3、 5所示，所述平衡系統(tǒng)由試樣14夾持裝置及與其相連的平衡裝 置組成。
夾持裝置包括三角支架10、軸13、軸承25、螺絲15、法蘭26、右夾頭17、 方塊體34和螺釘27,連接關(guān)系為方塊體34兩端各放置一個軸承25，其中， 夾持試樣的一端用法蘭26和螺釘27固定軸承25,另一端用螺絲15固定軸承25， 軸13固定在兩個軸承25里，軸13的一端有右夾頭17，方塊體34的上邊固定 一個三角支架10。
平衡裝置包括支撐架ll、平衡杠36、掛鉤18、鏈條12、砝碼35和插銷31， 連接關(guān)系為支撐架11固定在機座5上，平衡杠36通過插銷31與支撐架11相 連，平衡杠36為長方體的一端通過掛鉤18和鏈條12與夾持裝置相連，平衡杠 36為外螺絲型的一端套一砝碼35。
加載系統(tǒng)的鐵絲19的一端連接夾持裝置三角支架10的上端。 上述結(jié)構(gòu)的試驗機使用時，首先調(diào)節(jié)平衡裝置中的砝碼35,使之與夾持裝 置完全平衡，以保證試樣受到的力是加載桶21及其內(nèi)載荷的重量，之后用左夾 頭16和右夾頭17把試樣14夾持牢固，并先把總載荷的10%放到加載桶21里， 這樣試樣14受到一個彎力矩，然后根據(jù)試驗情況通過調(diào)頻器42選擇電機1頻率 和電機l轉(zhuǎn)動方向，開動電機l，并逐級把載荷加到100%，這樣試樣14受到一 個循環(huán)力矩，應力比為一l;同時，放置在輪軸33下面的傳感器24記錄試樣14 的旋轉(zhuǎn)次數(shù)并通過計數(shù)器9顯示出來，而與正反開關(guān)39相連的計時器38則記錄下電機1的開機時間以便校正試驗結(jié)果，如果試樣14斷裂，加載桶21在下降過 程中會觸碰限位開關(guān)23，設(shè)置在限位開關(guān)23上面的保護圈22會保證加載桶21 安全觸碰限位開關(guān)23且不傾斜，進而與限位開關(guān)23相連的接觸器29會自動關(guān) 閉電機l電源，試驗結(jié)束，取出試樣M;若試樣14在達到指定循環(huán)次數(shù)后還沒 斷裂，則可以手動關(guān)閉電機開關(guān)7，試驗結(jié)束，取出試樣14。本試驗機的載荷、 力矩和應力之間的關(guān)系視試樣14形狀的不同而不同，如果是漏斗型試樣14，則
試樣14所受的應力與載荷和力矩之間的關(guān)系式為<formula>formula see original document page 9</formula>其中，I為轉(zhuǎn)動慣量、D為試樣14中間位置的直徑、M為力矩、P為載荷、L為 力臂、o為應力。
本實施例的有益效果是本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理，安全性高，電機1更經(jīng) 久耐用，可根據(jù)試驗情況自由選擇電機1頻率和旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)速為0 6000r/Min 連續(xù)可調(diào)，通過計數(shù)器9和計時器38記錄試驗數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果更加精確，這些 改進擴大了本試驗機的使用范圍。
權(quán)利要求
1、一種變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，包括機座、電機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)，電機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)固定在機座上，而加載系統(tǒng)通過平衡系統(tǒng)懸吊在空中，其特征在于所述電機系統(tǒng)包括電機、金屬外套、主動輪、從動輪、皮帶、輪軸、左夾頭和軸承，電機通過主動輪和皮帶與從動輪相連，從動輪固定在輪軸上，輪軸的右端設(shè)有左夾頭，輪軸的左端通過兩個軸承套在機座里，電機、主動輪、從動輪、皮帶和輪軸外面套有金屬外套；所述機座左端設(shè)有一個平臺，電機設(shè)置在該平臺上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述控制 系統(tǒng)包括傳感器、限位開關(guān)、電機開關(guān)、控制箱、開關(guān)電源、計數(shù)器、計時器、 接觸器、調(diào)頻器、調(diào)頻開關(guān)、正反開關(guān)、接線板，開關(guān)電源、計數(shù)器、計時器、 接觸器、調(diào)頻器、接線板放置在控制箱中，電機開關(guān)連接一個正反開關(guān)，正反開 關(guān)緊靠控制箱設(shè)置在機座上且與控制箱中的計時器和調(diào)頻器相連，調(diào)頻器外連有調(diào)頻開關(guān)，傳感器放置在輪軸下方并通過電線和接線板與計數(shù)器相連，限位開關(guān) 通過電線和接線板與開關(guān)電源相連，開關(guān)電源再與接觸器相連，接觸器連接到電 機開關(guān)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述限位開關(guān)位于加載系統(tǒng)內(nèi)的加載桶下面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述計數(shù) 器和計時器是八位的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述調(diào)頻 器，其頻率為0 100Hz。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述加載 系統(tǒng)包括鐵絲、支架、滑輪、滑輪插銷、加載桶和保護圈，鐵絲的一端連接夾持 裝置，另一端跨過滑輪與加載桶相連，滑輪通過滑輪插銷固定在支架上，支架套 過電機并固定在機座上，加載桶外圍有保護圈，保護圈固定在支架上并位于限位 開關(guān)上面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述平衡 系統(tǒng)由試樣夾持裝置及與其相連的平衡裝置組成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述夾持裝置包括三角支架、軸、軸承、螺絲、法蘭、右夾頭、方塊體和螺釘，方塊體兩 端各設(shè)置一個軸承，夾持試樣的一端用法蘭和螺釘固定軸承，另一端用螺絲固定 軸承，軸固定在兩個軸承里，軸的一端有右夾頭，方塊體的上邊固定一個三角支 架。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述平衡 裝置包括支撐架、平衡杠、掛鉤、鏈條、砝碼和插銷，支撐架固定在機座上，平 衡杠通過插銷與支撐架相連，平衡杠為長方體的一端通過掛鉤和鏈條與夾持裝置 相連，平衡杠為外螺絲型的一端套一砝碼。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，其特征是，所述從動 輪固定在輪軸的最左端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種材料測試技術(shù)領(lǐng)域的變頻旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，包括機座、電機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和加載系統(tǒng)。所述電機系統(tǒng)包括電機、金屬外套、主動輪、從動輪、皮帶、輪軸、左夾頭和軸承，電機通過主動輪和皮帶與從動輪相連，從動輪固定在輪軸上，輪軸的右端設(shè)有左夾頭，輪軸的左端通過兩個軸承套在機座里，電機、主動輪、從動輪、皮帶和輪軸外面套有金屬外套。所述機座左端設(shè)有一個平臺，電機設(shè)置在該平臺上。本發(fā)明機座和電機系統(tǒng)設(shè)計更加合理，工作中的震動所造成的試驗誤差較小，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，工作噪音低，功能多，且試驗數(shù)據(jù)精確。
文檔編號G01N3/00GK101290279SQ20081003521
公開日2008年10月22日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者劉文才, 平 張, 翟春泉, 杰 董 申請人:上海交通大學