本發(fā)明涉及諧振式三點(diǎn)彎高溫疲勞試驗(yàn)機(jī)，屬于材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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材料的疲勞試驗(yàn)對(duì)材料的性能研究及結(jié)構(gòu)的完整性預(yù)測(cè)有著重要的作用。材料疲勞試驗(yàn)設(shè)備有電磁諧振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)和電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)。相比電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)，電磁諧振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)主要是工作效率高，體現(xiàn)在工作頻率高、試驗(yàn)時(shí)間短、能量消耗低、試驗(yàn)費(fèi)用低、試驗(yàn)波形好、磨損小、節(jié)能環(huán)保。諧振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)國(guó)外主要以瑞士Amdler及英國(guó)Instron公司產(chǎn)品為代表，國(guó)內(nèi)研制廠家是長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所和紅山試驗(yàn)機(jī)廠兩家。但無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，都沒(méi)有專門針對(duì)高溫環(huán)境的疲勞試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品。當(dāng)需要高溫環(huán)境疲勞試驗(yàn)時(shí)，一般用高溫爐作為熱環(huán)境模擬裝置，試驗(yàn)對(duì)象放置在高溫爐中，同時(shí)需要設(shè)計(jì)耐熱夾具，耐熱夾具一端夾持試驗(yàn)件，另一端連于試驗(yàn)機(jī)的加載端。因此，耐熱夾具的設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵，一方面要承受高溫環(huán)境，另一方面要傳遞載荷和位移，需具備耐熱、隔熱、傳力能力，體積不能過(guò)大，同時(shí)還需具備足夠的剛度。因?yàn)閵A具及連接設(shè)計(jì)難度大，因此目前的疲勞試驗(yàn)機(jī)加高溫夾具的模式僅限于工作頻率較低的電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)上，導(dǎo)致試驗(yàn)效率較低。因此，通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)與高溫夾具的一體化設(shè)計(jì)，利用諧振式疲勞試驗(yàn)機(jī)原理，解決耐熱、隔熱、傳力及剛度要求，設(shè)計(jì)能夠滿足高溫環(huán)境的諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，既滿足高溫環(huán)境又滿足高效率實(shí)驗(yàn)要求，成為疲勞試驗(yàn)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供諧振式三點(diǎn)彎高溫疲勞試驗(yàn)機(jī)，通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)與高溫夾具的一體化設(shè)計(jì)，得到能夠滿足高溫環(huán)境的諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，既滿足高溫環(huán)境又滿足高效率實(shí)驗(yàn)要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：諧振式三點(diǎn)彎高溫疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括加熱爐、上夾具、下夾具、加熱爐支架、靜載調(diào)節(jié)裝置、主動(dòng)桿、動(dòng)力傳感器、靜力傳感器、激振桿、激振器、主機(jī)架、可調(diào)剛度彈簧、下運(yùn)動(dòng)定位簧片、上運(yùn)動(dòng)定位簧片、加速度傳感器和底座；

上夾具和下夾具配合用于夾持試驗(yàn)件，上夾具一端固定在靜載調(diào)節(jié)裝置上，通過(guò)調(diào)節(jié)靜載調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)上夾具上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件靜力加載；

主機(jī)架為帶有上蓋的空心圓柱體，所述靜載調(diào)節(jié)裝置放置在主機(jī)架上蓋上，下夾具底端與主動(dòng)桿連接，上運(yùn)動(dòng)定位簧片和下運(yùn)動(dòng)定位簧片均為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上運(yùn)動(dòng)定位簧片套在主動(dòng)桿上部，下運(yùn)動(dòng)定位簧片套在主動(dòng)桿下部，上運(yùn)動(dòng)定位簧片和下運(yùn)動(dòng)定位簧片的外圓周壁均固定連接在主機(jī)架內(nèi)壁上；主動(dòng)桿底端連接有加速度傳感器和動(dòng)力傳感器，動(dòng)力傳感器和靜力傳感器的接口之間通過(guò)連接件連接，靜力傳感器同時(shí)通過(guò)激振桿與激振器連接，可調(diào)剛度彈簧套在靜力傳感器與激振桿的連接處，且與靜力傳感器和激振桿固定連接，可調(diào)剛度彈簧外圓周固定連接在主機(jī)架內(nèi)壁上；

加熱爐支架位于主機(jī)架外圍，加熱爐支架上放置有加熱爐，裝配到位時(shí)，上夾具和下夾具用于夾持試驗(yàn)件的部位位于加熱爐內(nèi)；

主機(jī)架固定在底座上，加熱爐支架和底座放置在地面上。

下夾具底端與主動(dòng)桿通過(guò)彈性抱箍裝置連接，所述彈性抱箍裝置包括抱箍、緊固螺母、彈簧墊圈和抱箍外套，抱箍為上寬下窄的空心錐狀結(jié)構(gòu)，套在下夾具下部，抱箍外側(cè)設(shè)置有抱箍外套，主動(dòng)桿上端外壁加工有螺紋，緊固螺母套在主動(dòng)桿上端外壁螺紋處，彈簧墊圈套在主動(dòng)桿外圍，位于緊固螺母和抱箍外套之間，且與主動(dòng)桿緊固連接。

所述主機(jī)架側(cè)壁上開有多個(gè)通孔。

所述主機(jī)架上蓋下方設(shè)計(jì)有導(dǎo)向軌，靜載調(diào)節(jié)裝置的支腳穿過(guò)主機(jī)架上蓋，且位于導(dǎo)向軌內(nèi)。

還包括鎖緊裝置，所述鎖緊裝置位于靜載調(diào)節(jié)裝置上，當(dāng)試驗(yàn)件靜力加載到位時(shí)，該鎖緊裝置能夠?qū)㈧o載調(diào)節(jié)裝置鎖在主機(jī)架上蓋上。

還包括減震支腿，所述底座通過(guò)減震支腿放置在地面上，減震支腿底面材料為橡膠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明夾具與試驗(yàn)機(jī)一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)合理的整體布局，使上夾具、下夾具及加熱爐位于試驗(yàn)機(jī)的最上部，從而保證其他部位受熱程度最小，是實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境諧振式疲勞試驗(yàn)的關(guān)鍵。

(2)目前的諧振式疲勞試驗(yàn)機(jī)不具備剛度調(diào)節(jié)裝置，本發(fā)明通過(guò)可調(diào)剛度彈簧實(shí)現(xiàn)剛度調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的諧振頻率。

(3)下夾具與主動(dòng)桿采用彈性抱箍裝置連接，既保證了熱匹配又要有足夠的剛度，同時(shí)緊固螺母與抱箍外套之間采用彈簧墊圈使鎖緊為可壓縮狀態(tài)，使連接點(diǎn)不易膨脹損壞。

(4)本發(fā)明試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)布局緊湊合理，使自身共振頻率較高(達(dá)200Hz)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的工作頻率，大大提高了試驗(yàn)效率，且操作簡(jiǎn)便，試驗(yàn)成本低。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為下夾具與主動(dòng)桿連接示意圖。

具體實(shí)施方式：

如圖1所示，本發(fā)明提出一種諧振式三點(diǎn)彎高溫疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括加熱爐1、上夾具2、下夾具3、加熱爐支架4、靜載調(diào)節(jié)裝置、主動(dòng)桿7、動(dòng)力傳感器8、靜力傳感器9、激振桿10、激振器11、主機(jī)架12、可調(diào)剛度彈簧13、下運(yùn)動(dòng)定位簧片14、上運(yùn)動(dòng)定位簧片15、加速度傳感器18和底座19。

上夾具2和下夾具3配合用于夾持試驗(yàn)件5，上夾具2一端固定在靜載調(diào)節(jié)裝置上，通過(guò)調(diào)節(jié)靜載調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)上夾具2上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件靜力加載。

主機(jī)架12為帶有上蓋的空心圓柱體，靜載調(diào)節(jié)裝置放置在主機(jī)架12上蓋上，下夾具3底端與主動(dòng)桿7連接，上運(yùn)動(dòng)定位簧片15和下運(yùn)動(dòng)定位簧片14均為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，上運(yùn)動(dòng)定位簧片15套在主動(dòng)桿7上部，下運(yùn)動(dòng)定位簧片14套在主動(dòng)桿7下部，上運(yùn)動(dòng)定位簧片15和下運(yùn)動(dòng)定位簧片14的外圓周壁均固定連接在主機(jī)架12內(nèi)壁上；主動(dòng)桿7底端連接有加速度傳感器18和動(dòng)力傳感器8，動(dòng)力傳感器8和靜力傳感器9的接口之間通過(guò)連接件連接，靜力傳感器9同時(shí)通過(guò)激振桿10與激振器11連接，可調(diào)剛度彈簧13套在靜力傳感器9與激振桿10的連接處，且與靜力傳感器9和激振桿10固定連接，可調(diào)剛度彈簧13外圓周固定連接在主機(jī)架12內(nèi)壁上。

加熱爐支架4位于主機(jī)架12外圍，加熱爐支架4上放置有加熱爐1，裝配到位時(shí)，上夾具2和下夾具3用于夾持試驗(yàn)件的部位位于加熱爐1內(nèi)。

主機(jī)架12上設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，用于增加主機(jī)架剛度，主機(jī)架12固定在底座19上，加熱爐支架4和底座19放置在地面上。

本發(fā)明中，下夾具3、主動(dòng)桿7、動(dòng)力傳感器8、靜力傳感器9、激振桿10、激振器11相互連接構(gòu)成動(dòng)力加載運(yùn)動(dòng)組件，為保持動(dòng)力加載運(yùn)動(dòng)組件軸向單自由度運(yùn)動(dòng)，利用下運(yùn)動(dòng)定位簧片14、上運(yùn)動(dòng)定位簧片15將動(dòng)力加載運(yùn)動(dòng)組件橫向約束于主機(jī)架12上，只容許其上下運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)力加載運(yùn)動(dòng)組件與主機(jī)架12之間加裝可調(diào)剛度彈簧13，以便實(shí)現(xiàn)較高的諧振頻率。在動(dòng)力加載運(yùn)動(dòng)組件上安裝有動(dòng)力傳感器8、靜力傳感器9、加速度傳感器18。上夾具2固定在靜載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，靜載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與主機(jī)架12可實(shí)現(xiàn)相對(duì)上下運(yùn)動(dòng)。

下夾具3處于高溫環(huán)境中，工作環(huán)境達(dá)1000℃，而下夾具3與主動(dòng)桿7相連，因?yàn)橹C振頻率的要求，連接需要足夠的剛度，但為了降低主動(dòng)桿7的設(shè)計(jì)成本，主動(dòng)桿7采用鋼材料，只能耐受600℃，因此下夾具3與主動(dòng)桿7連接點(diǎn)選在下夾具3的最下端，使得連接點(diǎn)溫度最小。為實(shí)現(xiàn)上下夾具耐高溫，選擇陶瓷材料，因陶瓷材料較脆，受熱膨脹變形，連接點(diǎn)對(duì)其約束容易使其損壞，即連接點(diǎn)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，既要保證熱匹配又要有足夠的剛度。因此連接點(diǎn)采用彈性抱箍裝置連接，如圖2所示，彈性抱箍裝置包括抱箍20、緊固螺母22、彈簧墊圈23和抱箍外套24，抱箍20為上寬下窄的空心錐狀結(jié)構(gòu)，套在下夾具3下部，抱箍20外側(cè)設(shè)置有抱箍外套24，主動(dòng)桿7上端外壁加工有螺紋，緊固螺母22套在主動(dòng)桿7上端外壁螺紋處，彈簧墊圈23套在主動(dòng)桿7外圍，位于緊固螺母22和抱箍外套24之間，且與主動(dòng)桿7緊固連接。連接時(shí)，通過(guò)鎖緊緊固螺母22推動(dòng)抱箍外套24上移并鎖緊抱箍20，使其與下夾具3緊密相連，保證足夠的連接剛度。同時(shí)緊固螺母22與抱箍外套24之間采用彈簧墊圈23使鎖緊為可壓縮狀態(tài)，使連接點(diǎn)不易膨脹損壞。

為了保證本發(fā)明試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)件加載的靜力沒(méi)有波動(dòng)，本發(fā)明還設(shè)計(jì)有鎖緊裝置，該鎖緊裝置位于靜載調(diào)節(jié)裝置上，當(dāng)試驗(yàn)件靜力加載到位時(shí)，該鎖緊裝置能夠?qū)㈧o載調(diào)節(jié)裝置鎖在主機(jī)架12上蓋上。

為了保證靜載調(diào)節(jié)裝置在靜力加載時(shí)嚴(yán)格上下運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生左右偏移，本發(fā)明在主機(jī)架12上蓋下方設(shè)計(jì)有導(dǎo)向軌，靜載調(diào)節(jié)裝置的支腳穿過(guò)主機(jī)架12上蓋，且位于導(dǎo)向軌內(nèi)。

本發(fā)明靜載調(diào)節(jié)裝置的一種實(shí)現(xiàn)形式為由靜載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、靜載調(diào)節(jié)搖柄組成，靜載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)放置在主機(jī)架12上蓋上，靜載調(diào)節(jié)搖柄與靜載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，通過(guò)搖動(dòng)靜載調(diào)節(jié)搖柄控制靜載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件的靜力加載。

為了降低試驗(yàn)機(jī)重量，同時(shí)也為了方便操作，在主機(jī)架12側(cè)壁上開有多個(gè)通孔。

主機(jī)架底部連接有減振支腿16，底座19通過(guò)減震支腿16放置在地面上，減震支腿16底面材料為橡膠。從而減輕試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)。

本發(fā)明試驗(yàn)件5、下夾具3、主動(dòng)桿7、動(dòng)力傳感器8、靜力傳感器9、激振桿10、激振器運(yùn)動(dòng)部件、可調(diào)剛度彈簧13、下運(yùn)動(dòng)定位簧片14、上運(yùn)動(dòng)定位簧片15構(gòu)成單自由度質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，質(zhì)量部分由所有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量構(gòu)成，剛度部分由可調(diào)節(jié)彈簧及試驗(yàn)件提供。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，激振器提供激振源，在上述單自由質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)諧振頻率附近施加正弦激振，以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件動(dòng)力加載。上夾具通過(guò)靜載調(diào)節(jié)裝置能夠上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)件靜力加載。加速度傳感器、靜力傳感器及動(dòng)力傳感器用于測(cè)量試驗(yàn)件的變形和受力。

本發(fā)明高溫環(huán)境下諧振式疲勞試驗(yàn)機(jī)，采用疲勞試驗(yàn)機(jī)與高溫夾具的一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)上下夾具材料的選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)1000℃高溫環(huán)境的材料級(jí)疲勞試驗(yàn)，同時(shí)在動(dòng)力加載運(yùn)動(dòng)組件與主機(jī)架之間加裝可調(diào)剛度彈簧，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的諧振頻率(高達(dá)200Hz)，在滿足高溫環(huán)境試驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上大大提高了試驗(yàn)效率，且成本低，彌補(bǔ)了高溫材料諧振式疲勞試驗(yàn)的空白。

本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。