专利名称：机械式拉压多功能疲劳加载装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种机械式拉压多功能疲劳加载装置及其方法，属于结构实验力学领域。
背景技术：
航空、航海、交通、道桥、建筑、港口工程结构中，各种材料的梁和弹性元件为典型受力构件，它们都长期处于各种环境下的重复受力状态下，因而这一类构件在各种环境下疲劳强度是结构力学中的重要研究课题。特别是在现代工程结构设计中，必须研究构件在复杂环境和载荷下的强度问题，迫切需要在实验室中实现这种载荷和环境状态，来考核构件的疲劳强度，为下一步的理论建立做准备。长期以来，对于这一类构件实现低成本的疲劳试验是十分困难的。目前可以采用液压伺服疲劳试验机来实现，但由于这些设备价格昂贵，对使用环境都有严格的要求，且高能耗、长时间使用需要很高的试验成本。现行的一些机械疲劳试验加载装置，由于单纯的采用位移控制加载，故在弹性范围内，构件变形较小，载荷的精度完全由位移精度来实现，再加上疲劳试验过程中设备的磨损，因此无法保证试验载荷的精度要求，造成试验效果不佳，尤其对于小尺寸试件。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种机械式拉压多功能疲劳加载装置，其采用机械运动与弹性元件的组合，通过双偏心轮机构、弹性拉压连杆机构和拉片，实现对梁、板、 弹簧等结构元件的重复疲劳加载，基本满足相关实验研究的需求。本发明能够极大地降低由于结构元件磨损、机械间隙引起的载荷误差，实现对结构原件较高精度的重复疲劳加载。为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案
一种机械式拉压多功能疲劳加载装置，包括动力源主轴以及试件加载连接件，所述动力源主轴通过双偏心轮机构与拉片的一端连接，而拉片的另一端通过弹性拉压连杆机构与试件的连接装置连接；所述弹性拉压连杆机构包括压力连杆、弹性元件、反力外壳、加载双插耳；压力连杆的一端与拉片定位连接，而压力连杆的另一端依次穿过导向座、反力外壳后与移动板通过调节螺母锁紧；所述反力外壳与移动板活动设置，且反力外壳与加载双插耳固定，弹性元件设于移动板与反力外壳之间。所述双偏心轮机构包括主偏心轮和副偏心轮；所述动力源主轴与主偏心轮同轴连接，主偏心轮的偏心轴孔定位安装副偏心轮，且副偏心轮与主偏心轮通过锁紧件锁紧，同时通过传动销钉将副偏心轮的偏心轴与拉片连接。所述反力外壳呈敞口设置，该反力外壳的敞口端与加载双插耳固紧，而反力外壳的敞口相对端则与弹性元件相触。所述导向座包括承力支架，该承力支架开设导向槽，且导向槽内安装有直线轴承， 压力连杆的杆体与直线轴承内圈相配合。
所述弹性元件为弹簧，且弹簧套接于压力连杆的外围。所述锁紧件为锁紧螺栓；副偏心轮的轴孔通过压紧螺栓与主偏心轮的偏心轴孔定位连接，且主偏心轮通过锁紧螺栓锁紧副偏心轮的轮盘。本发明的另一技术目的是提供一种采用上述机械式拉压多功能疲劳加载装置进行试件疲劳强度试验的加载方法，包括以下步骤(I)旋转副偏心轮，按需求调节该副偏心轮的偏心轴孔位置后，将副偏心轮与主偏心轮锁紧；(2)启动动力源，依次通过主偏心轮、 副偏心轮、拉片、压力连杆调节弹性元件的伸缩量；(3)旋转调节螺母，进一步微调弹性元件的伸缩量，满足试件加载需求。根据以上的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果
本发明所述的装置通过采用机械运动与弹性元件的组合，通过双偏心轮、锁定螺栓、 拉杆、弹性元件、载荷调整螺母，实现对梁、板、弹簧等结构元件进行较高精度的重复疲劳加载；另外，本发明具有力控与位控两种试验方式；该加载装置结构简单、性能可靠、设备造价低，为低能耗产品，节能环保、试验成本低廉；适用于试验频率低、试验周期长的特殊环境下的疲劳试验。
图I是本发明所述机械式拉压多功能疲劳加载装置的结构示意图2是图I的侧视其中加载双插耳I ;反力外壳2 ;弹性元件3 ;压力连杆4 ;轴线轴承5 ;拉片6 ;主偏心轮7 ;传动键8 ;压紧螺栓9 ;副偏心轮10 ;锁紧螺栓11 ;第一传动销钉12 ;第二传动销钉13 ； 承力支架14 ;调节螺母15 ;加载孔16 ;动力源主轴17。
具体实施例方式附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。如图I至2所示，本发明所述机械式拉压多功能疲劳加载装置，包括动力源主轴以及试件加载连接件，所述动力源主轴通过双偏心轮机构与拉片的一端连接，而拉片的另一端通过弹性拉压连杆机构与试件的连接装置连接；所述双偏心轮机构包括主偏心轮和副偏心轮；所述动力源主轴与主偏心轮同轴连接,且动力源主轴与主偏心轮通过传动键与主偏心轮联动，所述主偏心轮的偏心轴孔定位安装副偏心轮，且副偏心轮与主偏心轮通过锁紧件锁紧，同时通过第一传动销钉将副偏心轮的偏心轴与拉片连接；所述弹性拉压连杆机构包括压力连杆、弹性元件、反力外壳、加载双插耳；压力连杆的一端与拉片通过第二传动销钉定位连接，而压力连杆的另一端依次穿过导向座、反力外壳后与移动板通过调节螺母固紧；所述反力外壳与移动板活动设置，且反力外壳与加载双插耳固定，弹性元件设于移动板与反力外壳之间。所述反力外壳呈敞口设置，该反力外壳的敞口端与加载双插耳固紧，而反力外壳的敞口相对端则与弹性元件相触。所述导向座包括承力支架，该承力支架开设导向槽，且导向槽内安装有直线轴承，压力连杆的杆体与直线轴承内圈相配合。所述弹性元件为弹簧，且弹簧套接于压力连杆的外围。所述锁紧件为锁紧螺栓；副偏心轮的轴孔通过压紧螺栓与主
4偏心轮的偏心轴孔定位连接，且主偏心轮通过锁紧螺栓锁紧副偏心轮的轮盘。由于结构疲劳试验均在材料的弹性范围内进行的，因此结构在载荷的作用下，结构的变形很小，因此对偏心轮形成的位移变形要求具有很高重复精度，同时由于试验件的表面疲劳磨损及试验件本身的刚度降等原因，均会引起试验件在相同的位移作用下而出现较大的载荷误差。在本发明中引入弹性元件的目的就是通过弹性元件的较大变形，形成所需要的载荷进行疲劳试验，降低上述起因引起的载荷误差，很好的解决了直接采用偏心轮、 连杆机构进行往复运动疲劳加载试验中无法解决的载荷精度问题。采用主、副偏心轮的方式，很好的解决了位移由零位移起调节的问题，可实现在位移控制下的小位移疲劳试验。实现本发明的具体使用方法是
调整副偏心轮至需要的角度后，锁紧锁紧螺栓，启动动力源，使主偏心轮旋转带动拉片，拉动压力拉杆上下运动，调节调节螺母，将载荷调节到所需载荷，锁紧调节螺母，关闭动力源，将试件通过加载孔连接到加载双插耳上，开启动力源即可进行疲劳试验。因此，本发明采用上述机械式拉压多功能疲劳加载装置进行试件疲劳强度加载的方法，包括以下步骤(I)旋转副偏心轮，按需求调节该副偏心轮的偏心轴位置后，将副偏心轮与主偏心轮锁紧；(2)启动动力源，使主偏心轮旋转，带动拉片，拉动动力拉杆上下运动，粗略校核弹性元件的伸缩量；(3)旋转调节螺母,进一步微调弹性元件的伸缩量,满足试件加载载荷需求。本发明通过弹性元件力与变形成正比的原理，放大试验位移的行程，大大降低由于结构磨损、机械间隙引起的载荷误差，通过双偏心轮、锁定螺栓、拉杆、弹性元件、压力调整螺母，实现对梁、板、弹簧等结构元件的较高精度的重复疲劳加载的方法。本发明解决了结构力学中要求试验频率低、试验周期长的特殊环境(高低温、盐雾及二氧化硫等腐蚀环境)下低成本疲劳试验的技术难题，为结构和材料的疲劳强度研究提供了一种简便易行的试验方法与装置。解决了低能耗、高可靠性的无人值守疲劳试验装置，用一套试验装置，实现力和位移控制疲劳加载的试验方法。且试验装置原理清晰，结构紧凑，使用方便，制造成本低，可重复使用，非常适合于新型材料、结构的大批量疲劳试验件的试验，具有很高的工程应用价值。
权利要求
1.一种机械式拉压多功能疲劳加载装置，包括动力源主轴以及试件加载连接件，其特征在于，所述动力源主轴通过双偏心轮机构与拉片的一端连接，而拉片的另一端通过弹性拉压连杆机构与试件的连接装置连接；所述弹性拉压连杆机构包括压力连杆、弹性元件、反力外壳、加载双插耳；压力连杆的一端与拉片定位连接，而压力连杆的另一端依次穿过导向座、反力外壳后与移动板通过调节螺母锁紧；所述反力外壳与移动板活动设置，且反力外壳与加载双插耳固定，弹性元件设于移动板与反力外壳之间。
2.根据权利要求I所述机械式拉压多功能疲劳加载装置，其特征在于，所述双偏心轮机构包括主偏心轮和副偏心轮；所述动力源主轴与主偏心轮同轴连接，主偏心轮的偏心轴孔定位安装副偏心轮，且副偏心轮与主偏心轮通过锁紧件锁紧，同时通过传动销钉将副偏心轮的偏心轴与拉片连接。
3.根据权利要求2所述机械式拉压多功能疲劳加载装置，其特征在于，所述反力外壳呈敞口设置，该反力外壳的敞口端与加载双插耳固紧，而反力外壳的敞口相对端则与弹性元件相触。
4.根据权利要求2所述机械式拉压多功能疲劳加载装置，其特征在于，所述导向座包括承力支架，该承力支架开设导向槽，且导向槽内安装有直线轴承，压力连杆的杆体与直线轴承内圈相配合。
5.根据权利要求2所述机械式拉压多功能疲劳加载装置，其特征在于，所述弹性元件为弹簧，且弹簧套接于压力连杆的外围。
6.根据权利要求2所述机械式拉压多功能疲劳加载装置，其特征在于，所述锁紧件为锁紧螺栓；副偏心轮的轴孔通过压紧螺栓与主偏心轮的偏心轴孔定位连接，且主偏心轮通过锁紧螺栓锁紧副偏心轮的轮盘。
7.一种采用权利要求2所述机械式拉压多功能疲劳加载装置进行试件疲劳强度试验的加载方法，其特征在于，包括以下步骤(I)旋转副偏心轮，按需求调节该副偏心轮的偏心轴位置后，将副偏心轮与主偏心轮锁紧；(2)启动动力源，依次通过主偏心轮、副偏心轮、 拉片、压力连杆调节弹性元件的伸缩量；(3)旋转调节螺母，进一步微调弹性元件的伸缩量，满足试件加载需求。
全文摘要
本发明涉及一种机械式拉压多功能疲劳加载装置及其方法，该机械式拉压多功能疲劳加载装置包括动力源主轴、试件加载连接件、双偏心轮机构、拉片、弹性拉压连杆机构，所述弹性拉压连杆机构包括压力连杆、弹性元件、反力外壳、加载双插耳；该方法为包括以下步骤旋转副偏心轮，按需求调节该副偏心轮的偏心轴位置后，将副偏心轮与主偏心轮锁紧；启动动力源，依次通过主偏心轮、副偏心轮、拉片、压力连杆调节弹性元件的伸缩量；旋转调节螺母，进一步微调弹性元件的伸缩量，满足试件加载需求。本发明能够极大地降低由于结构元件磨损、机械间隙引起的载荷误差，实现对结构原件较高精度的重复疲劳加载。
文档编号G01N3/34GK102589994SQ20121003617
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者刘丽娜, 汤剑飞, 汪勇, 汪浩文, 耿飞, 蔡晨宁 申请人:南京航空航天大学