本发明专利技术涉及一种多轴载荷超声扭转疲劳试验装置，利用超声加载的方式实现不同载荷作用下振动试样的超高周疲劳强度测试；上下扭转位移放大器夹具分别在上下扭转位移放大器扭转角度为0的横截面处对其进行有效夹持，通过改变拉压载荷加载装置的横梁位置能够控制作用在振动试样上的纵向作用力大小，改变扭转载荷加载装置的配重质量能够控制作用在振动试样上的平均扭转载荷的大小，使得振动试样能够在对称扭转载荷、非对称扭转载荷、拉或压载荷和对称扭转载荷同时作用以及拉或压载荷和非对称扭转载荷同时作用的多种载荷条件下进行超高周疲劳强度测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料扭转疲劳强度测试
，具体地说，涉及一种测试材料在对称扭转载荷作用下的超高周疲劳强度，在非对称扭转载荷作用下的超高周疲劳强度，以及多轴载荷作用下的超高周扭转疲劳强度试验装置。
技术介绍
在汽车，火车及飞机等交通工具上的机械部件在其服役期内承受长时间的高频循环振动载荷的作用，其载荷周次会达到109以上，属于超高周范畴。当下超高周疲劳研究的热点主要是轴向载荷作用下材料的疲劳性能。像传动轴之类的机械部件在实际的工况下也会承受扭转载荷，针对材料在超高周范畴内关于材料在扭转载荷或多轴载荷作用下的疲劳强度的研究工作较少，现在国内有关的材料在超高周疲劳范畴内的扭转疲劳试验研究已经少量开展，但关于材料在非对称扭转载荷作用下的疲劳强度的试验研究方法，国内尚缺乏与之相关的解决方案。关于材料超高周范畴内的在对称载荷作用下的扭转疲劳强度参数的测定，现在国内所用的试验方法是利用一个将超声波发生器产生的超声波转换成纵向的谐振波的换能器，将谐振波传递到纵向位移放大器将该谐振波放大，扭转放大器通过与纵向位移放大器之间机械连接将纵向振动位移转换成扭转位移，从而试验对疲劳试样的扭转振动载荷的加载。如图1。该系统是利用扭转位移放大器和纵向位移放大器之间的机械连接，将纵向谐振波转换成扭转谐振波，长时间的疲劳试验会导致机械连接处的发热和断裂，另外该方案的扭转载荷实现方式是在小转角情况下实现的，这限制了扭转载荷的幅值，使得该系统不能完成对高强度材料的疲劳强度参数的测定。另外，现有的技术也不能实现对试样的非对称载荷的加载。超声疲劳试验技术采用的是共振原理，换能器将超声波发生器产生的高频电压信号转换成相同频率的扭转机械振动波经扭转位移放大器进一步放大后传递给扭转振动试样，从而实现对扭转振动试样的高频加载，从而在合理的时间内获得材料的或机械构件的超高周扭转疲劳性能参数的测定。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出一种多轴载荷超声扭转疲劳试验装置，解决非对称扭转载荷作用下疲劳试验的扭转平均应力加载问题，同时能够改变作用在疲劳试样上的纵向作用力，实现对扭转振动试样的多轴载荷加载。具体技术方案为：多轴载荷超声扭转疲劳试验装置，包括拉压载荷加载装置、固定框架装置、超声加载装置、扭转位移放大器夹持装置、扭转载荷加载装置；所述的拉压载荷加载装置包括基座、支撑框架、横梁、两侧立式丝杠、力传感器；所述基座在上表面中心周围相同距离处对称分布六个螺纹孔；所述两侧立式丝杠用于安装横梁，并且能够在控制系统控制下转动从而移动横梁位置；所述固定框架装置包括力传感器连接件、上定位盘、下定位盘、定位盘连接杆；所述上定位盘为中间有通孔，依通孔中心等距均布三个通孔的薄板圆盘；所述力传感器连接件为三段式变截面圆柱结构，两端圆柱结构直径小于中间圆柱，两端圆柱末端有螺纹，上端圆柱能穿过横梁及力传感器由螺母固连，下端圆柱能穿过上定位盘由螺母固连，中间圆柱上表面与横梁下表面贴合，中间圆柱下表面与上定位盘上表面贴合；所述定位盘连接杆为两端有螺纹的圆柱结构；所述下定位盘为中间有通孔，依通孔中心周围分布内外两组孔，外侧一组孔包括三个距通孔中心等距的通孔，内侧一组孔包括四个距通孔中心等距的螺纹孔，上定位盘与下定位盘通过定位盘连接杆、螺母固连；所述的超声加载装置包括换能器，上扭转位移放大器，扭转振动试样，下扭转位移放大器，换能器上端中心有数据线接口，下端中心有螺纹孔，上扭转位移放大器和下扭转位移放大器的上下两端中心分别开有螺孔，扭转振动式样上下面中心为螺栓结构，扭转换能器位于上扭转位移放大器上端，且与上扭转位移放大器通过螺栓连接，扭转振动试样连接在上扭转位移放大器下端，下扭转位移放大器连接在试样下端；所述扭转位移放大器夹持装置包括上扭转位移放大器夹具和下扭转位移放大器夹具；所述上扭转位移放大器夹具由对称的左右两件厚壁半圆槽状结构组成，半圆槽内壁圆心点高于半圆槽侧壁，半圆槽内壁有环状凸脊，环状凸脊表面半径与上扭转位移放大器上端外径相同，半圆槽上表面距中心距离与下定位盘上数量为四个的一组螺纹孔距下定位盘上表面中心距离相同的位置处沿轴向方向对称分布两个螺纹孔，半圆槽的两侧壁关于凸脊上下对称处分布两个螺纹孔，左右两个半圆槽凸脊内壁与扭转位移表面贴合，侧面相对通过螺栓与螺母连接并锁紧，上扭转位移放大器夹持装置通过轴向四个螺纹孔，螺栓及螺母与下定位盘固连；所述下扭转位移放大器夹具是在上扭转位移放大器结构形状的基础上，在其凸脊所在位置的外壁开有圆槽；所述扭转静力加载装置包括牵引线、配重、双向推力轴承结构、下定位连接件、摆臂、摆臂连接件、滑轮；所述双向推力轴承结构能够在压力和拉力作用下自由转动，上下面中心周围距离与下扭转位移放大器夹具上表面螺纹孔中心距其上表面中心距离相同处对称分布四个螺纹孔，螺纹孔为沉孔；所述下定位连接件为三段式变截面圆柱体，上段圆柱为半径大于中间段圆柱的板，上段圆柱上表面距中心周围距离与推力轴承下表面螺纹孔距推力轴承下表面中心距离相同处分布四个螺纹孔，上段圆柱上表面距边缘较近处沿同一半径上有内外两个侧螺纹孔，内侧螺纹孔处有上下对称的圆形沉槽，外侧螺纹孔四周开有长方形凹槽，上下表面的长方形凹槽宽与圆形凹槽直径相同，连接圆形凹槽与上段圆柱边缘，中间段圆柱半径较小但需满足试验结构强度，下端圆柱半径大于中间段圆柱半径但小于上段圆柱半径，下端圆柱在下表面周围距离大于中间段圆柱半径的位置处对称分布六个螺孔，下定位连接件与拉压载荷加载装置的基座通过下段圆柱的六个螺纹孔及杯头螺栓固连；所述摆臂连接件为长方体侧面开凹槽，凹槽两侧上部均有凸耳，上部凸耳半径与下定位连接件上下表面半圆形沉槽半径相同，上部凸耳中心开有螺纹孔，凹槽底部有凸耳，底部凸耳中心开有螺纹孔，底部凸耳侧面中心开有凹槽，摆臂连接件与下定位连接件通过凹槽上部凸耳螺孔、下定位连接件上下表面沉槽内螺孔、螺栓及螺帽咬合连接；所述摆臂为双段式长方体结构，两段长方体宽相同，下段长方体的长和高小于上段长方体，下段长方体下端面有凸耳，凸耳中心有通孔，上段长方体侧面上部有一圆柱体用于安装滑轮，圆柱体与下端面凸耳中心通孔平行，摆臂与摆臂连接件通过摆臂下端面凸耳中心通孔、摆臂连接件底部凸耳螺孔、摆臂连接件底部凸耳凹槽、螺栓及螺母连接用于调节滑轮高度。下定位连接件为三段式变截面圆柱体，这个结构用于固定轴承及之上的加载结构，之所以设计成这种结构是因为该结构上端用于与双向推力轴承连接，下端用于连接基座，中间等截面段之所以最细，是方便拧螺钉。摆臂连接件为长方体侧面开凹槽等结构，这个结构用于固定摆臂，并使摆臂起到作用。摆臂的作用是调节引线的水平高度，使之与外壁圆槽中心处于同一水平面，从而实现水平加载。之所以设计成摆臂结构是因为扭转位移放大器的尺寸是可以改变的，当改变扭转位移放大器的尺寸的时候，扭转位移放大器工作时扭转角度为0的横截面位置也会随之进行变化，此时夹持的位置就需要做相应的调整，继而引起引线的水平位置的变化，此时摆臂结构调整起来比较方便。所述的上扭转位移放大器夹具为对称的半圆槽结构，半圆槽内壁圆柱中心高于侧面位置，内壁凸脊的内径与上扭转位移放大器上端外径相同。夹具对称两半组成的不是一个完整的圆环，中间有空隙。为了夹具在对位移放大器进行夹持时，能本文档来自技高网...
【技术保护点】
多轴载荷超声扭转疲劳试验装置，其特征在于：包括拉压载荷加载装置、固定框架装置、超声加载装置、扭转位移放大器夹持装置、扭转载荷加载装置；所述的拉压载荷加载装置包括基座(1)、支撑框架(2)、横梁(3)、两个立式的丝杠(4)、力传感器(6)；所述两个立式的丝杠(4)安装在基座(1)上，横梁(3)两端分别固定在两个丝杠(4)上，力传感器(6)安装在横梁(3)上，丝杠(4)在控制系统控制下转动从而调节横梁(3)位置；所述固定框架装置包括力传感器连接件(5)、上定位盘(7)、下定位盘(11)、定位盘连接杆(8)；所述上定位盘(7)和下定位盘(11)之间通过定位盘连接杆(8)连接，上定位盘(7)通过力传感器连接件(5)安装在横梁(3)下方；所述的超声加载装置包括换能器(9)、上扭转位移放大器(12)、扭转振动试样(13)、下扭转位移放大器(14)；超声加载装置与下定位盘(11)之间是通过上扭转位移放大器夹具(10)进行连接，上扭转位移放大器夹具(10)先对上扭转位移放大器(12)进行夹持并锁紧，然后再通过螺栓连接与下定位盘(11)连接，上扭转位移放大器(12)、扭转振动试样(13)、下扭转位移放大器(14)依次通过螺纹连接；换能器(9)的下端通过紧定螺钉(23)与上扭转位移放大器(12)连接；扭转位移放大器夹持装置包括上扭转位移放大器夹具(10)和下扭转位移放大器夹具(15)；所述上扭转位移放大器夹具(10)由对称的半圆槽组成，半圆槽内壁有环状凸脊，环状凸脊表面半径与上扭转位移放大器(12)上端外径相同，半圆槽上表面与下定位盘通过螺母连接，两个半圆槽凸脊内壁与扭转位移放大器12表面贴合，两个半圆槽通过螺钉连接；所述下扭转位移放大器夹具(15)是在上扭转位移放大器夹具(10)结构形状的基础上，在其凸脊所在位置的外壁开有走线槽；所述扭转载荷加载装置包括引线(19)、配重(21)、双向推力轴承结构(16)、下定位连接件(17)、摆臂(20)、摆臂连接件(18)、滑轮(22)；所述双向推力轴承结构(16)在压力和拉力作用下自由转动，双向推力轴承结构(16)连接在下扭转位移放大器夹具(15)下方；所述下定位连接件(17)为三段式变截面圆柱体，上段圆柱为半径大于中间段圆柱的板，上段圆柱上表面与双向推力轴承结构(16)下表面连接，中间段圆柱半径较小但需满足试验结构强度，下端圆柱半径大于中间段圆柱半径，下端圆柱在下表面与基座(1)固定连接；所述摆臂(20)一端通过摆臂连接件(18)安装下定位连接件(17)的上段圆柱的顶部边缘上；所述摆臂(20)另一端安装滑轮(22)，摆臂(20)用于调节滑轮(22)的高度；引线一端缠绕在下扭转位移放大器夹具(15)外壁的走线槽内，另一端连接配重(21)。...
【技术特征摘要】
1.多轴载荷超声扭转疲劳试验装置，其特征在于：包括拉压载荷加载装置、固定框架装置、超声加载装置、扭转位移放大器夹持装置、扭转载荷加载装置；所述的拉压载荷加载装置包括基座(1)、支撑框架(2)、横梁(3)、两个立式的丝杠(4)、力传感器(6)；所述两个立式的丝杠(4)安装在基座(1)上，横梁(3)两端分别固定在两个丝杠(4)上，力传感器(6)安装在横梁(3)上，丝杠(4)在控制系统控制下转动从而调节横梁(3)位置；所述固定框架装置包括力传感器连接件(5)、上定位盘(7)、下定位盘(11)、定位盘连接杆(8)；所述上定位盘(7)和下定位盘(11)之间通过定位盘连接杆(8)连接，上定位盘(7)通过力传感器连接件(5)安装在横梁(3)下方；所述的超声加载装置包括换能器(9)、上扭转位移放大器(12)、扭转振动试样(13)、下扭转位移放大器(14)；超声加载装置与下定位盘(11)之间是通过上扭转位移放大器夹具(10)进行连接，上扭转位移放大器夹具(10)先对上扭转位移放大器(12)进行夹持并锁紧，然后再通过螺栓连接与下定位盘(11)连接，上扭转位移放大器(12)、扭转振动试样(13)、下扭转位移放大器(14)依次通过螺纹连接；换能器(9)的下端通过紧定螺钉(23)与上扭转位移放大器(12)连接；扭转位移放大器夹持装置包括上扭转位移放大器夹具(10)和下扭转位移放大器夹具(15)；所述上扭转位移放大器夹具(10)由对称的半圆槽组成，半圆槽内壁有环状凸脊，环状凸脊表面半径与上扭转位移放大器(12)上端外径相同，半圆槽上表面与下定位盘通过螺母连接，两个半圆槽凸脊内壁与扭转位移放大器12表面贴合，两个半圆槽通过螺钉连接；所述下扭转位移放大器夹具(15)是在上扭转位移放大器夹具(10)结构形状的基础上，在其凸脊所在位置的外壁开有走线槽；所述扭转载荷加载装置包括引线(19)、配重(21)、双向推力轴承结构(16)、下定位连接件(17)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王清远，刘汉青，黄志勇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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