[发明专利]一种磁致伸缩材料驱动的扭转疲劳试验装置及方法

说明书

本发明属于扭转疲劳强度测试技术领域，涉及一种磁致伸缩材料驱动的扭转疲劳试验装置。本发明提供的扭转疲劳试验装置包括：底座、固定框架、空气止推轴承、磁致伸缩驱动器、扭转角位移放大器和联轴转盘，磁致伸缩材料驱动器具有四个且对称错位设置在固定框架内侧，通过与磁致伸缩材料驱动器相连的联轴转盘和扭转角位移放大器，实现对试件的超高频扭转驱动和试验，稳定性好，可靠性高，且无疲劳，无过热失效问题，另外该装置产生扭转动力矩时，无附带横向力产生，避免了弯曲变形振动的产生。本发明还提供了一种扭转疲劳试验方法，简单易操作，适合于工业广泛应用。

技术领域

本发明涉及扭转疲劳强度测试技术领域，尤其涉及一种磁致伸缩材料驱动的扭转疲劳试验装置及方法。

背景技术

疲劳是工程结构构件在循环载荷作用下发生破坏的现象。现代工程的许多装备或设施，如航空航天器(飞机、火箭、宇宙飞船等)、高速火车车辆及轨道、汽车、发电装备，工程机械、桥梁等，其主要零件或构件都是在随时间变化的荷载作用下工作，疲劳是其主要的失效形式。随着航空航天、汽车、高速铁路、核工业等领域技术的高速发展，许多装备的零部件在其服役期内，承受的振动载荷的循环次数，将高达10⁹～10¹¹，属于材料超高周疲劳范畴，但超高周疲劳强度往往小于常规疲劳试验得到的疲劳强度。

目前国内外对超高周疲劳研究的热点集中在轴向载荷作用下材料的疲劳性能，疲劳试验还局限于材料受到超高周拉压交变应力作用下疲劳强度的测定。其原理是用压电超声换能器产生20KHz的纵向波，用纵向位移放大器放大后再作用于待测材料拉伸试件，而拉伸试件设计为纵向自振最低频率为20KHz，这样在拉伸试件上产生纵向共振，从而实现材料的超高周疲劳试验。

作为传动机械的主要部件，传动轴在实际的工况下，扭转载荷是主要的工作载荷之一。虽然目前针对材料在超高周范围内受到扭转载荷作用的疲劳强度的研究工作较少，但也有研究人员提出了一个扭转疲劳试验解决方案；如公开号为CN103323341A的中国专利提出一种利用一个压电超声波换能器产生20kHz的纵向波，将此纵向波用纵向位移放大器放大，纵向位移放大器与耦合器通过螺杆连接，将纵向谐振波转换成扭转谐振波，再通过扭转放大器作用于扭转试件，从而实现超声扭转振动载荷的加载。但这种方法由于对试件的横向约束不够，在激发试件扭转共振时不仅会产生扭转疲劳，还有可能产生横向的弯曲疲劳破坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种磁致伸缩材料驱动的扭转疲劳试验装置及方法，该扭转疲劳试验装置稳定性好，消除了弯曲疲劳破坏的可能，可靠性高，且实验装置本身不会产生疲劳以及失效等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁致伸缩材料驱动的扭转疲劳试验装置，用于对试件进行扭转疲劳试验，其特征在于，所述扭转疲劳试验装置包括：底座、固定框架、空气止推轴承、磁致伸缩驱动器、扭转角位移放大器和联轴转盘；

所述底座呈矩形板状结构，所述底座的四个端角处垂直设置有固定框架导向柱；

所述固定框架呈矩形框架结构，所述固定框架上开设有与所述固定框架导向柱配合的导向孔；所述固定框架嵌套设置在固定框架导向柱上，可沿所述固定框架导向柱在竖直方向移动；

所述空气止推轴承设置在所述底座的中心位置，用于对所述试件的底端进行约束；

所述磁致伸缩驱动器具有四个且两两错位对称垂直设置于所述固定框架的内侧，所述磁致伸缩驱动器与所述底座平行，各个所述磁致伸缩驱动器的固定端与所述固定框架四面内侧壁固定连接，各个所述磁致伸缩驱动器的驱动杆均与所述联轴转盘的外轮廓连接，所述联轴转盘中心位置设置有用于与所述试件顶端连接的扭转角位移放大器，所述扭转角位移放大器与所述空气止推轴承同轴设置，所述磁致伸缩驱动器用于驱动所述联轴转盘带动所述扭转角位移放大器转动以实现所述试件的扭转疲劳试验。