用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置的制作方法

本发明涉及结构的力学性能测试技术领域，更为特别地，其涉及一种用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置。

背景技术：

在现代工业各领域，大约50％～90％以上的结构破坏都是由于疲劳破坏造成的，了解机械零部件的疲劳强度或极限对于判断其是否达到设计要求，不仅有助于预测构件的服役寿命，而且有助于确定构件的安全使用周期和检修周期，从而确保构件的安全运行。

许多大型复杂机械设备在实际工作中，其部件常受到弯曲交变载荷的作用，因此通过弯曲疲劳试验来评估疲劳性能至关重要。现有的弯曲疲劳试验机功能单一，对试验件的尺寸形状要求较高，通用性不强，并且其最大弯曲载荷只能达到1000n，在一定程度上制约了大载荷试样的弯曲疲劳寿命预测。与上述装置相比，拉伸疲劳试验机在实际工程领域通用性更强，精度更高。通过设计专用的实验装置可将其扩展到弯曲疲劳试验中，例如，三点弯曲疲劳试验，即将零件两端夹紧中间施加载荷。

但是对于大载荷悬臂结构，采用通用的弯曲疲劳试验机无法满足载荷要求，采用拉伸疲劳试验机直接加载存在载荷分布不均匀，容易引起试验机夹头偏载的问题，降低了试验机的使用寿命和精度，严重时会直接对试验机产生破坏。因此，有必要设计一种用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，通过拉伸试验机来预测大载荷悬臂结构的疲劳寿命。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，以解决目前的通用型疲劳试验机不能满足大载荷悬臂结构疲劳寿命预测的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，其包括支撑系统、加载系统、导向系统和试验样件；所述试验样件通过支撑系统进行支撑，所述加载系统位于所述支撑系统上方，所述加载系统根据需要提供试验所需要的载荷；所述支撑系统包括支架、盖板、下拉杆以及下夹头，所述支架包括上支架和下支架；所述盖板包括左侧盖板和右侧盖板；所述上支架和下支架连接形成容纳空间；所述上支架和下支架分别通过左侧盖板和右侧盖板进行连接；所述上支架、下支架、左侧盖板和右侧盖板组成回字型结构；所述下拉杆直接与拉伸疲劳试验机的下夹头固定连接；所述下支架与下拉杆固定连接；所述加载系统包括上夹头、上拉杆以及运动块，上夹头与上拉杆连接，上拉杆与运动块连接。

优选地，所述上拉杆直接与拉伸疲劳试验机的上夹头连接，所述运动块通过第三内六角螺钉与上拉杆固定连接，上夹头提供循环载荷，带动上拉杆、运动块往复运动。

优选地，所述上拉杆的第一端与上夹头连接，所述上拉杆的第二端通过紧固件(例如，螺钉或螺栓)固定至运动块。

优选地，所述下拉杆为t形结构件，所述下拉杆的第一部分位于下支架的凹槽底部的沉头孔内，所述下拉杆的第二部分通过下支架底部的通孔穿出下支架，并与下夹头固接。

优选地，所述导向系统包括导向套以及上支架，所述导向套固定在下支架上，加载系统的上拉杆的凸台在上支架的凹槽中滑动。

优选地，所述运动块的下端在导向套中滑动，在试验过程中，所述导向套、上支架与加载系统的凸台和运动块的凸台，接合面需要添加润滑脂，避免干摩擦造成零件表面损伤。

优选地，第一试样和第二试样左右两侧对称布置在上支架与下支架组成的回字型结构中，所述第一试样和第二试样的固定端安装在上支架与下支架连接的凹槽处，悬臂端安装在运动块的凹槽处。

优选地，各盖板通过紧固件连接到支架上。

优选地，所述第一试样和第二试样为圆形截面，对应的上支架与下支架连接的凹槽和运动块的凹槽也是圆形截面，且要求各个凹槽之间同轴布置，运动块往复运动过程中同时带动两个试样的悬臂端运动。

优选地，所述左侧盖板和所述右侧盖板朝向支架的一侧设置有容纳试验样件的端部的凹槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置扩展了拉伸疲劳试验机的功能，使之能够进行零件的弯曲疲劳试验；

2、本发明的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置弥补了通用的弯曲疲劳试验机无法对承受大于1000n循环载荷的零件进行疲劳寿命预测的缺陷；

3、本发明的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置针对悬臂结构加载过程中容易产生试验机夹头偏载的问题，增加了导向系统，能够确保试验机工作的安全性；

4、本发明的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，其中支撑系统设计为回字形结构，运动块在支撑系统内部往复运动，结构紧凑，具有较好的刚度；

5、本发明的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，其能够同时进行两个零件的弯曲疲劳寿命预测，通过多组试验后得到的数据具有较好的收敛性，可以提高悬臂结构的试验效率；

6、本发明的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置能够直接安装在通用的拉伸疲劳试验机上，主体结构简单，成本低，适用性强。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为根据本发明实施例的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置的结构主视图；

图2为根据本发明实施例的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置的结构主视图剖视图；以及

图3为根据本发明实施例的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置的结构左视图。

附图标记说明：

1：上夹头；2：上拉杆；3：上支架；4：运动块；5：左侧盖板；6：右侧盖板；7：第一试样；8：第二试样；9：下支架；10：下拉杆；11：下夹头；12：第一内六角螺钉；13：导向套；14：第二内六角螺钉；15：螺栓连接组；16：第三内六角螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1至图3中示出了根据本发明实施例的用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，但是，本发明的实施不限于以下的实施方式。

一种用于悬臂结构的弯曲疲劳试验装置，其包括支撑系统、加载系统、导向系统、试验样件。试验样件通过支撑系统进行支撑，加载系统位于支撑系统上方，加载系统根据需要提供试验所需要的载荷。

支撑系统包括上支架、下支架、盖板、下拉杆和下夹头，为加载系统、导向系统和试验样件提供支撑作用；下拉杆直接与拉伸疲劳试验机的下夹头连接；下支架与下拉杆通过螺栓连接，上支架与下支架通过盖板连接，组成回字型结构；

加载系统包括上夹头、上拉杆和运动块，为试验样件提供一定频率、应力比的循环载荷；上拉杆直接与拉伸疲劳试验机的上夹头连接，运动块通过螺栓与上拉杆固定连接，上夹头提供循环载荷，带动上拉杆、运动块往复运动。导向系统包括导向套和上支架，导向套通过螺栓固定在下支架上，加载系统的上拉杆凸台在上支架凹槽滑动，加载系统的运动块凸台在导向套中滑动。进一步地，试验样件左右两侧对称布置在上支架与下支架组成的回字型结构中，两个试验样件的固定端安装在上支架与下支架连接的凹槽处，悬臂端安装在运动块的凹槽处，运动块往复运动过程中同时带动两个试验样件的悬臂端运动，模拟悬臂结构的真实工况。进一步地，试验样件截面形状可为圆形或矩形截面，上支架与下支架连接的凹槽同样可为圆形或矩形截面。进一步地，在同一试验中，要求对称布置的两个试验样件结构尺寸完全相同，且同心安装。

试验样件包括第一试样7和第二试样8，支撑系统包括支架、盖板、下拉杆10以及下夹头11，为加载系统、导向系统和试验样件提供支撑作用；支架包括上支架3和下支架9；盖板包括左侧盖板5和右侧盖板6。

上支架3和下支架9连接形成容纳空间。优选地，上支架3和下支架9分别通过左侧盖板5和右侧盖板6进行连接。

各盖板朝向支架的一侧设置有容纳试验样件的端部的凹槽。

优选地，左侧盖板5朝向各支架的一侧设置有容纳第一试样的端部的第一凹槽；右侧盖板6朝向各支架的一侧设置有容纳第二试样的端部的第二凹槽。

优选地，左侧盖板5和右侧盖板6上均设置用于紧固件，例如，第一内六角螺钉12，的连接孔。优选地，该处的紧固件连接孔的数量为四个，四个紧固件连接孔在左侧盖板5的外表面两两对称布置。各盖板通过紧固件连接到支架上。上支架3、下支架9、左侧盖板5、右侧盖板6通过第一内六角螺钉12连接，组成回字型结构；

优选地，第一试样7和第二试样8对称布置。

具体地，下拉杆10直接与拉伸疲劳试验机的下夹头11固定连接；下支架9与下拉杆10通过螺栓连接组15固定连接；

优选地，下拉杆10为t形结构件，下拉杆10的第一部分位于下支架9的凹槽底部的沉头孔内，下拉杆10的第二部分通过下支架9底部的通孔穿出下支架9，并与下夹头11固接。

加载系统包括上夹头1、上拉杆2以及运动块4，该加载系统为试验样件提供预设的频率、预设的应力比的循环载荷；上夹头1与上拉杆2连接，上拉杆2与运动块4连接。

上拉杆2直接与拉伸疲劳试验机的上夹头1连接，运动块4通过第三内六角螺钉16与上拉杆2固定连接，上夹头1提供循环载荷，带动上拉杆2、运动块4往复运动；

优选地，上拉杆2的第一端与上夹头1连接，上拉杆2的第二端通过紧固件(例如，螺钉或螺栓)固定至运动块4，具体地，固定至运动块4的上表面。

优选地，上拉杆2为倒t形结构件，上拉杆的第一端伸入上夹头1的内部，上拉杆2的第二端通过至少两个第三内六角螺钉16固定至运动块4的上表面。

导向系统包括导向套13以及上支架3，导向套13通过第二内六角螺钉14固定在下支架9上，加载系统的上拉杆2的凸台在上支架3的凹槽中滑动，上支架9上的凹槽为第一凹槽。第一凹槽的底部设置第一通孔，上拉杆的下半部分在第一通孔内运动。

运动块4的下端，例如，下端的凸台，在导向套13中滑动，在试验过程中，导向套13、上支架3与加载系统的凸台，例如，上拉杆2的凸台和运动块4的凸台，接合面需要添加润滑脂，避免干摩擦造成零件表面损伤；

第一试样7和第二试样8左右两侧对称布置在上支架3与下支架9组成的回字型结构中，第一试样和第二试样的固定端安装在上支架3与下支架9连接的凹槽处，悬臂端安装在运动块4的凹槽处，本实施例的第一试样7和第二试样8为圆形截面，对应的上支架3与下支架9连接的凹槽和运动块4的凹槽也是圆形截面，且各个凹槽之间同轴布置，运动块4往复运动过程中同时带动两个试样的悬臂端运动，模拟悬臂结构的真实工况。

具体地，第一试样设置在如图1所示的图例的左边，第二试样设置在如图1所示的图例的右边，实际试验过程中各试样的顺序可以根据需要进行放置。

左侧盖板5通过第一内六角螺钉12固定至上支架和下支架。同样地，右侧盖板6通过第一内六角螺钉12固定至上支架和下支架。

优选地，左侧盖板5和右侧盖板6的内侧分别设置有凹槽，以容纳各试样的端部。

优选地，各盖板上的凹槽的尺寸大于上支架和下支架包围形成的凹槽的尺寸。

优选地，下支架设置第二凹槽，第二凹槽的底部设置有第二孔，进一步地，第二孔为阶梯形通孔。下拉杆为t形结构件，其通过螺栓连接组15固定于下支架的凹槽底部。

导向套13设置在下支架内，例如，下支架的凹槽的底部，其通过紧固件，例如，第二内六角螺钉14，固定在下支架的凹槽的底部。运动块4的下端凸台伸入导向套内。

优选地，下拉杆的t形结构件的上半部分的尺寸小于导向套的尺寸。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。