一種供n個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試的制造方法
【專利摘要】一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，N為正整偶數(shù)，包括電機(1)、第一聯(lián)軸器(2)、蝸輪蝸桿減速器(3)、第二聯(lián)軸器器(4)、小齒輪(5)、大齒輪(6)、偏心裝置(7)、試樣夾(8)、擺軸(9)、載荷傳感器(10)、從動軸(17)以及主動軸(18)，偏心裝置含傳動軸(12)、法蘭盤(13)、偏心輪(14)、擺臂(15)以及軸承(16)，以電動機為動力源，以渦輪減速器、主動齒輪、從動齒輪組成試驗機傳動系統(tǒng)，帶動機械聯(lián)動測試機運行，結構簡單，工作效率高相當于N臺常規(guī)疲勞試驗機，對十個金屬試樣(11)進行測試時其消耗的功率僅為每4KW/小時。
【專利說明】一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于疲勞試驗機【技術領域】，尤其涉及到一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，所述N為正整偶數(shù)。
【背景技術】
[0002]疲勞試驗機主要用于模擬金屬材料在實際使用過程中的受力狀態(tài)，并針對金屬材料所制成的試樣結構進行疲勞檢測試驗，其目的就是檢測其疲勞強度，從而用于評估該金屬材料的實際使用壽命。
[0003]目前，國內外生產(chǎn)的疲勞試驗機種類較多，尤以電液伺服疲勞試驗機和高頻疲勞試驗機為主，前者主要是利用伺服閥，將數(shù)字模擬和模擬數(shù)字等電信號轉變成液壓信號，從而控制試驗機進行疲勞試驗。后者主要是利用諧振電路和感應線圈所產(chǎn)生的電磁振蕩原理控制試驗機，并進行高頻疲勞試驗。
[0004]上述試驗機又根據(jù)加載方式的不同，分為軸向、旋轉彎曲、懸臂彎曲、扭轉等多種形式的試驗機。還有一些單位結合自身行業(yè)特點與試驗機廠家聯(lián)合，制作出了適合于對自身產(chǎn)品進行疲勞壽命檢測的專用疲勞試驗機。
[0005]上所述試驗機存在如下問題:
1、結構復雜，對于電液伺服疲勞試驗機而言，整個試驗機分三部分組成，主機系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。高頻疲勞試驗機主要分為兩個部分，主機系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)；
2、能源消耗大，對于疲勞試驗而言，從試驗樣品上機直到其破壞失效，所用時間周期較長。對于電液伺服疲勞試驗機而言，即便是小噸位的，其功率也得幾十千瓦；
3、一機一樣,上述疲勞試驗機在試驗時,每次只能裝卡一個試研樣品；
4、對于高頻試驗機而言雖然能源消耗不大，但試驗時產(chǎn)生的高頻噪音對試驗人員造成的傷害較大；
5、價格昂貴，即便是國產(chǎn)的疲勞試驗機，也得幾十萬元。
[0006]怎樣才能制作出一臺即便宜又節(jié)能又省時的疲勞試驗機？從降低造價的角度出發(fā)，機械疲勞試驗機無疑是最好的選擇。
[0007]制作機械疲勞試驗機存在以下難點:
一、動力傳動系統(tǒng)如何實現(xiàn)？
二、N個金屬試樣如何夾持固定？
三、試驗應力如何施加？
四、試驗頻率如何實現(xiàn)？
五、施加在金屬試樣上的應力如何檢測等。
[0008]船舶常年航行于海上，使得船體結構鋼也常年處在海浪的顛簸和沖擊之下，這種顛簸和沖擊，久而久之就會造成船體鋼板的疲勞損傷。而模擬船用鋼板在海況條件下的疲勞檢測試驗，從而評估其使用壽命，這就要求被測材料試樣的尺寸要足夠大，同時考慮到海浪對船體的顛簸和沖擊為每分鐘12周次，換算成頻率就是0.2Hz/秒，這樣也就使得其疲勞試驗極為耗時。對于一般小噸位的疲勞試驗機,無法進行大尺寸試樣的疲勞試驗,用大噸位的疲勞試驗機進行試驗，在頻率為0.2Hz/秒的情況下，水電的消耗將是極大的。而且對于一次只能裝一個材料試樣的電業(yè)伺服疲勞試驗機而言其試驗周期也是相當長的。

【發(fā)明內容】

[0009]為了便于對船用鋼板的N個同類金屬試樣同時進行疲勞試驗，本發(fā)明設計了一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，該機械聯(lián)動測試機結構簡單，同時能裝卡N個同類材料試樣，沒有復雜的液壓循環(huán)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，只由一臺電動機提供動力，既節(jié)省了能耗，又提高工了作效率，可以實現(xiàn)船用鋼板及焊縫在低頻率狀態(tài)下的疲勞壽命檢測，從而驗證和模擬船用鋼板在受到彎曲應力或彎曲應變狀態(tài)下的疲勞壽命，也為我國船舶工業(yè)以及國防科技建設提供了準確可靠的試驗依據(jù)。
[0010]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，所述N為正整偶數(shù)，該機械聯(lián)動測試機包括電機、第一聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿減速器、第二聯(lián)軸器、小齒輪、大齒輪、偏心裝置、試樣夾、擺軸、載荷傳感器、從動軸以及主動軸，其中偏心裝置含傳動軸、法蘭盤、偏心輪、擺臂以及軸承。蝸輪蝸桿減速器通過小齒輪與大齒輪實行兩級傳動；
根據(jù)海浪對船體的顛簸和沖擊次數(shù)為每分鐘12周次，設定疲勞試驗機的試驗頻率為
0.2Hz/秒,所述試驗頻率反映在偏心裝置的設定轉速r=12轉/min,金屬試樣所能承受的最大作用力設定為F，偏心裝置的最大調整間距設定為L，設定N個試樣夾具，總傳動效率設定
為Π，則電機功率P=NX T Χη/9550 η，其中:蝸輪蝸桿減速器設定的速比為“，小齒輪的
齒數(shù)設定為,大齒輪的齒數(shù)設定為％，小齒輪的模數(shù)與大齒輪的模數(shù)匹配，傳動比12 = I1/ Z2 ,電機轉速 n=r X I1 X Iz ,扭矩 T=F X L ；
本發(fā)明的特征如下:
在上述相關設計參數(shù)的配合下，每個相同的偏心裝置中，擺臂通過軸承與偏心輪聯(lián)接，偏心輪上設置有四個相互對稱且能調節(jié)法蘭盤偏心量的長腰形孔，通過長腰形孔及螺栓將法蘭盤與偏心輪聯(lián)接，在法蘭盤的中心線上聯(lián)接有傳動軸，被聯(lián)接在法蘭盤的傳動軸與偏心輪的偏心量L控制在(T0.012m,傳動軸與擺軸的一端聯(lián)接且在其聯(lián)接處配裝載荷傳感器，載荷傳感器的最大力值> F且載荷傳感器的輸出線與計算機聯(lián)接，擺軸的另一端聯(lián)接試樣夾，且試樣夾用于夾持金屬試樣，共設N個試樣夾；
將每兩個偏心裝置并排設置且在兩個偏心裝置中間配置一個大齒輪并將其配對為一組，共配對N/2組，將N/2組配對的大齒輪通過從動軸的串接聯(lián)接一起，與每個大齒輪相嚙合的小齒輪通過主動軸被串接聯(lián)接，主動軸通過第二聯(lián)軸器與蝸輪蝸桿減速器的輸出軸聯(lián)接，蝸輪蝸桿減速器的輸入軸通過第一聯(lián)軸器與電機聯(lián)接，從動軸、主動軸、蝸輪蝸桿減速器以及電機均通過各自匹配的支架被固定在機械聯(lián)動測試機工作平臺的相關位置上，N個擺軸和N個試樣夾同樣均通過各自匹配的支架被固定在機械聯(lián)動測試機工作平臺的相關位置上。
[0011]試樣夾的夾持部位其洛氏硬度不低于42。
[0012]由于采用如上所述技術方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果: 1、本發(fā)明結構簡單，以電動機作為機械聯(lián)動測試機的動力源，以渦輪減速器、主動齒輪、從動齒輪組成試驗機傳動系統(tǒng)，帶動機械聯(lián)動測試機運行。
[0013]2、工作效率高，該機械聯(lián)動測試機一次能夠同時安裝N個金屬材料試樣進行測試，相當于N臺常規(guī)疲勞試驗機。
[0014]3、能源消耗低，在一次同時對十個金屬試樣進行測試時，其消耗的功率僅為每4KW/小時。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結構設計原理簡圖。
[0016]圖2是偏心裝置的結構示意簡圖。
[0017]圖3是偏心輪上長腰形孔的局部結構示意簡圖。
[0018]上述圖中:1-電機；2_第一聯(lián)軸器；3_蝸輪蝸桿減速器；4_第二聯(lián)軸器；5_小齒輪；6_大齒輪；7_偏心裝置；8_試樣夾；9_擺軸；10_載荷傳感器；11_材料試樣；12_傳動軸；13_法蘭盤；14偏心輪；15_擺臂；16_軸承；17_從動軸；18_主動軸；19_長腰形孔。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明是一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，所述N為正整偶數(shù)，該機械聯(lián)動測試機專門用于船體金屬鋼板在低頻率條件下的檢測，所述頻率為
0.2Hz/秒，船體金屬鋼板或為45 #鋼板，或為Φ50πιπι圓鋼，或為Φ40πιπι軸承鋼，對其它金屬材料具有同樣借鑒作用，以下金屬試樣均取自船用鋼板，不在另述。
[0020]金屬試樣的最大長度可以達到735 mm，金屬試樣的最大寬度可以達到130 mm，金屬試樣的有效寬度可以達到80 mm,金屬試樣的最大厚度可以達到20 mm,金屬試樣的形狀結構應符合國家標準的相關規(guī)定。
[0021]試樣夾的結構形狀可根據(jù)現(xiàn)有卡具并結合上述參數(shù)同比放大即可，要求試樣夾的夾持部位其洛氏硬度不低于42。
[0022]根據(jù)海浪對船體的顛簸和沖擊次數(shù)為每分鐘12周次，設定疲勞試驗機的試驗頻率為0.2Hz/秒，所述試驗頻率反映在偏心裝置的設定轉速r=12轉/min。
[0023]下面設定的各項參數(shù)僅供參考:
每個金屬試樣所能承受的最大作用力F=20000N，偏心裝置的最大調整間距假設為L=0.012m,設定N=IO個試樣夾，試樣夾按現(xiàn)有結構并參照上述材料試樣的尺寸進行同比放大即可，總傳動效率設定為Π，其中:蝸輪蝸桿減速器設定的速比為\ =40:1，小齒輪的齒數(shù)設定為Z2 =21，大齒輪的齒數(shù)設定為Z1 =75，小齒輪的模數(shù)與大齒輪的模數(shù)匹配，傳動比I2 = Z1 / Z2 =75/21，電機轉速 n=rX I1 X iz =12X40X (75/21) =1714r/min,扭矩
T=FXL=20000X0.012=240 Nm 則電機功率 P=NX T Χη/9550 η ?4KW。
[0024]結合圖1-3，在上述相關設計參數(shù)的配合下，每個相同的偏心裝置7中，擺臂15通過軸承16與偏心輪14聯(lián)接，偏心輪14上設置有四個相互對稱且能調節(jié)法蘭盤13偏心量的長腰形孔19，通過長腰形孔19及螺栓將法蘭盤13與偏心輪14聯(lián)接，在法蘭盤13的中心線上聯(lián)接有傳動軸12，被聯(lián)接在法蘭盤13的傳動軸12與偏心輪14的偏心量L控制在(T0.012m，傳動軸12與擺軸9的一端聯(lián)接且在其聯(lián)接處配裝載荷傳感器10，載荷傳感器10的最大傳感力> F且載荷傳感器的輸出線與計算機聯(lián)接，擺軸9的另一端聯(lián)接試樣夾8且試樣夾用于夾持金屬試樣11，共設N個試樣夾8，試樣夾8的夾持部位其洛氏硬度不低于42。
[0025]如果長腰形孔19按其長度方向處于垂直即上或下位置時，則被聯(lián)接在法蘭盤13的傳動軸12在工作時做垂直即上或下偏心運動；如果長腰形孔19按其長度方向處于水平即左或右位置時，則被聯(lián)接在法蘭盤13的傳動軸12在工作時做水平即左或右運動。
[0026]將每兩個偏心裝置7并排設置且在兩個偏心裝置中間配置一個大齒輪6并將其配對為一組，共配對N/2組，將N/2組配對的大齒輪6通過從動軸17的聯(lián)接在一起，與每個大齒輪6相嚙合的小齒輪5通過主動軸18被串接聯(lián)接，主動軸18通過第二聯(lián)軸器4與蝸輪蝸桿減速器3的輸出軸聯(lián)接，蝸輪蝸桿減速器3的輸入軸通過第一聯(lián)軸器2與電機I聯(lián)接，從動軸、主動軸、蝸輪蝸桿減速器以及電機均通過各自匹配的支架被固定在機械聯(lián)動測試機工作平臺的相關位置上，N個擺軸和N個試樣夾同樣均通過各自匹配的支架被固定在機械聯(lián)動測試機工作平臺的相關位置上，大齒輪通過健聯(lián)接在從動軸上，小齒輪通過健聯(lián)接在主動軸上。
[0027]機械聯(lián)動測試機的工作原理:當電機工作時通過第一聯(lián)軸器帶動蝸輪蝸桿減速器轉動，蝸輪蝸桿減速器又通過第二聯(lián)軸器帶動主動軸[在N=IO時主動軸長度可達3400 mm ]轉動，主動軸上的五個小齒輪又分別帶動五個大齒輪轉動，此時從動軸又帶動10個偏心輪轉動，10個偏心輪轉動的同時帶動擺臂往復運動，從而拖動金屬試樣進行疲勞測試。
[0028]機械聯(lián)動測試機的工作步驟如下:
O安裝金屬試樣:當每一個金屬試樣被試樣夾裝卡固定完畢后，調節(jié)與之對應偏心輪的偏心量，通過調整觀察載荷傳感器的輸出，當載荷傳感器的輸出達到測試技術參數(shù)要求時，將法蘭盤固定；
2)電機通電,測試開始；
3)機械聯(lián)動測試機運行的同時通過計算機記錄開機日期、時間及相關測試參數(shù)。
[0029]通過對多種牌號船用鋼板及焊縫進行的機械聯(lián)動測試證明:機械聯(lián)動測試機在以電機作為動力的同時，整個傳動系統(tǒng)是成功有效的，所產(chǎn)生0.2Hz/秒的低頻率是可靠的。
【權利要求】
1.一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，所述N為正整偶數(shù)，該機械聯(lián)動測試機包括電機(I)、第一聯(lián)軸器(2)、蝸輪蝸桿減速器(3)、第二聯(lián)軸器器(4)、小齒輪(5)、大齒輪(6)、偏心裝置(7)、試樣夾(8)、擺軸(9)、載荷傳感器(10)、從動軸(17)以及主動軸(18)，其中偏心裝置(7)含傳動軸(12)、法蘭盤(13)、偏心輪(14)、擺臂(15)以及軸承(16)，蝸輪蝸桿減速器(3)通過小齒輪(5)與大齒輪(6)實行兩級傳動； 根據(jù)海浪對船體的顛簸和沖擊次數(shù)為每分鐘12周次，設定疲勞試驗機的試驗頻率為0.2Hz/秒，所述試驗頻率反映在偏心裝置(7)的設定轉速r=12轉/min，金屬試樣(11)所能承受的最大作用力設定為F，偏心裝置(7)的最大調整間距設定為L，設定N個試樣夾(8)，總傳動效率設定為η，則電機⑴功率P=NXT Χη/9550 η，其中:蝸輪蝸桿減速器(3)設定的速比為I1,小齒輪(5)的齒數(shù)設定為Z2，大齒輪(6)的齒數(shù)設定為％，小齒輪(5)的模數(shù)與大齒輪(6)的模數(shù)匹配，傳動比12=21 /?，電機⑴轉速n=rX i2 X I2 ,扭矩T=FXL;其特征是: 在上述相關設計參數(shù)的配合下，每個相同的偏心裝置(7)中，擺臂(15)通過軸承(16)與偏心輪(14)聯(lián)接，偏心輪(14)上設置有四個相互對稱且能調節(jié)法蘭盤(13)偏心量的長腰形孔(19)，通過長腰形孔(19)及螺栓將法蘭盤(13)與偏心輪(14)聯(lián)接，在法蘭盤(13)的中心線上聯(lián)接有傳動軸(12)，被聯(lián)接在法蘭盤(13)的傳動軸(12)與偏心輪(14)的偏心量L控制在(T0.012m，傳動軸(12)與擺軸(9)的一端聯(lián)接且在其聯(lián)接處配裝載荷傳感器(10)，載荷傳感器(10)的最大力值> F且載荷傳感器(10)的輸出線與計算機聯(lián)接，擺軸(9)的另一端聯(lián)接試樣夾(8)且試樣夾(8)用于夾持金屬試樣(11)，共設N個試樣夾(8)；將每兩個偏心裝置(7)并排設置且在兩個偏心裝置(7)中間配置一個大齒輪(6)并將其配對為一組，共配對N/2組，將N/2組配對的大齒輪(6)通過從動軸(17)的串接聯(lián)接一起，與每個大齒輪(6)相嚙合的小齒輪(5)通過主動軸(18)被串接聯(lián)接，主動軸(18)通過第二聯(lián)軸器器(4)與蝸輪蝸桿減速器(3)的輸出軸聯(lián)接，蝸輪蝸桿減速器(3)的輸入軸通過第一聯(lián)軸器⑵與電機⑴聯(lián)接，從動軸(17)、主動軸(18)、蝸輪蝸桿減速器(3)以及電機(I)均通過各自匹配的支架被固定在機械聯(lián)動測試機工作平臺的相關位置上，N個擺軸(9)和N個試樣夾(8)同樣均通過各自匹配的支架被固定在機械聯(lián)動測試機工作平臺的相關位置上。
2.根據(jù)權利要求1所述一種供N個金屬試樣同時做疲勞試驗的機械聯(lián)動測試機，其特征是 :試樣夾(8)的夾持部位其洛氏硬度不低于42。
【文檔編號】G01N3/34GK103994934SQ201410180708
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】梁健, 張亞軍, 張欣耀 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所