[实用新型]基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料检测技术领域，具体涉及基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置。

背景技术

疲劳是指材料、零部件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。疲劳现象广泛存在于现代工业的各个方面，随着科学技术的发展，疲劳强度问题成为影响工程领域安全性、可靠性的重要因素，引起专家学者的广泛关注。旋转弯曲疲劳作为一种典型的零件失效形式，是由多种单一模式 ( 如弯曲疲劳、拉压疲劳、扭转疲劳等 ) 相耦合的复杂疲劳。主要发生在工作中既承受弯矩又承受转矩的转轴（如齿轮轴、火车轮轴、带轮轴等）中，对现代交通运输装备、工程机械装备和军事工程装备等构成重大的安全隐患。

目前，国内外对疲劳试验和损伤容限的研究主要是通过独立的试验或检测设备对结构材料进行研究，缺乏对材料进行旋转弯曲疲劳试验和损伤容限研究相结合的试验检测装置。然而对转轴类零件特别是动车轮轴的基于旋转弯曲疲劳试验的损伤容限的研究将直接影响其服役安全性、可靠性。因此，为准确、高效进行基于结构材料旋转弯曲疲劳试验的损伤容限研究，研发基于旋转弯曲疲劳试验的损伤容限在线检测装置具有较大的安全意义和经济价值。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置能够实现既受弯矩又受扭矩的零件材料在预定工况下损伤容限的检测。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

第一方面，提供一种基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其包括机架、支撑旋转装置、用于带动试样轴旋转和在水平面移动的驱动及调节装置、用于带动驱动及调节装置在竖直方向移动的Z轴移动装置、用于给试样轴施加载荷的加载装置和用于采集试样轴上预制裂纹断裂扩展信息并将其进行上传的裂纹信息采集装置；

支撑旋转装置包括电动机和活动安装于支架上、与电动机动力输出端连接的支撑轮轴，支撑轮轴固定安装有一支撑轮；裂纹信息采集装置包括设置于试样轴上的断裂片、用于为断裂片提供激励电压并采集断裂片反馈的电位信号的无线信号传输模块和与无线信号传输模块通信的无线信号接收模块；

驱动及调节装置包括活动安装于Z轴移动装置上的滑动结构和安装在Z轴移动装置上带动滑动结构在水平面移动的伺服电动缸，滑动结构上安装有连接在一起的电主轴和轴箱，轴箱的输出轴上安装有一用于装夹试样轴的液压夹头；试样轴的端部安装有与支撑轮滚动配合的试样轮。

本实用新型的有益效果为：本方案通过驱动及调节装置带动试样轴旋转，同时给试样轴端部施加一个向下的压力而产生向下的径向弯曲载荷，并通过断裂片进行采集，之后再在上位机的协作下实现损伤容限准确、高效地检测；通过本装置，能够实现模拟既受弯矩又受扭矩的零件材料在预定工况下的损伤容限检测。

由于试样轮轴和支撑轮采用独立电机驱动的方式，可实现两轮的不同速度匹配模式，达到试样轴所受转矩可调的目的。

通过无线信号传输和断裂片法相结合的裂纹扩展检测方法实现了不停机在线检测，提高了试验检测效率，同时采用的图像分析法可对在线检测方式的结果加以验证，保证了试验测试结果的精准性。

附图说明

图1为基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置的立体图。

图2为基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置的主视图。

图3为基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置的左视图。

图4为断裂片粘贴与试样轴的预制裂纹两侧的结构示意图。

其中，1、机架；2、驱动及调节装置；21、伺服电动缸；22、固定板；23、电主轴；24、轴箱；25、液压夹头；26、试样轮；27、轴承组件；28、活动板；29、连接板；210、支撑防护架；3、支撑旋转装置；31、电动机；32、减速器；33、联轴器；34、支架；35、支撑轮轴；36、支撑轮；4、加载装置；41、第二伺服液压缸；42、载荷传感器；5、图像采集装置；51、伺服电机；52、电动伸缩模块；53、CCD图像传感器；6、Z轴移动装置；61、第一伺服液压缸；62、导向柱；63、导向套；64、托板；65、法兰盘；7、旋转编码器；8、断裂片；9、试样轴。

具体实施方式