文档介绍：疲劳试验机说明书
第一
1加载方案总体方案设计
:
图1 多轴加载疲劳试验机结构原理图
试件由左、右夹头夹持,电机带动带轮通过曲柄滑块机构作用于施力装置,实现疲劳试验机的弯曲疲劳。旋紧螺母通过丝杠结构给试件轴向加载预拉力。通过齿轮齿条结构和导轨上的扭簧给试件实现扭矩的疲劳加载。试验机又平台作为支撑结构,平台通过地脚螺栓固定,支撑起整个试验机的重量。

电动机选择可以调速的变频式电动机,以适应不同频率下的疲劳测试,电动机带动带轮将动力传递给曲柄滑块机构,结合齿轮齿条和扭转弹簧的共同作用,实现试件的弯曲、扭转疲劳试验,在此之前给定试件一个轴向的预拉力,实现了多轴加载情况下的疲劳测试。
图3 载荷传递流程图
对试件施加的扭矩和弯矩通过在试件上的贴的应变片连接动态应变仪通过PC机输出显示,而试件的寿命通过电机计数器测得试件的疲劳寿命。
2试件材料的机械性能和尺寸
试验中通常用的材料是Cr12、40Cr、45钢等,由于45钢应用
的普遍性以及其很高的机械性能,考虑试验机要有一定的裕度,所以选择45钢为材料的试件。
对于试件的尺寸采用标准的光滑圆柱试件进行疲劳试验。试件上加载扭矩和弯曲部分的尺寸和形状必须完全相同,而端部采用圆柱形便于夹头的装夹,过渡区域倒圆角,防止应力集中而影响试验的准确性,试件的尺寸如下图:
图5 标准试件结构尺寸 3疲劳应力循环
在疲劳试验中,试件的应力将随时间作周期性变化,这种随时间做周期性变化的力称为循环应力,在我国又经常称为交变应力。
完成一个应力循环所需的时间称为一个周期,以σmax和σmin分别表示循环中的最大和最小应力,比值
r?σmin σmax
称为交变应力的循环特征或应力比。σmax和F齿轮?F导轨?F?300N的代数
和的二分之一称为平均应力,即σm?(σmax?σmin)
σmax和σmin代数差的二分之一称为应力幅,即
1σa?(σmax?σmin)
212
图6 交变应力循环图
当r??1,σm?0,σa?σmax这种情况下称为对称循环,其他的情况都属于
不对称循环。若应力循环中的σmin?0 (或者σmax?0),表示交变应力
变动于某一
应力与零之间,即r?0,σa?σm?σmax或者r???,?σa?σm?σmin 这种情况称为脉动循环。
当把试件的初始位置放置于试验机的零点位置,即可以实现对称循环,其他不对称循环可以由其初始位置的不同选择,对应的应力变化则有时间上的应变片连接的动态应变仪测出。
4扭矩的加载计算 1212
根据试验机的要求,选用45钢为材料,对称扭转疲劳极限τ?1?150Mpa,即τmin?150Mpa
πR3πD3T由材料力学公式可知: Wt?? τ? ?wtR216Ip
故Tmin?τmin?Wt?15N?m
在最小的扭矩下,试件单位长度的扭转角
υmin?Tmin15??27° GIp80?109?D4
32
对于时间的实验部分是100mm长,故试件的最小扭转角:
υ,
min?υmin?L?27 ??
考虑到多轴加载疲劳试验机要实现