專利名稱：無級加載式扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及金屬材料的疲勞試驗設(shè)備，特別指利用磁粉離合器無級加載扭矩的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機。
背景技術(shù)：
疲勞破壞是機器零部件失效的形式之一，要確定零部件的疲勞極限，首先要確定材料的疲勞極限值(有的也可以直接做零部件的疲勞試驗)。長期以來對于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度的試驗研究居多，而對扭轉(zhuǎn)疲勞強度的試驗研究極少。其主要原因是前者試驗機簡單，工作穩(wěn)定性好。通常在測得彎曲疲勞強度б-1以后，用它來換算扭轉(zhuǎn)疲勞強度τ-1。對于光滑試件，文[1]指出τ-1和б-1之比值一般在0.6-0.8之間。由于實驗提供的τ-1值相對來講較少。上述比值是否滿足更一般情況和是否存在與強度理論(塑性材料[τ]＝(0.5-0.6)[б]；脆性材料[τ]＝(0.8-1.0)[б])類似的關(guān)系，目前尚未完全清楚。因此需要一種簡單可靠的疲勞試驗機來對不同的材料做更多的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗，以便取得更多的扭轉(zhuǎn)疲勞強度的實驗值τ-1。在國內(nèi)，據(jù)我們了解除吉林工業(yè)大學研制的用于汽車萬向節(jié)、傳動軸或半軸的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗臺和濟南試金集團的PNS-3000型微機控制電液伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機外，還沒有其它的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機產(chǎn)品。國外產(chǎn)品價格昂貴，國內(nèi)產(chǎn)品品種單一，是扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機市場的現(xiàn)狀。其客觀原因也許由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，成本高，以致其價格居高不下。因此一般的設(shè)計部門不愿購買，只習慣從手冊上查到б-1，再簡單地換算一下就可以得到τ-1，在主觀上也想省去再做試驗的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對背景技術(shù)中存在的缺點和問題加以改進，提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠，操作方便，造價低的無級加載式扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機。
本實用新型的技術(shù)方案是在試件兩端設(shè)置帶有滾動支承可旋轉(zhuǎn)的夾頭，夾頭的一端聯(lián)接減速器驅(qū)動的曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄搖桿機構(gòu)聯(lián)接調(diào)速電動機，其特點是夾頭另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器。
本實用新型有以下優(yōu)點1、首次將磁粉離合器應(yīng)用于扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的設(shè)計中，實現(xiàn)了加載扭矩的無級調(diào)節(jié)與控制。簡化了扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)。
2、一般疲勞試驗機的循環(huán)應(yīng)力的波形為正弦波，本扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的波形為梯形波。為疲勞破壞實驗提供了一種新的穩(wěn)定的波形。
3、本扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低廉，操作方便。為國內(nèi)試驗機市場提供一種新型的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機。


圖1是本實用新型傳動方式和安裝結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型轉(zhuǎn)矩與電流關(guān)系特征曲線圖具體實施方式
由圖1可知，在試件(3)兩端設(shè)置帶有滾動支承可旋轉(zhuǎn)的夾頭(4、41)，夾頭(4)的一端聯(lián)接減速器(2)驅(qū)動的曲柄搖桿機構(gòu)(8)，曲柄搖桿機構(gòu)(8)聯(lián)接調(diào)速電動機(1)，其特點是夾頭(41)另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器(7)。
本實用新型所述的磁粉離合器中的輸出端樞接試件夾頭(41)，另一端樞接轉(zhuǎn)子(5)，磁粉離合器的定子上設(shè)有勵磁圈(6)。
本實用新型為了確定加載值的精度，使用GB10128-88推薦采用的金屬扭轉(zhuǎn)試樣(低碳鋼圓形試樣，直徑為10mm，標距為100mm)來標定。只要調(diào)節(jié)勵磁電流，若加載扭矩值定為25N·m，它可直接從拉壓傳感器(精度為0.5％)的讀數(shù)得到，誤差不超過1％。但是由于磁粉離合器處于滑差工作狀態(tài)時的動態(tài)精度為3％，因此其讀數(shù)也有波動，若取其平均值，誤差不超過3％。由于磁粉離合器額定轉(zhuǎn)矩大小不同(樣機的磁粉離合器額定轉(zhuǎn)矩；30N·m，額定電流2A)，為測定不同應(yīng)力水平下的τ-1-N曲線，可制成不同額定載荷扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機。
本實用新型樣機中電動機的功率為250W，轉(zhuǎn)速為1440rpm，減速器傳動比為1∶50。改變減速器傳動比，可改變加載速度。可研究加載速度對扭轉(zhuǎn)疲勞破壞的影響。一旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機相比，交變應(yīng)力周期較長，實驗周期也長。這一點正好與工程中的實際情況相符合。由于工程實際中大多數(shù)疲勞失效都要經(jīng)過相當一段時間，并不會像在高頻疲勞實驗機上做實驗的試件那樣快速疲勞破壞。
本實用新型只需要在試件上制造一些缺陷(各方向的切口，小圓孔等)，就可以通過在扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機上的試驗，得出各種缺陷對扭轉(zhuǎn)疲勞破壞的影響。
本實用新型的工作原理電動機帶動蝸輪蝸桿減速器轉(zhuǎn)動，其輸出使曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)動，搖桿的擺動使試件的一個夾頭往返轉(zhuǎn)動，另一夾頭與磁粉離合器的輸出端相連。在離合器輸入端，接一個拉壓傳感器撥桿。當勵磁線圈兩端加上某一電壓時，線圈內(nèi)將產(chǎn)生勵磁電流。工作間隙的磁粉被磁化，形成磁粉鏈。當主動件旋轉(zhuǎn)時，各磁粉鏈中磁粉顆粒間、磁粉與導磁體之間都因磨擦而產(chǎn)生摩擦力，從而將轉(zhuǎn)矩傳遞至從動件。在一定的勵磁電流作用下，離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩是一定的。轉(zhuǎn)矩一電流的關(guān)系如圖2所示。圖中轉(zhuǎn)矩與電流在工作范圍內(nèi)近似地成直線關(guān)系。而且，該轉(zhuǎn)矩的大小不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。不同型號的磁粉離合器，其額定滑差轉(zhuǎn)矩的大小不同。當搖桿的力矩在滑差轉(zhuǎn)矩內(nèi)時，輸出軸與輸入同步轉(zhuǎn)動，二者無相對轉(zhuǎn)動。搖桿的力矩可由傳感器的讀數(shù)得到?；钷D(zhuǎn)矩為離合器加給試件的最大轉(zhuǎn)矩，當搖桿的力矩大于滑差轉(zhuǎn)矩時，輸入軸雖然隨輸出軸轉(zhuǎn)動，但二都有相對轉(zhuǎn)動。施加在試件上的力矩只能等于滑差轉(zhuǎn)矩。通過傳感器可得到滑差轉(zhuǎn)矩的大小。當給予勵磁線圈一定的電流時，會產(chǎn)生一定的滑差轉(zhuǎn)矩。由于電流可以無線調(diào)節(jié)，故決定加載大小的滑差轉(zhuǎn)矩也可以無級調(diào)節(jié)。
在曲柄搖桿機械中，搖桿設(shè)計成無急回運動(K＝1，θ＝0)。搖桿擺角γ有足夠大，當兩夾頭裝上試件后，搖桿轉(zhuǎn)動使離合器處于滑差工作狀態(tài)。試件所受的最大轉(zhuǎn)矩為磁粉離合器滑差轉(zhuǎn)矩T。當曲柄轉(zhuǎn)一圈，試件所受的對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)作用，其值在±T之間變化。相應(yīng)的剪應(yīng)力也在±T/Wp之間變化。每完成一個循環(huán)，計數(shù)器計數(shù)一次。通過測得一組材料和尺寸相同的試件在不同剪應(yīng)力水平下面的循環(huán)次數(shù)N，找到當N＞106-107的τ-1，就會做出τ-1-N曲線。
由于本試驗機結(jié)構(gòu)簡單可靠，操作方便，且造價低廉，也可作為大專院校材料力學實驗室的教學設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種無級加載式扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機，在試件(3)兩端設(shè)置帶有滾動支承可旋轉(zhuǎn)的夾頭(4、41)，夾頭(4)的一端聯(lián)接減速器(2)驅(qū)動的曲柄搖桿機構(gòu)(8)，曲柄搖桿機構(gòu)(8)聯(lián)接調(diào)速電動機(1)，其特征在于夾頭(41)另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無級加載式扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機，其特征在于所述的磁粉離合器中的輸出端樞接試件夾頭(41)，另一端樞接磁粉離合器轉(zhuǎn)子(5)，磁粉離合器的定子上設(shè)有勵磁線圈(6)。
專利摘要本實用新型涉及金屬材料的物理試驗設(shè)備，特別指利用磁粉離合器無級加載扭矩的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機。本實用新型在試件(3)兩端設(shè)置帶有滾動支承可旋轉(zhuǎn)的夾頭(4、41)，夾頭(4)的一端聯(lián)接減速器(2)驅(qū)動的曲柄搖桿機構(gòu)(8)，曲柄搖桿機構(gòu)(8)聯(lián)接調(diào)速電動機(1)，其特征在于夾頭(41)另一端樞接可無級加載扭矩的磁粉離合器，其中所述的磁粉離合器連接一個顯示力矩的拉壓傳感器(7)。本實用新型首次將磁粉離合器應(yīng)用于扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的設(shè)計中，實現(xiàn)了加載扭矩的無級調(diào)節(jié)與控制。簡化了扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)。本扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低廉，操作方便。為國內(nèi)試驗機市場提供一種新型的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機。
文檔編號G01N3/22GK2679668SQ20042003520
公開日2005年2月16日 申請日期2004年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月22日
發(fā)明者曾紀杰, 趙穩(wěn), 余曉峰 申請人:曾紀杰, 趙穩(wěn)