用于真空超声振动疲劳实验的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及疲劳试验设备技术领域，用于真空环境条件下材料的疲劳性能测试，特别是涉及一种用于真空超声振动疲劳实验的系统。
【背景技术】
[0002]与真空环境条件相关的重要机械设备，如汽轮机低压吸气管道，各种民用客机、军用飞机在高空巡航阶段，宇宙飞船和卫星等，其的工作环境与标准大气压力相比，空气压力下降很多，都为工作在不同真空度环境中。在以上设备服役过程中，这些部件会受到超高周周次(如>107周次，根据设计使用年限而定)循环交变载荷作用，以上设备多为重大装备，为保证其在使用周期内的安全性和可靠性，就需要分析研究金属材料在不同真空度环境条件下的超尚周疲劳彳丁为。
[0003]现有的超声振动疲劳实验系统可以实现普通大气环境、高温环境、腐蚀环境的疲劳加载。现有的超声振动疲劳试验系统不能进行真空环境条件下的疲劳加载模拟，针对以上工作于不同真空度环境中的设备零部件，疲劳测试条件区别于对应零部件的实际工作环境，这就使得现有超声振动疲劳试验系统不能准确、客观的模拟以上零部件的抗周期振动疲劳性能。
【实用新型内容】
[0004]针对上述现有的超声振动疲劳试验系统不能进行真空环境条件下的疲劳加载模拟，针对以上工作于不同真空度环境中的设备零部件，疲劳测试条件区别于对应零部件的实际工作环境，这就使得现有超声振动疲劳试验系统不能准确、客观的模拟以上零部件的抗周期振动疲劳性能的问题，本实用新型提供了一种用于真空超声振动疲劳实验的系统。
[0005]针对上述问题，本实用新型提供的用于真空超声振动疲劳实验的系统通过以下技术要点来达到目的：用于真空超声振动疲劳实验的系统，包括压电换能器及超声信号发生器，所述压电换能器的电能输入端连接于超声信号发生器的交流电信号输出端上，还包括真空箱，连接于所述压电换能器机械振动输出端上的试件位于所述真空箱中，所述真空箱上还通过真空管连接有负压产生设备。
[0006]具体的，以上设置的真空箱，用于为试件提供低压真空周期振动疲劳实验环境，设置的超声信号发生器用于把市电或其他电力来源转换成高频交流电信号，压电换能器用于将所述高频交流电信号转换成机械振动信号，这样，以上机械振动信号作用于试件，可使得试件在某一低压真空环境中完成周期振动疲劳实验。这样，本装置相较于现有振动疲劳实验设备，可模拟被测试试件的实际真空环境，便于得到能直接反映试件在低压真空环境下，准确的周期振动疲劳性能试验数值或测量数值。
[0007]更进一步的技术方案为：
[0008]由于现有压电换能器中无论采用单晶或陶瓷材料，得到的机械变形位移均很小，如仅有几微米，为放大以上位移，以得到更为准确的测量值，所述压电换能器的机械振动输出端上还连接有位移放大器，所述位移放大器的试件固定端位于所述真空箱内。所述位移放大器是基于谐振时不同部位位移不同，实现振动位移的放大。比较常用的形状有：指数形、圆锥形、阶梯形位移放大器。
[0009]为便于更换不同的试件进行实验，所述真空箱包括上箱体及下箱体，所述上箱体与下箱体呈可拆卸连接关系，且上箱体与下箱体的连接面上还设置有密封圈。以上可拆卸连接关系可采用螺栓连接等形式加以实现。
[0010]为便于根据实验需要迅速在真空箱内形成低真空度环境和高真空度环境，所述负压产生设备包括第一真空栗及第二真空栗，所述第一真空栗及第二真空栗均通过真空管与真空箱的内腔相连，且真空管上还设置有第一电磁阀及第二电磁阀，所述第一电磁阀及第二电磁阀可分别用于实现第二真空栗和第一真空栗分别与真空箱内腔单独连通，所述第二真空栗和第一真空栗两者的真空栗极限压强不等。以上低真空度环境和高真空度环境为相对的，所述真空栗极限压强指该真空栗能抽取的最高真空度，本方案中设置为负压产生设备包括第一真空栗及第二真空栗，便于实现:若实验所需要的真空度较低，通过开启第一真空栗及第二真空栗中真空栗极限压强较低的真空栗，迅速得到所需真空度;在实验所需要的真空度较高时，通过开启第一真空栗及第二真空栗中真空栗极限压强较低的真空栗，得到该栗能够达到的最高真空度后，开启另一台真空栗，得到真空度更高的所需真空度。优选设置为以上第一真空栗及第二真空栗分别为旋片式真空栗和水环式真空栗，以在真空箱内真空度不高时，通过水环式真空栗迅速升高真空度，在需要进一步提高真空度时，开启旋片式真空栗。
[0011]为便于实现本系统周期振动加载及控制、真空度大小的自动控制，还包括控制器，所述超声信号发生器的控制端和/或输出端与控制器电连接、所述负压产生设备的控制端和/或反馈端与控制器电连接。
[0012]为便于直观的获取真空箱内真空度的大小和实验下试件的温度值，实现试件温度、真空箱内真空度与周期振动疲劳加载的联动，还包括与控制器电连接的测温仪及真空测试仪，所述真空测试仪的测量端位于真空箱的内腔内，所述测温仪用于测量试件的温度。
[0013]作为一种便于设置于真空箱外部的测温仪实现方式，所述测温仪为红外测温装置。
[0014]为便于实现对真空箱内试件进行观察、通过设置于真空箱外部的测温仪测量试件温度等目的，所述真空箱上还设置有玻璃透明视窗。进一步的，为利于本系统的寿命或减小故障率，所述玻璃透明视窗采用高强度、低膨胀系数的玻璃。
[0015]作为一种便于提高本系统实验效率的具体实现方案，所述超声信号发生器为可输出频率不低于20kHz的超声正弦波信号的超声信号发生装置。通过本方案，如加载频率为20kHz，能够方便地进行快速超高周疲劳实验，可在一天之内实现I X IO9周次的循环加载，而采用传统的50 Hz的高频疲劳实验机，大约需要230天的时间，大大的缩短了实验周期，使得在科研过程中开展IO9以上的超高周疲劳研究具有更强的可行性。故本方案可实现:在短时间内达到超高周次疲劳加载，相对于传统疲劳试验机，可以节省大量时间，大幅减少设备的能源消耗。
[0016]还包括用于检测试件震动位移的位移传感器，以上位移传感器主要用于在实验开始之前，标定实验系统的振幅，以保证系统稳定可靠的运行。
[0017]本实用新型具有以下有益效果：
[0018]本实用新型中，以上设置的真空箱，用于为试件提供低压真空周期振动疲劳实验环境，设置的超声信号发生器用于把市电或其他电力来源转换成高频交流电信号，压电换能器用于将所述高频交流电信号转换成机械振动信号，这样，以上机械振动信号作用于试件，可使得试件在某一低压真空环境中完成周期振动疲劳实验。这样，本装置相较于现有振动疲劳实验设备，可模拟被测试试件的实际真空环境，便于得到能直接反映试件在低压真空环境下，准确的周期振动疲劳性能试验数值或测量数值。
[0019]同时，采用压电换能器及超声信号发生器作为机械振动产生元件，便于得到对工件进行快速甚至高频疲劳加载，在短时间内达到超高周周次疲劳加载，相对于传统疲劳试验机，可以节省大量时间，大幅减少设备的能源消耗，如采用输出频率为20kHz的超声正弦波信号的超声信号发生器及与该超声正弦波信号匹配的压电换能器。
【附图说明】
[0020]图I是本实用新型所述的用于真空超声振动疲劳实验的系统一个具体实施例的结构示意图。
[0021]图中的标号分别代表:1、上箱体，2、下箱体，3、第二真空栗，4、第一真空栗，5、真空管，6、第一电磁阀，7、第二电磁阀，8、真空测试仪，9、控制器，10、超声信号发生器，11、压电换能器，12、位移放大器，13、试件，14、测温仪，15、玻璃透明视窗。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。
[0023]实施例I:
[0024]如图I所示，用于真空超声振动疲劳实验的系统，包括压电换能器11及超声信号发生器10，所述压电换能器11的电能输入端连接于超声信号发生器10的交流电信号输出端上，还包括真空箱，连接于所述压电换能器11机械振动输出端上的试件13位于所述真空箱中，所述真空箱上还通过真空管5连接有负压产生设备。
[0025]具体的，以上设置的真空箱，用于为试件13提供低压真空周期振动疲劳实验环境，设置的超声信号发生器10用于把市电或其他电力来源转换成高频交流电信号，压电换能器11用于将所述高频交流电信号转换成机械振动信号，这样，以上机械振动信号作用于试件13，可使得试件13在某一低压真空环境中完成周期振动疲劳实验。这样，本装置相较于现有振动疲劳实验设备，可模拟被测试试件13的