[發(fā)明專利]可調(diào)節(jié)彎曲疲勞模式的材料力學性能測試儀與測試方法

有效

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• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105758733B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 趙宏偉;霍占偉;代曉航;劉先華;李檸;張世忠;王順博;苗淼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01L3/00;G01B11/16;G01B11/26
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)彎曲疲勞模式的材料力學性能測試儀與測試方法，屬于精密儀器領域。包括彎曲疲勞加載單元、試件夾持單元、伴隨運動單元及精密檢測單元，彎曲疲勞加載單元由直流伺服電機提供動力，經(jīng)由一級蝸輪蝸桿減速帶動曲柄搖桿機構實現(xiàn)搖桿的往復擺動，搖桿帶動夾持單元實現(xiàn)往復旋轉，彎曲試樣隨著夾持單元的往復旋轉而被反復彎曲，而伴隨運動單元在彎曲試樣的拖動下，做出伴隨的旋轉以及平移。優(yōu)點在于：避免了三點彎曲加載時換算彎矩的誤差，同時避免了支棍摩擦力對于試驗結果的影響；能對彎矩以及彎曲的角度進行精確的測量；能實現(xiàn)不同的疲勞模式，能實現(xiàn)不同應力幅的疲勞試驗，能實現(xiàn)不同平均應力的疲勞試驗。

技術領域

本發(fā)明涉及精密儀器領域，特別涉及一種可調(diào)節(jié)彎曲疲勞模式的材料力學性能測試儀與測試方法。區(qū)別于常見的三點彎加載模式，可以對試樣施加近似的懸臂彎載荷。能實現(xiàn)不同應力幅以及不同平均應力的疲勞試驗。該疲勞測試平臺為彎曲的疲勞測試檢測提供了一種嶄新的手段。

背景技術

統(tǒng)計分析表明，斷裂、磨損和腐蝕是機械零件的主要失效形式，全世界每年因磨損和腐蝕造成的經(jīng)濟損失十分巨大。但由于機械零件的磨損和腐蝕是在機器工作過程中緩慢進行的，可以通過檢修和更換零件的方法來保證機器的正常工作，避免突發(fā)事故的發(fā)生。而斷裂具有突發(fā)性，常常會造成嚴重的事故。因此，機械零件的斷裂就成為工業(yè)界最關心的問題。機械零件在承受交變載荷時，雖然載荷幅值遠小于其抗拉強度或屈服強度，甚至小于彈性載荷，但材料內(nèi)部的變型損傷逐漸積累，積累達到一定程度時零件將發(fā)生斷裂破壞。造成機械零件發(fā)生斷裂的眾多因素中，由金屬疲勞引起的機械零件的斷裂失效占80%以上。

生活中常見的吊車懸臂、橋梁、桁架、汽車底盤及前后橋，在工作時承受單向彎曲負荷，而且彎曲的載荷往往是不斷變化的，因此有必要對這類零件開展單向彎曲的疲勞試驗；工程中常見的中間惰輪、行星輪，或者齒輪在工作時有正反轉向交替的情況下，它的齒根承受的是雙向彎曲應力，因此有必要對這類零件開展雙向彎曲的疲勞試驗。市場上比較成熟的彎曲疲勞試驗設備往往無法實現(xiàn)單向彎曲負荷以及雙向彎曲負荷兩種載荷模式，而且也無法對彎矩以及彎曲的角度進行精確的測量，而彎矩及彎曲角度對于疲勞試驗結果來說至關重要；常見的反復彎曲試驗是將矩形截面試樣的一端固定，繞規(guī)定半徑的圓柱支座彎曲90°，再沿相反方向彎曲，針對不同截面尺寸的試樣需要更換不同尺寸的圓柱支座，這樣使試驗過程更加繁瑣。

因此設計開發(fā)一種可調(diào)節(jié)彎曲疲勞模式的材料力學性能測試儀，具有單向彎曲負荷以及雙向彎曲負荷兩種載荷模式，能對彎矩以及彎曲的角度進行精確的測量，對于研究彎曲疲勞斷裂具有十分重要的意義，對于豐富材料力學性能測試裝備具有重要的理論意義和良好的應用開發(fā)前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)節(jié)彎曲疲勞模式的材料力學性能測試儀與測試方法，解決了目前疲勞載荷模式單一以及無法對彎矩以及彎曲的角度進行精確測量等問題。本發(fā)明采用曲柄搖桿機構，將電機的單向旋轉運動轉變?yōu)閵A持單元的往復擺動，曲柄的長度可調(diào)，能實現(xiàn)不同應力幅的疲勞試驗，搖桿相對于左側的夾持單元有不同的相對角度，能實現(xiàn)不同平均應力的疲勞試驗；本發(fā)明將扭矩傳感器安裝在搖桿與左側夾具轉軸之間，能實時測量彎曲試樣所承受的彎矩，同時圓光柵尺能實時精確測量出彎曲的角度。區(qū)別于常見的三點彎加載模式，本發(fā)明可以對試樣施加近似的懸臂彎載荷，這種加載模式避免了三點彎曲加載時換算彎矩的誤差，同樣避免了支棍摩擦力對于試驗結果的影響。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

可調(diào)節(jié)彎曲疲勞模式的材料力學性能測試儀，包括彎曲疲勞加載單元、夾持單元、伴隨運動單元及精密檢測單元，在傳動鏈上采用曲柄搖桿傳動機構來實現(xiàn)懸臂彎曲疲勞加載；曲柄30的長度可調(diào)，實現(xiàn)不同應力幅的疲勞試驗；搖桿6相對于夾持單元能實現(xiàn)-45°～+45°角度調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)不同平均應力的疲勞試驗；所述彎曲疲勞加載單元通過扭矩傳感器10與夾持單元連接，夾持單元通過右側夾具轉軸15與伴隨運動單元連接，精密檢測單元與左側夾具轉軸22過盈連接。