测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机的制作方法

本发明涉及材料疲劳性能技术领域，具体涉及一种测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机。

背景技术：

现代工业中，腐蚀、断裂及磨损是机械零件和工程构件破坏失效的主要原因，其中腐蚀和磨损进程缓慢，可通过定期更换零件或者定期进行修理来避免破坏，而断裂却常常突然发生，并且不可预见。造成零部件断裂的原因很多，比如过载、低温脆性、氢脆、应力腐蚀和疲劳，而工程实际情况表明绝大部分都是由疲劳所造成的。因此，为避免零部件因疲劳断裂造成破坏，对设计的新设备进行强度校核或对运行过程中的设备进行强度校核等情况下，均需要测试零部件在不同交变应力作用下的疲劳性能。疲劳试验机能够通过对金属材料实验测定金属材料的，绘制材料的s-n曲线，进而观察疲劳破坏现象和断口特征，学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法；在足够大的交变应力作用下，于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹，分散的微观裂纹经过集结将形成宏观裂纹，已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。

机械零部件的使用寿命是机械主要要求之一，特别是单个零件寿命试验，有的需要时间太长，有的采用加速寿命试验方法，但这样试验设备本身又存在一些在机械性能上要求，如实验机械的运转的速度提高或者加大试验的作用力，这样对实验设备本身很不利，同时也增加运行的电能消耗和实验成本加大，现有技术中，进行疲劳试验的常用设备有液压脉动疲劳试验机，但脉动疲劳试验机只能用于对各种较大型零部件及结构进行单向脉动压缩或弯曲疲劳试验，而不能实现小试样的拉伸疲劳试验，试验范围受到很大限制，试样经过疲劳试验机拉伸加载后温度降到常温比较缓慢，延长了实验操作时间，降低了工作效率，在加热过程中保温炉的密封性能欠佳使得试样不能保持设想的高温，进而对实验数据值的精度产生偏差，影响对实验结果的分析，因为阻力的变化影响设备运行的稳定性，高压油管长时间的使用，老化了高压油的泄漏而造成人身的安全影响，使用寿命短，使用成本高，维护的电机不能长时间不间断的使用。

因此，亟需研究开发一种测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机，所述疲劳试验机包括疲劳试验机本体、操控设备、高温炉、机座、连接支架和操作面板，所述疲劳试验机本体通过线缆连接所述操控设备，所述高温炉底端的底板通过调节螺栓与所述连接支架上的连接座连接，所述机座设置在所述疲劳试验机本体的下方，所述机座的上方通过连接孔贯穿固定架和支撑立柱，所述连接支架上的连接夹块通过连接环与所述支撑立柱连接，所述操作面板一侧的纵向连接板与所述连接夹块通过螺钉连接。

其中，所述机座的上方位于两侧位置设置有固定架，所述固定架的内侧安装有支撑立柱，所述支撑立柱的一侧位于所述机座中部位置安装有作动器，所述作动器的上方安装有下夹具座，所述下夹具座的上方设置有下夹块，所述下夹块的上方通过待测试样连接有上夹块，所述上夹块与下夹块的两侧均贯穿有循环冷却管，所述待测试样的两侧位于所述支撑立柱上安装有散热风扇，所述待测试样上连接有热电偶，所述热电偶的一端连接有导线，所述上夹块的上方安装有上夹具座，所述上夹具座的上方通过引伸主轴连接有立直传感器，所述立直传感器的上方安装有横梁，所述横梁的上方位于所述支撑立柱顶端设置有连接架。

其中，所述操作台上安装有电脑显示屏，所述电脑显示屏连接有鼠标，所述操作台的下方位于两侧位置均设置有收纳柜，所述收纳柜的上方安装有主机，所述收纳柜之间设置有搭脚架，所述操作台的上方位于两侧位置均设置有储藏箱，所述储藏箱的顶端安装有温度显示器，所述温度显示器的下方设置有若干试样存放盒。

其中，所述高温炉的外部设置有矩形散热条，所述矩形散热条的一侧安装有加热箱，所述加热箱的侧面设置有固定座和连接块，所述固定座上间隔均匀分布有圆孔，所述连接块的端部设置有扣头，所述扣头连接所述固定座上设置的圆孔，所述高温炉的内部安装有加热片，所述加热片的外部位于所述高温炉端口且填充有密封圈。

其中，所述机座的一侧安装有操控台，所述操控台上安装有横梁锁和夹块控制按钮，所述机座的内部靠近另一侧面通过进油管连接有滤芯，所述滤芯的一侧安装有储能器，所述储能器的一侧连接带有回油管的发动机缸体。

其中，所述连接支架的两侧均设置有纵向连接板，所述纵向连接板的一端设置有连接夹块，所述纵向连接板的另一端靠近上方位置安装有横向连接板，所述横向连接板与所述纵向连接板上均设置有滑槽，所述横向连接板的上方安装有连接座，所述连接座的上方通过调节螺栓连接有底板，所述高温炉安装在所述底板上方靠近一侧的位置。

其中，所述操作面板上安装有温度显示屏，所述温度显示屏的下方设置有开始按钮，所述开始按钮的一侧安装有结束按钮。

本发明的工作原理：

本发明提供的测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机，工作时，首先将待测零部件根据航标手册制定成标准试样，根据试样的大小、长度调整横梁与机座的高度进而选择合适的上夹具座与下夹具座之间距离，将上夹具座与下夹具座夹住待测试样的加持部，用上夹块与下夹块夹住待测试样的受力部，同时将待测试样与热电偶相连接，通过温度显示器实时显示待测试样的当前温度值；

其次，通过旋转连接座与底板之间的调节螺栓，移动高温炉，使得待测试样全部被高温炉包裹，内部的加热片与待测试样相接触，方便对待测试样进行加热，高温炉端口填充的密封圈，增强密封性能，然后将连接杆端部的扣头与固定座上的圆孔相连接，使得高温炉呈密封结构，防止热量散失，通过启动开始按钮使得疲劳试验机处于工作状态，随后通过操控设备中的电脑显示屏调节温度值，达到预期的高温状态后进行保温，施加预定的循环载荷谱对待测试样进行拉伸和压缩，当加载结束后，启动结束按钮完成对待测试样的一次疲劳实验，打开高温炉，将待测试样暴露在空气中，同时开启循环冷却管和散热风扇对待测试样进行降温处理，加快了试样恢复到室温的时间，大大提高了实验的工作效率；

最后，对待测试样进行复型操作（将醋酸纤维素薄膜附在缺口处，五分钟后撕下带有小裂纹扩展趋势的薄膜），将其放在放大倍数为两百倍的显微镜下观察疲劳破坏现象和裂纹走向，初次通过游标卡尺测量裂纹萌生的长度，记录下所需的数据方便后期对实验的分析，完成一次实验结果的测定，通过多次按照上述实验步骤对待测零部件在不同交变应力作用下的疲劳性能测试，直至待测试样断裂，实现对一个试样的断裂特征测试。后期通过观察疲劳破坏现象和断口特征，对多个试样的疲劳性能测试实验，得出材料的（屈服强度），绘制材料的s-n曲线，得出应力强度因子，观察疲劳破坏现象和断口特征，预测待测试样的使用寿命。实现高负荷、高频率、低消耗，从而缩短试验时间，降低试验费用，能够提高该疲劳试验机检测待检测样品的疲劳寿命的精准性，继而在后续制作待检测样品时，提高待检测样品的使用可靠性。

本发明的有益效果：

本发明提供的测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机，通过在作动器上方安装下夹具座，下夹块的两侧均贯穿有循环冷却管，下夹块的上方通过待测试样连接有上夹块，待测试样的两侧位于支撑立柱上安装有散热风扇，且待测试样上连接有热电偶，上夹具座的上方通过引伸主轴连接有立直传感器，噪音低、运行稳定、安装维护简单方便，使用寿命长，几乎免维护的电机可以长时间不间断的使用。本发明提供的的疲劳试验机可以用于进行测定金属、合金材料及其构件在室温、高温状态下的拉伸、压缩或拉压交变负荷的疲劳特性、疲劳寿命、预制裂纹及裂纹扩展试验，实现高负荷、高频率、低消耗，通过安装的散热风扇与循环冷却管能够降低试样由高温施加不同应力载荷后恢复室温所用的时间，减少了等待时间，大大提高了实验效率，降低试验费用，提高疲劳试验机检测待检测样品的疲劳寿命的精准性，继而在后续制作待检测样品时，提高待检测样品的使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明实施例提供的疲劳试验机的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的疲劳试验机中疲劳试验机本体的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的疲劳试验机中高温炉的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的疲劳试验机中高温炉的俯视图；

图5是本发明实施例提供的疲劳试验机中机座的正面结构示意图；

图6是本发明实施例提供的疲劳试验机中机座的背面结构示意图；

图7是本发明实施例提供的疲劳试验机中连接支架的组合结构示意图；

图8是本发明实施例提供的疲劳试验机中操作面板的组合结构示意图；

附图中附图标记所对应的名称为：1-疲劳试验机本体，101-固定架，102-导线，103-引伸主轴，104-支撑立柱，105-横梁，106-连接架，107-立直传感器，108-上夹具座，109-上夹块，110-热电偶，111-散热风扇，112-下夹块，113-作动器，114-下夹具座，115-循环冷却管，116-待测试样，2-操控设备，201-电脑显示屏，202-储藏柜，203-鼠标，204-操作台，205-主机，206-收纳柜，207-脚踏板，208-线缆，209-温度显示器，210-试样存放盒，3-高温炉，301-加热箱，302-加热片，303-圆孔，304-固定座，305-密封圈，306-扣头，307-连接块，308-矩形散热条，4-机座，401-连接孔，402-横梁锁，403-夹块控制按钮，404-操控台，405-滤芯，406-储能器，407-发动机缸体，5-连接支架，501-横向连接板，502-纵向连接板，503-连接夹块，504-滑槽，505-连接座，506-调节螺栓，507-底板，6-操作面板，601-温度显示屏，602-开始按钮，603-结束按钮。

具体实施方式

以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

本发明提供了一种测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机，其特征在于：所述疲劳试验机包括疲劳试验机本体1、操控设备2、高温炉3、机座4、连接支架5和操作面板6，所述疲劳试验机本体1通过线缆208连接所述操控设备2，所述高温炉3底端的底板507通过调节螺栓506与所述连接支架5上的连接座505连接，所述机座4设置在所述疲劳试验机本体1的下方，所述机座4的上方通过连接孔401贯穿固定架101和支撑立柱104，所述连接支架5上的连接夹块503通过连接环与所述支撑立柱104连接，所述操作面板6一侧的纵向连接板502与所述连接夹块503通过螺钉连接。

所述机座4的上方位于两侧位置设置有固定架101，所述固定架101的内侧安装有支撑立柱104，所述支撑立柱104的一侧位于所述机座4中部位置安装有作动器113，所述作动器113的上方安装有下夹具座114，所述下夹具座114的上方设置有下夹块112，所述下夹块112的上方通过待测试样116连接有上夹块109，所述上夹块109与下夹块112的两侧均贯穿有循环冷却管115，所述待测试样116的两侧位于所述支撑立柱104上安装有散热风扇111，所述待测试样116上连接有热电偶110，所述热电偶110的一端连接有导线102，所述上夹块109的上方安装有上夹具座108，所述上夹具座108的上方通过引伸主轴103连接有立直传感器107，所述立直传感器107的上方安装有横梁105，所述横梁105的上方位于所述支撑立柱104顶端设置有连接架106。

所述操作台204上安装有电脑显示屏201，所述电脑显示屏201连接有鼠标203，所述操作台204的下方位于两侧位置均设置有收纳柜206，所述收纳柜206的上方安装有主机205，所述收纳柜206之间设置有搭脚架207，所述操作台204的上方位于两侧位置均设置有储藏箱202，所述储藏箱202的顶端安装有温度显示器209，所述温度显示器209的下方设置有若干试样存放盒210。

所述高温炉3的外部设置有矩形散热条308，所述矩形散热条308的一侧安装有加热箱301，所述加热箱301的侧面设置有固定座304和连接块307，所述固定座304上间隔均匀分布有圆孔303，所述连接块307的端部设置有扣头306，所述扣头306连接所述固定座304上设置的圆孔303，所述高温炉3的内部安装有加热片302，所述加热片302的外部位于所述高温炉3端口且填充有密封圈305。

所述机座4的一侧安装有操控台404，所述操控台404上安装有横梁锁402和夹块控制按钮403，所述机座4的内部靠近另一侧面通过进油管连接有滤芯405，所述滤芯405的一侧安装有储能器406，所述储能器406的一侧连接带有回油管的发动机缸体407。

所述连接支架5的两侧均设置有纵向连接板502，所述纵向连接板502的一端设置有连接夹块503，所述纵向连接板502的另一端靠近上方位置安装有横向连接板501，所述横向连接板501与所述纵向连接板502上均设置有滑槽504，所述横向连接板501的上方安装有连接座505，所述连接座505的上方通过调节螺栓506连接有底板507，所述高温炉3安装在所述底板507上方靠近一侧的位置。

所述操作面板6上安装有温度显示屏601，所述温度显示屏601的下方设置有开始按钮602，所述开始按钮602的一侧安装有结束按钮603。

本发明提供的测试零部件在不同交变应力作用下断裂特征的疲劳试验机，在所述疲劳试验机本体1的下方设置机座4，可以提高疲劳试验机的工作稳定性，所述基座4的外部设置有倒圆角，增强美观，防止碰撞。所述固定架101与所述支撑立柱104均为优质碳素结构钢材质且呈圆柱形结构；所述作动器113的上方安装有下夹具座114，下夹块112的上方通过待测试样116（以单边缺口试样为例）连接有上夹块109，所述下夹块112和所述上夹块109与试样接触面均设有齿槽型，便于增大与所述待测试样116的接触摩擦阻力，提高夹持力度；所述下夹块112的两侧贯穿有循环冷却管115，便于对下夹块112进行水循环降热交替，使得由高温降低到室温时的时间大大缩短；所述待测试样116的两侧位于所述支撑立柱104上安装有散热风扇111，便于将进行高温不同交变应力拉伸实验后的试样进行降温，提高降温速率，所述待测试样116上连接有热电偶110，热电偶110的一端连接有导线102，便于准确测定待测试样116的实时温度；所述上夹具座108的上方通过引伸主轴103连接有立直传感器107，便于准确采集施加力的大小，立直传感器107的上方安装有横梁105，便于根据待测试样116的大小调整横梁105高度，改变所述上夹具座108与所述下夹具座114之间的距离；所述横梁105的上方位于所述支撑立柱104顶端设置有连接架106，便于增强整个疲劳试验机工作时的稳定性。

所述疲劳试验机本体1通过线缆208连接有操控设备2，起到信息反馈、命令实施与数值控制的功能，操作台204上安装有电脑显示屏201，电脑显示屏201连接有鼠标203，便于对实验操作进行控制；所述操作台204的下方位于两侧位置均设置有收纳柜206，便于将实验过程中所携带的操作工具进行收藏（如显微镜、平板电脑、烧杯、搅拌棒），所述收纳柜206的上方安装有主机205，用于放置主板及主要部件，所述收纳柜206之间设置有搭脚架207，减缓疲劳；所述储藏箱202的顶端安装有温度显示器209，便于实时显示待测试样116的温度，所述温度显示器209的下方设置有若干试样存放盒210，使得加工待测试样116能够放置的井井有条，保证实验桌面的干净、整洁。

所述高温炉3的外部设置有矩形散热条308，便于降温时高温炉3的散热速率，所述矩形散热条308的一侧安装有加热箱301，所述加热箱301的侧面设置有固定座304和连接块307，所述固定座304上间隔均匀分布有圆孔303，所述连接块307的端部设置有扣头306，所述扣头306连接固定座304上的圆孔303，提高升温时高温炉3的整体性，避免热度散失和高温暴露的安全隐患；所述高温炉3的内部安装有加热片302，方便对待测试样116进行加热，所述高温炉3端口填充有密封圈305，增强密封性能，使得工作时高温盒3整体连接的更加紧密，提高升温、保温效果，减少热量流失。

所述机座4的上方设置有贯穿固定架101与支撑立柱104直径不同的连接孔401，增强连接的可靠、稳定性，所述机座4的一侧安装有操控台404，操控台404上安装有横梁锁402和夹块控制按钮403，便于对疲劳试验机整体进行操作控制运转；所述机座4的内部靠近另一侧面通过进油管连接有滤芯405，滤芯405的一侧安装有储能器406，便于定期更换该系统油路中的滤芯，放掉滤油器中存油，可防止污物进入伺服阀，有效的防止故障发生，延长伺服阀的运行时间，提高机器的使用寿命，所述储能器406的一侧连接带有回油管的发动机缸体407，提供作动器113的动力来源。

所述连接支架5的两侧均设置有纵向连接板502，所述纵向连接板502的一端设置有连接夹块503，便于与支撑立柱104进行连接，所述纵向连接板502的另一端靠近上方位置安装有横向连接板501，所述横向连接板501与所述纵向连接板502上均设置有滑槽504，便于连接座505在滑槽504上滑动，便于高温实验时高温炉3将待测试样116完全包裹，防止热量损失，一次实验结束后，通过扭动调节螺栓506移动连接座505，打开高温炉3使待测试样116暴露在空气中，加快散热速率；连接座505的上方通过调节螺栓506连接有底板507，便于根据工作需要移动高温炉3的位置，提高实验效率。

所述操作面板6上安装有温度显示屏601，便于及时显示施加载荷过程中高温炉3内部加热箱301的温度，根据实验需要通过操控设备2调整温度高低，所述温度显示屏601的下方设置有开始按钮602，开始按钮602的一侧安装有结束按钮603，控制实验操作的开始与终止，便于提高疲劳试验机操作系统的一体化。

以上实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。