[发明专利]复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置及方法

权利要求书

1.一种复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置，其特征在于：包括高频疲劳模块（1）、拉伸/压缩加载模块（2）、立柱Ⅰ（3）、高温-氛围加载模块（4）、扭转加载模块（5）、上支撑板（6）、支撑平台（7）、立柱Ⅱ（8）、下支撑板（9）、隔振台（10），水平布置的上支撑板（6）、支撑平台（7）、下支撑板（9）与垂直布置的立柱Ⅰ（3）、立柱Ⅱ（8）之间通过螺栓连接，构成装置的主体框架，该主体框架中的下支撑板（9）通过螺钉紧固在带预留螺纹孔的隔振台（10）上；高频疲劳模块（1）主体部分安装在下移动板（216）上；拉伸/压缩加载模块（2）由驱动单元、加载与检测单元组成，驱动单元水平布置于下支撑板（9）上，加载与检测单元主体部分垂直安装于立柱Ⅰ（3）和立柱Ⅱ（8）上；高温-氛围加载模块（4）由真空/气氛环境单元、温度加载与防护单元组成，真空/气氛环境单元两端分别安装在上移动板（218）和下移动板（216）上，温度加载与防护单元主体设在支撑平台（7）上，支撑平台（7）上还预留有用于安装外部光学成像设备的螺纹孔；扭转加载模块（5）与高温-氛围加载模块（4）端部连接。

2.根据权利要求1所述的复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置，其特征在于：所述的高频疲劳模块（1）中，超声连接器Ⅰ（101）、超声变幅杆Ⅰ（102）、试件（103）、超声变幅杆Ⅱ（104）、超声连接器Ⅱ（105）、超声换能器（106）之间通过螺纹连接；超声连接器Ⅰ（101）和超声连接器Ⅱ（105）均通过振动波动理论设计而成，且在各自的波节面上设有连接法兰，其中，超声连接器Ⅰ（101）的法兰与扭转加载模块（5）通过螺栓固连，超声连接器Ⅱ（105）的法兰与拉伸/压缩加载模块（2）、高温-氛围加载模块（4）之间通过螺栓固连；通过超声连接器Ⅰ、Ⅱ波节面上的法兰对试件（103）施加的拉伸、压缩、扭转载荷，可避免所施加载荷与高频疲劳试验之间的相互影响。

3.根据权利要求1所述的复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置，其特征在于：所述的拉伸/压缩加载模块（2）采用伺服电机与同步带传动机构作为驱动单元，以丝杠螺母传动机构配合上移动板（218）和下移动板（216）作为加载单元，以拉压力传感器（223）作为力的检测单元；所述驱动单元中的伺服电机Ⅰ（210）输出端通过平键Ⅲ（211）与联轴器（209）一端连接，联轴器（209）另一端的径向凹槽与电机传力轴（212）的端部凸榫嵌装配合；电机传力轴（212）为两级阶梯且开有键槽，键槽中安装有平键Ⅰ（206），第一级阶梯和轴承端盖Ⅰ（207）分别用于固定主动带轮轴承（208）内圈和外圈的轴向位置，第二级阶梯和平键Ⅰ（206）分别实现主动带轮（205）的轴向与周向限位；所述加载单元中的具有双向螺纹结构的丝杠Ⅰ（213）和丝杠Ⅱ（225）分别与成对的丝杠螺母Ⅰ（215）和丝杠螺母Ⅱ（219）、丝杠螺母Ⅲ（220）和丝杠螺母Ⅳ（222）配合使用，结合与从动带轮Ⅰ（201）、从动带轮Ⅱ（203）之间的键连接方式，将从动带轮Ⅰ（201）和从动带轮Ⅱ（203）的同步转动转化为上移动板（218）和下移动板（216）的反向同步移动，在实现拉伸力/压缩力加载的同时保证试件（103）的几何中心观测位置不动；所述检测单元中拉压力传感器（223）与试件（103）采用同轴布置。

4.根据权利要求1所述的复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置，其特征在于：所述的扭转加载模块（5）中，伺服电机Ⅱ（501）通过螺钉紧固在支撑轴承腔体（502）上，支撑轴承腔体（502）与承力腔体（504）之间螺栓连接，承力腔体（504）通过周向4组螺钉紧固在上移动板（218）上；伺服电机Ⅱ（501）输出轴通过平键Ⅳ（505）与传力轴Ⅰ（507）连接，传力轴Ⅰ（507）与支撑轴承腔体（502）通过扭转轴承Ⅰ（506）、扭转轴承Ⅱ（508）、轴承端盖Ⅱ（503）连接，在保证传力轴Ⅰ（507）轴向限位的同时实现周向的自由；扭力传感器（509）两端分别与传力轴Ⅰ（507）、传力轴Ⅱ（510）的带法兰端通过螺钉固定，传力轴Ⅱ（510）另一端采用平键Ⅴ（511）、拧紧螺母（512）与传力框架（513）连接，实现周向、轴向传力。