CN105021475B - 可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机。在微型双立柱式拉扭疲劳试验机上安装一个90度翻转机构；实现试验机下梁以上机构相对支撑板翻转至水平或垂直位置。通过转轴和滚动轴承实现试验机主体90度翻转，翻转操作简单，机构精简；相对翻转的支撑板和梁之间由于安装有O型圈，能够防止翻转操作时支撑板和下梁之间发生磨损，同时也能对翻转动作起缓冲作用，以免操作中试验机机体掉落碰撞；与常用翻转机构相比，本结构采用手动翻转，结构简单，操作方便有效，适用于微型拉扭试验机水平、垂直取向变换。本发明结构形式可以灵活适应微型拉扭试验水平或垂直取向要求，解决了现有拉扭疲劳试验机只能单一取向放置的问题。

Description

可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验机，特别是涉及可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机。

背景技术

传统的拉扭疲劳试验机，如MTS桌面测试系统，为了保证试验驱动结构稳定性以及载荷、位移测量系统的准确性，通常采用作动、测量轴垂直作动的垂直放置结构。但是随着试验技术的发展和材料或结构力学性能研究的不断深入，要求将疲劳试验和浸泡试验、微观观测手段等结合起来，进行在线疲劳腐蚀、疲劳原位微观观察等试验，这就要求试验机采用作动轴水平放置结构，以便安装浸泡腐蚀装置，满足SEM、X射线等观测要求。目前已有ZL201110305113.9扫描电镜下原位拉伸/压缩疲劳材料力学测试平台等水平放置的微型疲劳试验机。主要通过限制驱动载荷或作动频率、同时减小减轻作动测量夹持结构来提高控制稳定性和试样作动轴对中性。因而，现有水平放置疲劳试验机的试验载荷、频率范围受到限制，并且试样作动轴的对中性不易调节。疲劳试验装置作动轴垂直放置结构和水平放置结构各有优势，目前还没有能够灵活改变作动轴放置方向以适应不同试验取向的疲劳试验机。

发明内容

本发明的目的是通过一种可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机结构形式实现既能够垂直放置试验又能够水平放置试验，充分结合垂直放置结构和水平放置结构的优点：

1)垂直放置满足较大载荷频率范围试验要求；

2)水平放置结合其他试验手段进行较小载荷、较低频率的复杂试验；

3)垂直放置调节试样作动轴对中后，再转换为水平放置进行试验，提高作动轴对中质量和效率。

本发明的技术方案如下：

一种可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机,在微型双立柱式拉扭疲劳试验机上安装一个90度翻转机构；实现试验机下梁以上机构相对支撑板翻转至水平或垂直位置。所述90度翻转机构，在双立柱下梁两个侧面设置有对应的下梁固定螺纹孔及侧面中心设置的转轴固定孔，支撑板上垂直设置对应的下梁固定沉头孔，支撑板上部设置有支撑板中心阶梯通孔，支撑板中心阶梯通孔内通过转轴固定孔紧固于下梁侧面中心的转轴，安装于支撑板中心阶梯通孔内位于转轴小径处的滚动轴承，支撑板中心阶梯通孔处与下梁压紧面侧设置有O型圈槽和O型圈，在支撑板与下梁压紧面处设置有矩形定位块；用于定位下梁水平或垂直固定位置、同时限制试验机主体翻转范围。

所述下梁两个侧面分别设置有2组6个下梁固定螺纹孔，支撑板上垂直设置有2组8个下梁固定沉头孔。

所述下梁两个侧面分别设置的2组6个螺纹孔，包括水平或垂直安装位置的4个安装孔，分别与支撑板侧面每组4个沉头孔位置相对应；水平放置安装孔间距小于垂直放置安装孔间距；变换试验机放置位置时，使下梁以上机构以转轴为中心翻转至定位块的限位面，通过对应位置的1组4个螺钉使下梁与支撑板紧固。

所述转轴为一中心设置有贯通沉头孔的短阶梯轴，放置于支撑板中心阶梯通孔中，通过螺钉固定在下梁侧面；转轴压紧滚动轴承内圈，轴承外圈压紧支撑板，其压紧力通过支撑板中心阶梯通孔O型圈槽内O型圈变形实现；支撑板中心阶梯通孔轴承槽肩与支撑板-下梁压紧面之间的距离稍小于O型圈变形导致轴承与转轴压紧时轴承外圈与转轴-下梁压紧面之间的距离。

所述支撑板中心阶梯通孔处与下梁压紧面侧设置的O型圈槽所取槽深，根据《GBT3452.3-2005液压气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸》计算满足下梁锁紧时O型圈获得压缩率大于25％；翻转时，O型圈变形使下梁与支撑板间存在一定间隙，同时使支撑板和转轴分别压紧轴承外圈、内圈，使下梁绕转轴相对支撑板转动。

所述微型双立柱式拉扭疲劳试验机，水平放置时在双立柱悬臂端设置水平支撑柱。

具体操作过程如下：需将试验机由垂直放置试验方式转变为水平放置试验方式时，在双立柱悬臂端上梁处附近位置设置水平支撑柱，拆下支撑板(或下梁侧面)水平排布的1组4个固定螺钉，此时在O型圈恢复变形作用力的帮助下，支撑板和转轴分别与滚动轴承外、内圈压紧。把持双立柱翻转下梁以上机构，至下梁与定位块的定位面压紧，然后锁紧支撑板(或下梁侧面)垂直排布的1组4个固定螺钉使下梁与支撑板紧固。试验机由水平放置翻转为垂直放置方法时，拆下支撑板垂直排布固定螺钉，相同方法翻转90度，锁紧支撑板水平排布固定螺钉，最后拆下水平支撑。

双立柱式微型拉扭疲劳试验机结构形式，包括支撑板、下梁、双立柱、限位块、上梁、90度翻转机构及水平支撑、轴向作动控制单元和扭转作动控制单元。轴向作动控制单元包括直线电机、位移光栅尺、载荷传感器及夹具，扭转作动控制单元包括扭力电机、旋转编码器、扭矩传感器及夹具，两单元分别安装在下梁和上梁上；90度翻转机构安装于支撑板内相对下梁翻转轴心位置，使下梁以上机构，包括轴向作动控制单元、双立柱及限位块、上梁及扭转作动控制单元，相对支撑板翻转至水平或垂直位置。

下梁通过螺钉固定在梯形支撑板上，其垂直或水平安装位置通过固定在支撑板上的矩形定位块定位。双立柱通过螺母固定在下梁上。上梁两侧分别设置有上下贯通用于安装双立柱的光轴孔，在与光轴孔平行相邻的两侧面上分别开有与光轴孔连通的用于将上梁抱紧在立柱上的锁紧缝，上梁抱紧光轴部分矩形面宽度小于其扭转单元安装面宽度，并在宽度变化处倒圆角。上梁可沿双立柱手动滑动来改变其轴向位置，以适应更换不同尺寸夹具、连接件等。限位块为两螺钉连接的半圆，锁紧在双立柱上位于上梁下方合适位置，限制上梁滑动位置，保护下梁轴向单元以防碰撞。上梁位置调节合适后通过螺钉压紧锁紧缝抱紧在双立柱上。90度翻转机构安装于支撑板内相对下梁翻转轴心位置，使下梁以上机构，包括轴向作动控制单元、双立柱及限位块、上梁及扭转作动控制单元，相对支撑板翻转至水平或垂直位置。

本发明的优点是：

1)通过转轴和滚动轴承实现试验机主体90度翻转，翻转操作简单，机构精简；相对翻转的支撑板和梁之间由于安装有O型圈，能够防止翻转操作时支撑板和下梁之间发生磨损，同时也能对翻转动作起缓冲作用，以免操作中试验机机体掉落碰撞；通过安装定位块限制机体翻转范围并对其安装位置进行有效定位。与常用翻转机构相比，本结构采用手动翻转，结构简单，操作方便有效，适用于微型拉扭试验机水平、垂直取向变换。

2)本发明主体采用双立柱结构形式，上梁位置通过手动调节，主体结构简单，减少不必要的丝杠等机构，适用于微型拉扭疲劳试验装置。

3)轴向和扭转作动控制单元分别固定在两个梁上，方便将核心的作动控制单元模块化。

4)上、下梁通过螺钉锁紧，固定可靠，水平放置时额外夹装水平支撑，保证结构刚度，同时避免垂直放置试验结构冗余。

上述说明，本发明结构形式可以灵活适应微型拉扭试验水平或垂直取向要求，解决了现有拉扭疲劳试验机只能单一取向放置的问题。试验机水平或垂直放置变换操作简单，并可避免磨损和碰撞，取向位置定位有效，机构精简。整体结构简单可靠，安装方便，易加工。

附图说明

图1为可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机结构示意图(垂直放置)。

图2为可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机结构示意图(水平放置)。

图3为本发明中90度翻转机构装配体剖面图。

图4为本发明中下梁结构示意图。

图5为本发明中支撑板结构示意图。

图6为本发明中定位块结构示意图。

图中：1.支撑板，1-1.下梁固定沉头孔，1-2.支撑板中心阶梯通孔，1-21.阶梯孔轴承槽肩，1-3.O型圈槽，1-4.支撑板-下梁压紧面，2.下梁，2-1.下梁固定螺纹孔，2-2.转轴固定孔，3.双立柱，4.限位块，5.上梁，6.水平支撑柱，7.扭转作动控制单元，8.轴向作动控制单元，9.定位块，9-1.水平(垂直)定位面，10.转轴，11.深沟球轴承，12.O型圈。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的详细说明：

如图1、2所示，一种可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机结构形式，包括主体结构以及90度翻转机构。主体结构又包括支撑板1、下梁2、双立柱3、限位块4、上梁5、水平支撑6、扭矩作动控制单元7和轴向作动控制单元8、定位块9。轴向作动控制单元和扭转控制作动单元包括驱动电机、位移光栅尺或旋转编码器、载荷传感器电机和夹具，作为单元模块分别安装在下梁和上梁上。

下梁2结构形状为矩形板，通过板两侧1组4个螺钉固定在两个梯形支撑板1上。下梁2垂直或水平安装位置通过固定在支撑板1上的矩形定位块9定位。双立柱3通过螺栓固定在下梁2上。上梁5两侧分别设置有上下贯通用于安装双立柱的光轴孔5-1，在与光轴孔平行相邻的两侧面上分别开有与光轴孔连通的用于将上梁抱紧在立柱上的锁紧缝5-2，上梁抱紧光轴部分矩形面宽度小于其扭转单元安装面宽度，并在宽度变化处倒大圆角。梁5沿双立柱3滑动以调整两作动控制单元间距。间距固定后通过锁紧螺钉固定在立柱上。限位块4为螺钉锁紧双半圆环，紧固在双立柱3上来限制上梁滑动范围。试验机垂直或水平放置转换，即作动轴垂直或水平取向试验方式转变，通过90度翻转机构实现。水平放置时，在双立柱上梁处加装水平支撑6以保证结构刚度。支撑板1和水平支撑6底部均安装水平调整脚。

图3、4、5所示，90度翻转机构包括下梁2侧面布置的2组6个下梁固定螺纹孔2-1及侧面中心设置的转轴固定孔2-2，支撑板1上垂直布置的2组8个下梁固定沉头孔1-1，支撑板1侧面上部中心阶梯通孔1-2，安装于支撑板中心阶梯通孔1-2内且通过转轴固定孔2-2紧固于下梁2侧面中心的转轴10，支撑板中心阶梯通孔1-2内相邻转轴10安装的滚动轴承11，支撑板通孔处与下梁压紧面侧的O型圈槽1-3和O型圈12，以及安装于支撑板与下梁压紧面1-4上用于定位下梁2水平或垂直固定位置、同时限制试验机主体翻转范围的矩形定位块9。

如图4所示，支撑板1上设置有相互垂直的2组共8个沉头孔1-1(每组4个)，其布置位置分别对应下梁2垂直和水平固定位置。如图5所示，下梁2侧面的2组6个螺纹孔2-1，由左至右1、3两排孔为一组，作为下梁水平固定或试验机垂直取向安装孔；1、2两排孔为一组，作为下梁垂直固定或试验机水平取向安装孔。每组4个安装孔的位置分别与支撑板1上垂直或水平布置的2组沉头孔1-1位置相对应。为了降低水平放置时机器重心，水平放置安装孔(即螺纹孔组2-1中1、2排孔)间距小于垂直放置安装孔(即螺纹孔组2-1中1、3排孔)间距。

如图3所示，支撑板中心阶梯通孔1-2大径与深沟球轴承11外圈间隙配合，阶梯孔轴承槽肩1-21压紧深沟球轴承10外圈，阶梯孔小径与转轴10小径呈较大间隙配合。在阶梯孔小径处、与下梁2压紧面一侧，开一直径较大深度较浅的O型圈槽1-3。

如图3所示，转轴10结构形式为短阶梯轴，转轴小径与深沟球轴承11内圈为间隙配合，通过轴肩压紧轴承内圈。转轴10中心设置有贯通沉头孔，使其通过螺钉紧固在下梁2侧面。支撑板中心阶梯通孔轴承槽肩1-21与支撑板-下梁压紧面1-4之间的距离小于O型圈变形导致轴承11与转轴10压紧时轴承外圈与转轴-下梁压紧面之间的距离约0.5mm。

如图6所示，定位块9结构形状为矩形块，侧面9-1为水平或垂直定位面，有一定垂直度要求，且定位面棱边倒角。定位块9通过螺钉固定在支撑板-下梁压紧面1-4上。

当需要将试验机由垂直(水平)放置试验方式转变为水平(垂直)放置试验方式时，拆下支撑板(或下梁侧面)水平(垂直)排布的1组4个固定螺钉，此时在O型圈恢复变形作用力的帮助下，支撑板1和转轴10分别与滚动轴承11外、内圈压紧。翻转下梁以上机构，至下梁2达定位块9的定位面，锁紧支撑板(或下梁侧面)垂直(水平)排布的1组4个固定螺钉使下梁2与支撑板1紧固。

Claims (6)

1.一种可不同放置和试验取向的微型拉扭疲劳试验机,其特征是在微型双立柱式拉扭疲劳试验机上安装一个90度翻转机构；实现试验机下梁以上机构相对支撑板翻转至水平或垂直位置；所述90度翻转机构，在双立柱下梁两个侧面设置有对应的下梁固定螺纹孔及侧面中心设置的转轴固定孔，支撑板上垂直设置对应的下梁固定沉头孔，支撑板上部设置有支撑板中心阶梯通孔，支撑板中心阶梯通孔内通过转轴固定孔紧固于下梁侧面中心的转轴，安装于支撑板中心阶梯通孔内位于转轴小径处的滚动轴承，支撑板中心阶梯通孔处与下梁压紧面侧设置有O型圈槽和O型圈，在支撑板与下梁压紧面处设置有矩形定位块；用于定位下梁水平或垂直固定位置、同时限制试验机主体翻转范围。

2.如权利要求1所述的试验机，其特征在于所述下梁两个侧面分别设置有2组6个下梁固定螺纹孔，支撑板上垂直设置有2组8个下梁固定沉头孔。

3.如权利要求1所述的试验机，其特征在于所述下梁两个侧面分别设置的2组6个螺纹孔，包括水平或垂直安装位置的4个安装孔，分别与支撑板侧面每组4个沉头孔位置相对应；水平放置安装孔间距小于垂直放置安装孔间距；变换试验机放置位置时，使下梁以上机构以转轴为中心翻转至定位块的限位面，通过对应位置的1组4个螺钉使下梁与支撑板紧固。

4.如权利要求1所述的试验机，其特征在于所述转轴为一中心设置有贯通沉头孔的短阶梯轴，放置于支撑板中心阶梯通孔中，通过螺钉固定在下梁侧面；转轴压紧滚动轴承内圈，轴承外圈压紧支撑板，其压紧力通过支撑板中心阶梯通孔O型圈槽内O型圈变形实现；支撑板中心阶梯通孔轴承槽肩与支撑板-下梁压紧面之间的距离稍小于O型圈变形导致轴承与转轴压紧时轴承外圈与转轴-下梁压紧面之间的距离。

5.如权利要求1所述的试验机，其特征在于所述支撑板中心阶梯通孔处与下梁压紧面侧设置的O型圈槽所取槽深，满足下梁锁紧时O型圈获得压缩率大于25％。

6.如权利要求1所述的试验机，其特征在于水平放置时在双立柱悬臂端设置水平支撑柱。