同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机及其组件的制作方法

本实用新型涉及机械设备领域，具体而言，涉及一种同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机及其组件。

背景技术：

疲劳断裂是导致工程结构件失效最主要的原因，本质是在交变载荷下的动态破坏过程。断裂应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度，破坏时无明显塑性变形，呈现脆性突然断裂，难以检测和预防，是一种极其危险的失效形式，因此疲劳断裂特性是评定工程结构性能的一项重要指标。科研工作者对疲劳断裂的研究集中于宏观性能探讨和微观机理揭示两大方向，而疲劳试验机的研制，为疲劳断裂微观机理揭示提供了不可替代的科学化表征手段。

基于光学显微镜和扫描电子显微镜的损伤过程监测方法仅局限于材料表面疲劳裂纹，无法获取疲劳裂纹扩展中的三维真实形貌。高能同步辐射X射线高精度、高穿透性、非破坏性和原位实时的成像特点为材料内部表征提供独特的技术支持。为探究材料内部缺陷与疲劳裂纹萌生、扩展间的耦合行为，准确测量三维裂纹扩展速率，真实描述疲劳裂纹扩展三维空间形态，将同步辐射X射线成像技术与疲劳试验机相结合，并借助于传统的组织检测方法和性能测试手段，进而多角度、多层次的准确探测裂纹损伤演变规律，建立组织-缺陷-性能之间的定量关系，指导材料工程领域的实际应用。

同步辐射X射线实验平台兼容条件的严苛限制，使得传统的微型疲劳试验机无法适应平台需求。而现有技术中的动力装置采取摩擦非固结传动，存在回程力小、波形不稳、试样装卡不便、受预拉力影响大、电机发热严重、噪声大、力的对中度不足、单幅加载等缺点。

同时，科学技术的进步，使得材料的服役条件多样且恶劣，对材料抗疲劳性能的要求日益提高。高精尖结构设备多置于真空或高压环境中运行，环境的改变一定程度上影响着材料的疲劳寿命。但是目前尚未发现国内外公开发表基于高能同步X射线三维成像技术的真空或高压环境可调幅原位疲劳试验机构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机，其采用转动传动，具有传动平稳可控、噪声低、输出波形良好可调等技术优点，同时，引入环境生成装置为试样的疲劳检测提供更多样且恶劣的检测环境，保证检测结果的准确性。

本实用新型的另一目的在于提供一种疲劳试验机组件，其具有载荷调节范围高、体积小、重量轻、波形良好和操作简单的优点。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机，其包括容纳试样的容纳装置、在容纳装置内形成高压环境或抽真空环境的环境生成装置、对试样进行夹持的夹持装置以及对夹持装置的一端提供上下运动载荷的转动传动动力装置，环境生成装置与容纳装置连接，夹持装置放置于容纳装置内，夹持装置的一端与转动传动动力装置连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述转动传动动力装置包括直接提供上下运动载荷的活塞组件、使得活塞组件能够上下移动的动力组件、连接动力组件和活塞组件的连接组件以及调节连接组件位置的调节组件，活塞组件的一端与夹持装置连接，动力组件和活塞组件分别与连接组件连接，连接组件与调节组件连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述动力组件包括电机、减速器、连接轴和联轴器，电机的转轴与减速器连接，连接轴的两端分别与减速器和联轴器连接，联轴器与连接组件连接；

连接组件包括幅值生成斜轴和幅值调节器连接转轴，幅值生成斜轴的两端分别与联轴器和幅值调节器连接转轴连接，幅值调节器连接转轴的另一端与调节组件连接，幅值生成斜轴与活塞组件连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述活塞组件包括偏心连接杆、下活塞和下类气缸筒，下类气缸筒与容纳装置通过螺栓连接，下活塞放置于下类气缸筒内，并与夹持装置的一端连接，下活塞相对远离夹持装置的一端与偏心连接杆连接，偏心连接杆的另一端与幅值生成斜轴连接；

优选，下类气缸筒与容纳装置之间设置有密封圈。

在本实用新型较佳的实施例中，上述调节组件包括幅值调节器、幅值调节丝杠和导向块，幅值调节器、幅值调节丝杠和导向块均套设于幅值调节器连接转轴外，幅值调节器与幅值调节丝杠连接，导向块套设于幅值调节丝杠外并与幅值调节丝杠螺纹连接，幅值调节器连接转轴与导向块连接；

优选，导向块和幅值调节器连接转轴之间设置有滚动轴承，且导向块和幅值调节器连接转轴均与滚动轴承连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机还包括对夹持装置相对远离转动传动动力装置的一端提供载荷的载荷调节装置，载荷调节装置与容纳装置连接，载荷调节装置与夹持装置的一端连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述载荷调节装置包括载荷传感器、上活塞、上类气缸筒以及使得上活塞上下移动的螺栓组件，上类气缸筒与容纳装置通过螺栓连接，上活塞设置于上类气缸筒内，上活塞的一端与夹持装置连接，上活塞的另一端与载荷传感器的一端连接，载荷传感器的另一端与螺栓组件连接，螺栓组件与上类气缸筒连接。

优选，所述上类气缸筒与所述容纳装置之间设置有密封圈。

在本实用新型较佳的实施例中，上述螺栓组件包括具有内螺纹的螺纹套筒、具有外螺纹的顶盖、固定螺母和连接螺栓，螺纹套筒的一端与上类气缸筒螺纹连接，螺纹套筒的另一端与顶盖螺纹连接，固定螺母设置于顶盖上，顶盖和固定螺母均套设与连接螺栓外，并与连接螺栓连接，连接螺栓的另一端与载荷传感器连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机还包括信息处理装置，环境生成装置和转动传动动力装置分别与信息处理装置连接。

一种疲劳试验机组件，其包括上述的同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型实施例提供的同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机通过转动传动动力装置把电机的转动输出转换为作动轴的转动输出，同时活塞连杆带动活塞实现上下往复运动，可以使试样受力更加准确、使加载力更加稳定可靠。通过环境生成装置，在容纳装置内形成封闭环境，利于苛刻条件的实现，保证检测的准确性。该同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机具有载荷调节范围高、体积小、重量轻、波形良好以及操作简单的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的夹持装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的调节组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的夹持装置的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的载荷调节装置的结构示意图。

图标：100-同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机；30-底座；9-支撑台；7-容纳装置；110-转动传动动力装置；111-动力组件；13-电机；12-减速器；11-连接轴；26-联轴器；112-连接组件；29-幅值生成斜轴；28-幅值调节器连接转轴；113-调节组件；27-幅值调节器；27a-幅值调节丝杠；27c-导向块；27b-滚动轴承；10-直线轴承；114-活塞组件；8-下类气缸筒；25-偏心连接杆；21-下活塞；24-连接销钉；120-夹持装置；20-第一夹持件；17-第二夹持件；130-载荷调节装置；5-上类气缸筒；14-载荷传感器；15-上活塞；131-螺栓组件；4-螺纹套筒；3-顶盖；2-固定螺母；1-连接螺栓；6-密封垫；16-自锁螺钉；31-环境生成装置；33-信息处理装置；32-CCD采集器；19-试样；18-固定螺栓；23-密封圈。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例提供一种同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100，其包括底座30，底座30为板状，用于支撑各个部件，底座30可以是钢制、铁制或者其他材质制成。

同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100还包括支撑台9，支撑台9与底座30通过螺栓固定连接，继而保证使用同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100的过程中，各个元件不会发生移动，保证检测结果的准确性。

进一步地，同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100还包括容纳试样19的容纳装置7、对试样19进行夹持的夹持装置120以及对夹持装置120的一端提供上下运动载荷的转动传动动力装置110，夹持装置120放置于容纳装置7内，夹持装置120的一端与转动传动动力装置110连接。

容纳装置7为透明玻璃罩，便于X射线穿过，进而完成成像。

进一步地，转动传动动力装置110包括动力组件111，动力组件111提供上下运动载荷的原动力，动力组件111与底座30连接。

具体地，动力组件111包括电机13、减速器12、连接轴11和联轴器26，电机13与底座30连接，电机13的转轴与减速器12连接，减速器12与底座30连接，连接轴11的两端分别与减速器12和联轴器26连接，连接轴11与支撑台9连接，连接轴11与支撑台9之间设置有直线轴承10。当电机13通电后，电机13的转轴转动，继而带动减速器12、连接轴11和联轴器26转动，继而实现转动传动。通过减速器12和联轴器26把电机13的转动输出转换为作动轴的转动输出，具有传动平稳可控、噪声低、输出波形良好可调等技术优点。

进一步地，转动传动动力装置110还包括连接组件112，连接组件112能够进一步实现转动传动，动力组件111与连接组件112连接，具体地，连接组件112与联轴器26连接。

具体地，连接组件112包括幅值生成斜轴29和幅值调节器连接转轴28，幅值生成斜轴29的两端分别与联轴器26和幅值调节器连接转轴28连接，继而当联轴器26转动时幅值生成斜轴29和幅值调节器连接转轴28也会发生转动。

进一步地，转动传动动力装置110还包括调节连接组件112位置的调节组件113，连接组件112与调节组件113连接，调节组件113可以调节连接组件112水平的相对位置。

具体地，参见图2，调节组件113包括幅值调节器27、幅值调节丝杠27a和导向块27c，幅值调节器27与支撑台9通过螺钉固定连接，幅值调节器27、幅值调节丝杠27a和导向块27c均套设于幅值调节器连接转轴28外，幅值调节器27与幅值调节丝杠27a连接，导向块27c套设于幅值调节丝杠27a外并与幅值调节丝杠27a螺纹连接，幅值调节器连接转轴28与导向块27c连接。当需要调节幅值生成斜轴29或幅值调节器27的水平位置时，手动拧动幅值调节丝杠27a，继而使得导向块27c发生滑动，继而使得幅值调节器27也发生滑动，而后幅值生成斜轴29也发生滑动，即进行位置调节。通过设置调节组件113便于改变幅值大小，满足多幅值实验需求，操作过程简单。

进一步地，导向块27c和幅值调节器连接转轴28之间设置有滚动轴承27b，且导向块27c和幅值调节器连接转轴28均与滚动轴承27b连接。

进一步地，转动传动动力装置110还包括直接提供上下运动载荷的活塞组件114，活塞组件114的一端与夹持装置120连接，活塞组件114与连接组件112连接，幅值生成斜轴29与活塞组件114连接，继而使得活塞组件114能够直接提供上下移动运动载荷。

具体地，活塞组件114包括下类气缸筒8，下类气缸筒8与容纳装置7通过螺栓与底座30连接，优选下类气缸筒8与容纳装置7之间设置有密封圈23，继而保证同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100具有良好的密封性能，防止漏气。

进一步地，再参见图1，活塞组件114还包括偏心连接杆25和下活塞21，下活塞21放置于下类气缸筒8内，并与夹持装置120的一端连接，下活塞21相对远离夹持装置120的一端与偏心连接杆25连接，偏心连接杆25的另一端与幅值生成斜轴29连接，下活塞21与偏心连接杆25通过连接销钉24连接。

偏心连接杆25与幅值生成斜轴29连接的一端可以设置有轴瓦或者类似轴瓦具有弧形结构的元件。当幅值生成斜轴29被联轴器26带动发生转动时，幅值生成斜轴29在偏心连接杆25内进行弧线运动，继而带动偏心连接杆25做竖直方向的运动。且当幅值生成斜轴29被幅值调节器连接转轴28带动发生水平位移时，也带动偏心连接杆25的一端发生位移。

通过使用类气缸筒以及活塞保证了真空或高压环境的密封，保证夹具的上下往复及高度的试样19对中性，确保试样19承受轴向加载。使用偏心连接杆25传动带动活塞连杆运动，有效避免了连杆转动的误差大和精度低等缺点，保证了良好的波形输出结果及实验的操作性。

进一步地，参见图3，夹持装置120包括第一夹持件20和第二夹持件17，第一夹持件20设置于容纳装置7内，第一夹持件20和下活塞21的一端通过螺纹连接，第一夹持件20和第二夹持件17相对设置。

综上所述，转动传动动力装置110带动上活塞15提供上下运动载荷的过程是：将试样19放在下活塞21上，而后利用第一夹持将进行夹持固定，而后拧动幅值调节丝杠27a，使得导向块27c在幅值调节丝杠27a上滑动，继而带动幅值调节器连接转轴28的水平位移发生，继而带动幅值生成斜轴29发生水平位移，继而带动偏心连接杆25发生竖直位移。而后开启电机13，使得联轴器26发生转动，继而带动幅值生成斜轴29发生转动，使得幅值生成斜轴29发生绕偏心连接杆25的一端做弧线运动，同时，带动偏心连接杆25做竖直方向的运动，继而使得偏心连接杆25带动下活塞21进行竖直方向运动，继而使得下活塞21对试样19直接施加上下载荷。

进一步地，同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100还包括对夹持装置120相对远离转动传动动力装置110的一端提供载荷的载荷调节装置130，载荷调节装置130与夹持装置120的一端连接，载荷调节装置130与容纳装置7连接，载荷调节装置130于第二夹持件17连接。

载荷调节装置130包括上类气缸筒5，上类气缸筒5与容纳装置7通过固定螺栓18连接，优选，上类气缸筒5与容纳装置7之间设置有密封垫6，提升同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100的密封性能。

参见图4，载荷调节装置130包括载荷传感器14、上活塞15以及使得上活塞15上下移动的螺栓组件131，上活塞15设置于上类气缸筒5内，上活塞15的一端与夹持装置120连接，上活塞15与第二夹持件17连接，上活塞15的另一端与载荷传感器14的一端连接，载荷传感器14的另一端与螺栓组件131连接，螺栓组件131与上类气缸筒5连接。当人为或者其他外力拧动螺栓组件131时，使得载荷传感器14进行上下移动，继而使得上活塞15进行上下移动，继而对试样19施加竖直方向的作用力，而载荷传感器14能够进一步进行检测。

具体地，螺栓组件131包括具有内螺纹的螺纹套筒4、具有外螺纹的顶盖3、固定螺母2和连接螺栓1，螺纹套筒4的一端与上类气缸筒5螺纹连接，螺纹套筒4的另一端与顶盖3螺纹连接，固定螺母2设置于顶盖3上，顶盖3和固定螺母2均套设于连接螺栓1外，并与连接螺栓1连接，连接螺栓1的另一端与载荷传感器14连接。通过拧动螺纹套筒4、连接螺栓1等调节作用于载荷传感器14的作用力，继而保证施加的力的稳定性。调节完成后螺纹套筒4和上类气缸筒5通过自锁螺钉16进行进一步固定，继而保证检测结果的准确性，继而保证试样19均值载荷恒定，同时用于调节因试样19塑性变形而引起的均值应力减少，并附有自锁结构。

综上所述，螺栓组件131调节载荷的过程是：将上类气缸筒5与容纳装置7连接，上活塞15与上类气缸筒5连接，试样19的另一端与上活塞15的一端接触，而后利用第二夹持件17对试样19进行夹持固定，且上活塞15与载荷传感器14的一端连接，连接螺栓1的一端与载荷传感器14的另一端连接。而后将螺纹套筒4与上类气缸筒5螺纹连接，顶盖3与螺纹套筒4连接，固定螺母2放置于顶盖3上，同时，固定螺母2、顶盖3与连接螺栓1连接，而后调节螺纹套筒4的位置，最后利用自锁螺钉16固定。

进一步地，同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100还包括在容纳装置7内形成高压环境或抽真空环境的环境生成装置31，环境生成装置31与容纳装置7连接。环境生成装置31可以是现有技术中的抽气设备继而使得容纳装置7形成真空或者氮气补充设备使得容纳装置7内压力高于外界大气压。当需要苛刻检测条件时，开启环境生成装置31，继而使得容纳装置7内的压力发生变化，继而能够满足多种条件检测，简化结构。

进一步地，同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100还包括信息处理装置33和CCD采集器32，环境生成装置31和转动传动动力装置110和载荷传感器14分别与信息处理装置33连接，具体地，环境生成装置31、CCD采集器32、电机13以及载荷传感器14分别与信息处理装置33连接。

本实施例还提供一种疲劳试验机组件，其包括上述的同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机100。

综上所述，本实用新型实施例提供的同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机通过转动传动动力装置把电机的转动输出转换为作动轴的转动输出，同时活塞连杆带动活塞实现上下往复运动，可以使试样受力更加准确、使加载力更加稳定可靠。通过环境生成装置，在容纳装置内形成封闭环境，利于苛刻条件的实现，保证检测的准确性。该同步辐射用真空/高压可调幅原位疲劳试验机具有载荷调节范围高、体积小、重量轻、波形良好以及操作简单的优点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。