疲劳性能测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及测试工具技术领域，特别是涉及疲劳性能测试装置。


背景技术：

2.疲劳断裂是零件和结构件失效的主要形式之一，现在工业中许多关键的设备常出现零件或结构件的疲劳引起的失效。疲劳断裂是累积过程，疲劳损伤累积达到一定程度后零件或结构件会发生瞬间的断裂，造成重大损失。为避免零件或结构件因疲劳断裂造成损失，需要对零件或结构件进行抗疲劳性能测试，通过对零件或结构件施加循环载荷，测试零件或结构件的疲劳性能。
3.常用的疲劳性能测试装置有液压动力疲劳试验机及电磁谐振式疲劳试验机，液压动力疲劳机通过电机控制内部油压反复输出和输入实现，可以满足大量程，但是造价昂贵，且长时间后容易漏油出现不稳定现象。电磁谐振式疲劳试验机是根据弹簧和谐振原理制造，只能采取共振频率工作，对试样要求高，由于是大电流工作，对电路稳定性要求也很高，且一般量程不大。
4.因此，现有的疲劳性能测试装置的制造成本较高，疲劳性能测试成本高。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对疲劳性能测试成本高的问题，提供一种疲劳性能测试装置。
6.一种疲劳性能测试装置，包括：
7.底座；
8.气锤，所述气锤与所述底座相对设置，试样的第一端能够与所述气锤可拆卸连接，所述试样的第二端能够与所述底座可拆卸连接，所述气锤与所述底座相对设置的方向为第一方向，所述气锤能够为所述试样提供沿所述第一方向的拉压载荷。
9.上述的疲劳性能测试装置，将待测试的试样夹持在气锤和底座之间，并通过气锤为试样提供循环拉压载荷，测试试样在不同荷载下的疲劳性能。由于气锤使用气压作为驱动力，为试样提供沿第一方向的载荷，因此可以通过控制通入气锤的气体流量来控制气锤的拉压频率和拉压载荷，测试试样在不同频率和不同载荷下的疲劳性能，降低了疲劳性能测试装置的制造成本和疲劳性能测试成本。
10.在其中一个实施例中，所述疲劳性能测试装置还包括支撑组件，所述支撑组件与所述底座连接，所述气锤与所述支撑组件连接。
11.在其中一个实施例中，所述支撑组件包括第一连接板和连接杆，所述连接杆的轴向与所述第一方向平行，所述连接杆的第一端与所述底座连接，所述连接杆的第二端穿设于所述第一连接板，所述第一连接板与所述底座相对设置，所述第一连接板与所述气锤连接，所述气锤位于所述第一连接板与所述底座之间。
12.在其中一个实施例中，所述疲劳性能测试装置还包括弹性件，所述弹性件位于所述第一连接板和所述气锤之间，所述弹性件的弹性变形方向与所述第一方向平行；
13.和/或，所述疲劳性能测试装置还包括固定件，所述第一连接板能够沿所述第一方向相对于所述连接杆移动，所述连接杆的第二端穿过所述第一连接板与所述固定件螺纹连接，所述固定件用于限制所述第一连接板沿所述第一方向远离所述底座的移动；
14.所述疲劳性能测试装置还包括驱动电机，所述驱动电机与所述第一连接板连接，所述驱动电机为所述第一连接板提供相对于所述连接杆沿所述第一方向移动的动力。
15.在其中一个实施例中，所述疲劳性能测试装置还包括第二连接板，所述第二连接板与所述气锤连接，所述第二连接板活动套设在所述连接杆上，所述第二连接板位于所述气锤和所述试样之间。
16.在其中一个实施例中，所述疲劳性能测试装置还包括连接组件，所述试样的第一端能够通过所述连接组件与所述气锤可拆卸连接；
17.和/或，所述疲劳性能测试装置还包括连接组件，所述试样的第二端能够通过所述连接组件与所述底座可拆卸连接。
18.在其中一个实施例中，所述连接组件包括机座和卡紧单元，所述机座与所述卡紧单元可拆卸连接，所述机座与所述气锤连接，所述卡紧单元上设有第一安装孔，所述第一安装孔的形状与所述试样的形状相适应，所述试样的第一端能够插入所述第一安装孔中且与所述卡紧单元螺纹连接；
19.和/或，所述连接组件包括机座和卡紧单元，所述机座与所述卡紧单元可拆卸连接，所述机座与所述底座连接，所述卡紧单元上设有第一安装孔，所述第一安装孔的形状与所述试样的形状相适应，所述试样的第二端能够插入所述第一安装孔中且与所述卡紧单元螺纹连接。
20.在其中一个实施例中，所述卡紧单元包括第一卡紧件和第二卡紧件，所述第一卡紧件内设有所述第一安装孔，所述机座上设有第二安装孔，所述第一卡紧件上设有第一连接部，所述第一连接部插入所述第二安装孔中；
21.所述第二卡紧件上设有第三安装孔，所述第一卡紧件上设有与所述第一连接部连接的第二连接部，所述机座和所述第二连接部插入所述第三安装孔中，且所述机座与所述第二卡紧件螺纹连接，所述第二连接部上靠近所述机座的端面与所述机座抵接，所述第二连接部上远离所述机座的端面与所述第三安装孔的底壁抵接，所述试样能够穿过所述第三安装孔的底壁插入所述第一安装孔。
22.在其中一个实施例中，所述第二卡紧件包括第三连接部和第四连接部，所述第三安装孔设置在所述第三连接部内，所述第四连接部套设在所述第三连接部上，所述第四连接部的外周面沿其周向设有齿轮，所述齿轮用于安装或拆卸所述第二卡紧件。
23.在其中一个实施例中，所述疲劳性能测试装置还包括拉压力传感器，所述拉压力传感器与所述底座连接，所述试样的第二端能够与所述拉压力传感器可拆卸连接；
24.和/或，所述疲劳性能测试装置还包括气泵和节流阀，所述气泵的出气口与所述气锤的进气口通过管道连通，所述节流阀位于所述管道上，所述气泵用于为所述气锤提供气源，所述节流阀用于控制所述气泵的出气流量。
附图说明
25.图1为一实施例中疲劳性能测试装置的结构示意图；
26.图2为一实施例中连接组件与试样的结构示意图；
27.图3为一实施例中连接组件与试样的剖视图；
28.图4为一实施例中第一卡紧件的结构示意图。
29.附图标号：100、疲劳性能测试装置；10、底座；20、气锤；21、气泵；22、节流阀；23、管道；24、进气口；30、连接组件；31、机座；311、第二安装孔；32、第一卡紧件；321、第一连接部；322、第二连接部；323、第一安装孔；33、第二卡紧件；331、第三安装孔；332、第三连接部；333、第四连接部；40、试样；50、第一连接板；51、弹性件；52、驱动电机；60、连接杆；61、固定件；70、第二连接板；80、拉压力传感器。
具体实施方式
30.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
31.下面结合一些图例对疲劳性能测试装置100进行详细描述。
32.如图1所示，在一实施例中，提供了一种疲劳性能测试装置100，包括底座10和气锤20；
33.其中，气锤20与底座10相对设置，试样40的第一端能够与气锤20可拆卸连接，试样40的第二端能够与底座10可拆卸连接，气锤20与底座10相对设置的方向为第一方向，气锤20能够为试样40提供沿第一方向的拉压载荷。
34.上述的疲劳性能测试装置100，将待测试的试样40夹持在气锤20和底座10之间，并通过气锤20为试样40提供循环拉压载荷，测试试样40在不同荷载下的疲劳性能。由于气锤20使用气压作为驱动力，为试样40提供沿第一方向的载荷，因此可以通过控制通入气锤20的气体流量来控制气锤20的拉压频率和拉压载荷，测试试样40在不同频率和不同载荷下的疲劳性能，降低了疲劳性能测试装置100的制造成本和疲劳性能测试成本。
35.具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括支撑组件，支撑组件与底座10连接，气锤20与支撑组件连接。支撑组件用于支撑气锤20，使得气锤20的一端固定，气锤20的另一端为试样40提供拉压力。
36.具体地，如图1所示，在一实施例中，支撑组件包括第一连接板50和连接杆60，第一连接板50与底座10相对设置，连接杆60的轴向与第一方向平行，连接杆60的第一端与底座10连接，连接杆60的第二端穿设于第一连接板50，第一连接板50与气锤20连接，气锤20位于第一连接板50与底座10之间。
37.具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括弹性件51，弹性件51位于第一连接板50和气锤20之间，弹性件51的弹性变形方向与所述第一方向平行，弹性件51为第一连接板50和气锤20提供相互靠近或远离的作用力。在气锤20沿第一方向产生上下拉压作用力时，弹性件51能够缓冲气锤20对第一连接板50的作用力，防止气锤20的作用力对第一连接板50和底座10产生损坏。
38.在本具体实施例中，假设气锤20在某一固定的压缩空气下周期性的振动，其产生
的振动应力f
0 sin 2πft，气锤20的激振力为f，k为弹簧的刚性系数，在忽略阻尼的情况下，该振动系统运动方程为：
[0039][0040]
令f空气锤20振动频率，ωn为无阻尼系统的固有角频率，则受力方程为：
[0041][0042]
在实际使用中，只考虑传递给试样40的最大作用力，即当sin 2πft＝1时的外力为：
[0043][0044]
在振动领域，通常将f
max
与静力f0的比值定义为传递系数或传递比tr，表示传导基础上的力是原振动力的百分之几，如果物体直接固定在基础上，那么振动力就全部传递到基础上。
[0045][0046]
引入频率比λ：
[0047][0048]
得到：
[0049][0050]
根据公式得出以下结论：
[0051]
(1)当频率比tr＜1，试样40受力小于气锤20的拉压载荷；
[0052]
(2)当频率比tr＞1，试样40受力大于气锤20的拉压载荷；
[0053]
(3)当频率比tr＝1，试样40受力等于气锤20的拉压载荷。
[0054]
本实施例选用qjq3-30往复式活塞的气锤20进行试验，气锤20的活塞直径为125mm、工作频率为10～30hz、最大拉压载荷为10500n、最大直径为185mm。弹性件51的材料为50crva、弹性件51的直径d＝6mm、弹性件51的中径d＝100mm，弹性件51的有效工作圈数n＝6圈，根据弹性件51的自振频率为35.6hz。
[0055]
通过控制气锤20的工作气压，使气锤20拉压频率为25hz，激振力为8000n，得到传递比为2，传递至试样40上的载荷为16000n，即实现了试样40在拉压载荷为0～16000n下以25hz的频率疲劳性能测试。因此，可以通过选择不同材料、尺寸的弹性件51，得到不同自振
频率的弹性件51，从而控制加载在试样40上的载荷大小，进而在不同载荷和不同振动频率下，测试试样40的疲劳性能。
[0056]
具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括固定件61，第一连接板50能够沿第一方向相对于连接杆60移动，连接杆60的第二端穿过第一连接板50与固定件61螺纹连接，固定件61用于限制第一连接板50沿第一方向远离底座10的移动。固定件61用于调节第一连接板50与底座10之间的距离，进而调节气锤20与底座10之间的距离，从而保证试样40的安装空间，并且适应不同长度的试样40。
[0057]
在本具体实施例中，连接杆60设有两个，固定件61设有两个，连接杆60和固定件61一一对应，两个连接杆60相对设置，气锤20和试样40同轴设置，过气锤20的轴线且过底座10平分线的平面为虚拟平面，两个连接杆60关于虚拟平面对称设置。因此，第一连接板50能够通过两个连接杆60与底座10连接，保证第一连接板50的水平稳定性，保证气锤20的载荷沿第一方向传递给试样40。
[0058]
具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括驱动电机52，驱动电机52与第一连接板50连接，驱动电机52为第一连接板50提供相对于连接杆60沿第一方向移动的动力。驱动电机52用于驱动第一连接板50沿第一方向靠近或远离底座10，有利于调节第一连接板50与底座10之间的距离，保证试样40的安装空间，并且适应不同长度的试样40。
[0059]
具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括第二连接板70，第二连接板70与气锤20连接，第二连接板70活动套设在连接杆60上，第二连接板70位于气锤20和试样40之间。第二连接板70与气锤20连接，当气锤20上下振动时，第二连接板70随着气锤20在连接杆60上移动，由于第二连接板70不能沿连接杆60的径向移动，因此有效保证气锤20只能沿第一方向上下拉压作用力，气锤20的载荷能够沿第一方向传递给试样40，从而提高载荷的传递效率，提高测试的准确性。
[0060]
具体地，如图1、图2和图3所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括连接组件30，试样40的第一端能够通过连接组件30与气锤20可拆卸连接；
[0061]
并且，如图1、图2和图3所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括连接组件30，试样40的第二端能够通过连接组件30与底座10可拆卸连接。
[0062]
具体地，如图2和图3所示，在一实施例中，连接组件30包括机座31和卡紧单元，机座31与卡紧单元可拆卸连接，机座31与气锤20连接，卡紧单元上设有第一安装孔323，第二安装孔311的形状与试样40的形状相适应，试样40的第一端能够插入第一安装孔323中且与卡紧单元螺纹连接。通过更换连接组件30可以适应不同形状、不同尺寸的试样40，扩宽疲劳性能测试装置100的适用范围。
[0063]
并且，如图2和图3所示，在一实施例中，连接组件30包括机座31和卡紧单元，机座31与卡紧单元可拆卸连接，机座31与底座10连接，卡紧单元上设有第一安装孔323，试样40的第二端能够插入第一安装孔323中且与卡紧单元螺纹连接。
[0064]
具体地，如图2、图3和图4所示，在一实施例中，卡紧单元包括第一卡紧件32和第二卡紧件33，第一卡紧件32内设有第一安装孔323，机座31上设有第二安装孔311，第一卡紧件32上设有第一连接部321，第一连接部321的形状与第二安装孔311的形状相适应，第一连接部321插入第二安装孔311中。
[0065]
其中，第二卡紧件33上设有第三安装孔331，第一卡紧件32上设有与第一连接部321连接的第二连接部322，机座31和第二连接部322插入第三安装孔331中，且机座31与第二卡紧件33螺纹连接，第二连接部322上靠近机座31的端面与机座31抵接，第二连接部322上远离机座31的端面与第三安装孔331的底壁抵接，试样40能够穿过第三安装孔331的底壁插入第一安装孔323。即第三安装孔331的底壁设有供试样40穿过的通孔，试样40的第一端或第二端穿过通孔插入第一安装孔323中，与第一卡紧件32螺纹连接。第二卡紧件33套设在第一卡紧件32和机座31上，且与机座31螺纹连接，使得第一卡紧件32与机座31紧密连接，有效保证试样40与气锤20或底座10的紧密连接，提高在拉压载荷下测试疲劳性能的准确性。
[0066]
在本具体实施例中，连接组件30还包括螺钉或螺栓，螺钉或螺栓穿过第二安装孔311的底壁与气锤20或底座10连接。
[0067]
其中，试样40包括柱状或杆状的零件或结构件，如螺栓和螺钉等。
[0068]
具体地，如图2和图3所示，在一实施例中，第二卡紧件33包括第三连接部332和第四连接部333，第三安装孔331设置在第三连接部332内，第四连接部333套设在第三连接部332上，第四连接部333的外周面沿其周向设有齿轮，齿轮用于安装或拆卸第二卡紧件33。齿轮用于与外部拆卸安装工具配合，有利于将第二卡紧件33与机座31完全拧紧，或便于拆卸第二卡紧件33和机座31。
[0069]
在本具体实施例中，连接组件30设有两个，一个连接组件30用于连接试样40的第一端，另一个连接组件30用于连接试样40的第二端。即试样40的第一端通过连接组件30与气锤连接，试样40的第二端通过连接组件30与底座连接。可以理解地，两个连接组件30的结构可以相同，也可以不相同，只要能实现连接试样40的功能即可。
[0070]
具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括拉压力传感器80，拉压力传感器80与底座10连接，试样40的第二端能够与拉压力传感器80可拆卸连接。拉压力传感器80用于测量和记录试样40承受的拉压作用力和拉压频率，便于研究在一定的拉压载荷和拉压频率下，试样40的抗疲劳性能和抗疲劳强度。
[0071]
具体地，如图1所示，在一实施例中，疲劳性能测试装置100还包括气泵21和节流阀22，气泵21的出气口与气锤20的进气口24通过管道23连通，节流阀22位于管道23上，气泵21用于为气锤20提供气源，节流阀22用于控制气泵21的出气流量。
[0072]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0073]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0074]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0075]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0076]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0077]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0078]
以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。