[发明专利]可调节弯曲疲劳模式的材料力学性能测试仪与测试方法

说明书

本发明涉及一种可调节弯曲疲劳模式的材料力学性能测试仪与测试方法，属于精密仪器领域。包括弯曲疲劳加载单元、试件夹持单元、伴随运动单元及精密检测单元，弯曲疲劳加载单元由直流伺服电机提供动力，经由一级蜗轮蜗杆减速带动曲柄摇杆机构实现摇杆的往复摆动，摇杆带动夹持单元实现往复旋转，弯曲试样随着夹持单元的往复旋转而被反复弯曲，而伴随运动单元在弯曲试样的拖动下，做出伴随的旋转以及平移。优点在于：避免了三点弯曲加载时换算弯矩的误差，同时避免了支棍摩擦力对于试验结果的影响；能对弯矩以及弯曲的角度进行精确的测量；能实现不同的疲劳模式，能实现不同应力幅的疲劳试验，能实现不同平均应力的疲劳试验。

技术领域

本发明涉及精密仪器领域，特别涉及一种可调节弯曲疲劳模式的材料力学性能测试仪与测试方法。区别于常见的三点弯加载模式，可以对试样施加近似的悬臂弯载荷。能实现不同应力幅以及不同平均应力的疲劳试验。该疲劳测试平台为弯曲的疲劳测试检测提供了一种崭新的手段。

背景技术

统计分析表明，断裂、磨损和腐蚀是机械零件的主要失效形式，全世界每年因磨损和腐蚀造成的经济损失十分巨大。但由于机械零件的磨损和腐蚀是在机器工作过程中缓慢进行的，可以通过检修和更换零件的方法来保证机器的正常工作，避免突发事故的发生。而断裂具有突发性，常常会造成严重的事故。因此，机械零件的断裂就成为工业界最关心的问题。机械零件在承受交变载荷时，虽然载荷幅值远小于其抗拉强度或屈服强度，甚至小于弹性载荷，但材料内部的变型损伤逐渐积累，积累达到一定程度时零件将发生断裂破坏。造成机械零件发生断裂的众多因素中，由金属疲劳引起的机械零件的断裂失效占80%以上。

生活中常见的吊车悬臂、桥梁、桁架、汽车底盘及前后桥，在工作时承受单向弯曲负荷，而且弯曲的载荷往往是不断变化的，因此有必要对这类零件开展单向弯曲的疲劳试验；工程中常见的中间惰轮、行星轮，或者齿轮在工作时有正反转向交替的情况下，它的齿根承受的是双向弯曲应力，因此有必要对这类零件开展双向弯曲的疲劳试验。市场上比较成熟的弯曲疲劳试验设备往往无法实现单向弯曲负荷以及双向弯曲负荷两种载荷模式，而且也无法对弯矩以及弯曲的角度进行精确的测量，而弯矩及弯曲角度对于疲劳试验结果来说至关重要；常见的反复弯曲试验是将矩形截面试样的一端固定，绕规定半径的圆柱支座弯曲90°，再沿相反方向弯曲，针对不同截面尺寸的试样需要更换不同尺寸的圆柱支座，这样使试验过程更加繁琐。

因此设计开发一种可调节弯曲疲劳模式的材料力学性能测试仪，具有单向弯曲负荷以及双向弯曲负荷两种载荷模式，能对弯矩以及弯曲的角度进行精确的测量，对于研究弯曲疲劳断裂具有十分重要的意义，对于丰富材料力学性能测试装备具有重要的理论意义和良好的应用开发前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节弯曲疲劳模式的材料力学性能测试仪与测试方法，解决了目前疲劳载荷模式单一以及无法对弯矩以及弯曲的角度进行精确测量等问题。本发明采用曲柄摇杆机构，将电机的单向旋转运动转变为夹持单元的往复摆动，曲柄的长度可调，能实现不同应力幅的疲劳试验，摇杆相对于左侧的夹持单元有不同的相对角度，能实现不同平均应力的疲劳试验；本发明将扭矩传感器安装在摇杆与左侧夹具转轴之间，能实时测量弯曲试样所承受的弯矩，同时圆光栅尺能实时精确测量出弯曲的角度。区别于常见的三点弯加载模式，本发明可以对试样施加近似的悬臂弯载荷，这种加载模式避免了三点弯曲加载时换算弯矩的误差，同样避免了支棍摩擦力对于试验结果的影响。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

可调节弯曲疲劳模式的材料力学性能测试仪，包括弯曲疲劳加载单元、夹持单元、伴随运动单元及精密检测单元，在传动链上采用曲柄摇杆传动机构来实现悬臂弯曲疲劳加载；曲柄30的长度可调，实现不同应力幅的疲劳试验；摇杆6相对于夹持单元能实现-45°～+45°角度调节，即可实现不同平均应力的疲劳试验；所述弯曲疲劳加载单元通过扭矩传感器10与夹持单元连接，夹持单元通过右侧夹具转轴15与伴随运动单元连接，精密检测单元与左侧夹具转轴22过盈连接。