[发明专利]一种自适应频率式超声疲劳试验机

摘要

本发明涉及一种材料试验设备领域用的自适应频率式超声疲劳试验机。它解决超声疲劳试验频率适应和平均应力加载的问题。其技术方案是：换能定位座、固定支座和位移放大器的固有频率均为20kHz，调整换能定位座、固定支座和位移放大器连接位置的旋合尺寸，可以有效调节超生发生组件整体的固有频率在一定范围内调整；试件后端和位移放大器前端用螺柱固紧，加载支座可以对试件施加拉、压应力载荷。本发明可以在实现超声疲劳试验中的平均应力加载；采用PID闭环控制自动调整超声发生组件固有频率和试件固有频率匹配，有效提高了超声疲劳试验精度，保证试验数据有效性；本发明可实现20kHz频率疲劳试验，有效缩短疲劳试验时间，可高效完成10¹⁰周次疲劳测试。

主权项

1.一种自适应频率式超声疲劳试验机，是由超声发生组件(01)、动力输出组件(02)、平均应力加载组件(03)、后锁紧组件(04)、前锁紧组件(05)、锁紧输出组件(06)、后调频组件(07)、前调频组件(08)、调频输出组件(09)、离合传动组件a(31)、离合传动组件b(32)、离合传动组件c(33)、离合传动组件d(34)、定位立板(11)、导杆a(12)、导杆固定座(13)、导杆b(14)、前离合安装座(15)、后离合安装座(16)和试件(17)构成；超声发生组件(01)包括换能器(011)、换能定位座(012)、后锁紧螺母(013)、固定支座(014)、前锁紧螺母(015)、位移放大器(016)；动力输出组件(02)包括伺服电机(021)、减速器(022)、联轴器(023)、传动接头(024)、推力轴承a(025)、推力轴承b(026)、动力输出齿轮(027)、传动丝杠(028)；平均应力加载组件(03)包括拉力螺杆(031)、加载支座(032)、托盘(033)、滑套a(034)、滑动板(035)、载荷支座(036)、载荷传感器(037)、滑套b(038)、防转臂(039)、滑套c(0310)、推力套筒(0311)、丝杠螺母(0312)；后锁紧组件(04)包括后锁紧轴(041)、后锁紧锥齿轮(042)、后锁紧齿轮(043)；前锁紧组件(05)包括前锁紧轴(051)、前锁紧锥齿轮(052)、前锁紧齿轮(053)；锁紧输出组件(06)包括锁紧输出锥齿轮a(061)、锁紧输入齿轮(062)、锁紧输出轴(063)、锁紧输出锥齿轮b(064)；后调频组件(07)包括后调频齿轮(071)、后调频轴(072)、后调频锥齿轮(073)；前调频组件(08)包括前调频轴(081)、前调频锥齿轮(082)、前调频齿轮(083)；调频输出组件(09)包括调频输出锥齿轮a(091)、调频输入齿轮(092)、调频输出轴(093)、调频输出锥齿轮b(094)；离合传动组件a(31)、离合传动组件b(32)、离合传动组件c(33)、离合传动组件d(34)的结构组成相同，均包括离合输出锥齿轮(301)、输出齿轮轴(302)、电磁铁(303)、弹簧(304)、绝磁花键轴(305)、导磁花键套(306)、绝磁齿轮轴(307)、离合输入锥齿轮(308)；其特征在于：导杆a(12)和导杆b(14)外圆两端设置有台阶轴，导杆a(12)和导杆b(14)两端外圆设置为公螺纹；定位立板(11)安装在导杆a(12)和导杆b(14)的后端台阶轴上，导杆固定座(13)安装在导杆a(12)和导杆b(14)前端台阶轴上；导杆a(12)和导杆b(14)的两端分别用螺母锁紧，定位立板(11)和导杆固定座(13)分别与机架固定连接；在超声发生组件(01)中，换能器(011)可以把超声频率发生器输出的电信号转化为机械振动信号输出，换能器(011)前端和换能定位座(012)后端用螺柱连接固紧；换能定位座(012)前端内腔设置为母螺纹，换能定位座(012)外圆前端设置为齿轮结构；后锁紧螺母(013)内腔设置为母螺纹，外部设置为齿轮结构；前锁紧螺母(015)内腔设置为母螺纹，外部设置为齿轮结构；固定支座(014)中部设置为法兰结构，法兰结构上均匀设置六个通孔，固定支座(014)外圆两端设置为公螺纹结构；位移放大器(016)后端内腔设置为母螺纹，位移放大器(016)外圆后端设置为齿轮结构，位移放大器(016)前端轮廓直径小于后端轮廓直径，位移放大器(016)前端设置有螺纹孔；后锁紧螺母(013)安装在固定支座(014)后端公螺纹上，换能定位座(012)前端母螺纹和固定支座(014)后端公螺纹配合；前锁紧螺母(015)安装在固定支座(014)前端的公螺纹上，位移放大器(016)后端和固定支座(014)前端公螺纹配合；固定支座(014)中部的法兰结构用螺钉固定在定位立板(11)上部；前离合安装座(15)用螺钉固定在定位立板(11)前端面，后离合安装座(16)用螺钉固定在定位立板(11)后端面；在动力输出组件(02)中，伺服电机(021)和减速器(022)后端用螺钉固定，减速器(022)前端和后离合安装座(16)用螺钉固定，减速器(022)的输出轴穿过后离合安装座(16)后部的通孔；联轴器(023)后端和减速器(022)输出轴平键传动，联轴器(023)前端和传动接头(024)后端平键传动；传动丝杠(028)外圆前部设置为丝杠结构，传动丝杠(028)外圆中部设置有键槽，传动丝杠(028)后端设置为螺纹；动力输出齿轮(027)和传动丝杠(028)外圆中部用平键连接，推力轴承a(025)和推力轴承b(026)分别安装在传动丝杠(028)后部外圆上，传动接头(024)前端和传动丝杠(028)后端螺纹固紧；传动丝杠(028)穿过定位立板(11)中部通孔，推力轴承a(025)和定位立板(11)后端面贴合，推力轴承b(026)和定位立板(11)前端面贴合；在平均应力加载组件(03)中，加载支座(032)内腔设置为台阶孔，加载支座(032)和滑动板(035)上部法兰连接，拉力螺杆(031)放置于加载支座(032)内腔台阶孔内；托盘(033)和滑动板(035)用螺钉固紧，托盘(033)安装在加载支座(032)下方位置；滑套a(034)外圆和滑动板(035)上部通孔配合，滑套a(034)和滑动板(035)用螺钉固定；滑套b(038)和滑动板(035)下部通孔配合，滑套b(038)和滑动板(035)用螺钉固定；载荷传感器(037)为轮辐式结构，载荷传感器(037)内腔和载荷支座(036)外圆中部丝扣固紧，载荷传感器(037)和滑动板(035)中部用螺钉固紧；载荷支座(036)后端和推力套筒(0311)前端用螺钉固紧；滑套c(0310)安装在防转臂(039)下部通孔内，滑套c(0310)和防转臂(039)用螺钉固定，防转臂(039)上端和推力套筒(0311)外圆用螺钉固定；丝杠螺母(0312)外圆在推力套筒(0311)内腔前部配合，丝杠螺母(0312)和推力套筒(0311)用螺钉固定；丝杠螺母(0312)和传动丝杠(028)前部的丝杠结构配合，构成丝杠螺母副，滑套a(034)内腔套在导杆a(12)外圆上，滑套b(038)和滑套c(0310)的内腔分别套在导杆b(14)外圆上；离合传动组件a(31)和离合传动组件c(33)分别安装在后离合安装座(16)上，离合传动组件b(32)和离合传动组件d(34)分别安装在前离合安装座(15)上；在锁紧输出组件(06)中，锁紧输出锥齿轮a(061)和锁紧输出轴(063)前端用螺钉固紧，锁紧输出锥齿轮b(064)和锁紧输出轴(063)后端用螺钉固紧，锁紧输入齿轮(062)和锁紧输出轴(063)前部用键连接；锁紧输出轴(063)前端用轴承安装在前离合安装座(15)安装孔内，锁紧输出轴(063)后端用轴承安装在后离合安装座(16)安装孔内；锁紧输入齿轮(062)和动力输出齿轮(027)啮合，锁紧输出锥齿轮a(061)和离合传动组件b(32)中的离合输入锥齿轮(308)啮合，锁紧输出锥齿轮b(064)和离合传动组件a(31)中的离合输入锥齿轮(308)啮合；在调频输出组件(09)中，调频输出锥齿轮a(091)和调频输出轴(093)前端用螺钉固紧，调频输出锥齿轮b(094)和调频输出轴(093)后端用螺钉固紧，调频输入齿轮(092)和调频输出轴(093)前部用键连接；调频输出轴(093)前端用轴承安装在前离合安装座(15)安装孔内，调频输出轴(093)后端用轴承安装在后离合安装座(16)安装孔内；调频输入齿轮(092)和动力输出齿轮(027)啮合，调频输出锥齿轮a(091)和离合传动组件d(34)中的离合输入锥齿轮(308)啮合，调频输出锥齿轮b(094)和离合传动组件c(33)中的离合输入锥齿轮(308)啮合；在后锁紧组件(04)中，后锁紧锥齿轮(042)和后锁紧轴(041)后部用螺钉固紧，后锁紧齿轮(043)和后锁紧轴(041)前部用键连接；后锁紧齿轮(043)和后锁紧螺母(013)啮合，后锁紧锥齿轮(042)和离合传动组件a(31)中的离合输出锥齿轮(301)啮合；后锁紧轴(041)前端用轴承安装在定位立板(11)安装孔内，后锁紧轴(041)后端用轴承安装在后离合安装座(16)安装孔内；在前锁紧组件(05)中，前锁紧锥齿轮(052)和前锁紧轴(051)前部用螺钉固紧，前锁紧齿轮(053)和前锁紧轴(051)后部用键连接；前锁紧齿轮(053)和前锁紧螺母(015)啮合，前锁紧锥齿轮(052)和离合传动组件b(32)中的离合输出锥齿轮(301)啮合；前锁紧轴(051)前端用轴承安装在前离合安装座(15)安装孔内，前锁紧轴(051)后端用轴承安装在定位立板(11)安装孔内；在后调频组件(07)中，后调频齿轮(071)和后调频轴(072)后部用键连接，后调频锥齿轮(073)和后调频轴(072)前部用螺钉固紧；后调频齿轮(071)和换能定位座(012)前端齿轮结构啮合，后调频锥齿轮(073)和离合传动组件c(33)中的离合输出锥齿轮(301)啮合；后调频轴(072)前端用轴承安装在定位立板(11)安装孔内，后调频轴(072)后端用轴承安装在后离合安装座(16)安装孔内；在前调频组件(08)中，前调频锥齿轮(082)和前调频轴(081)前部用螺钉固紧，前调频齿轮(083)和前调频轴(081)后部用键连接；前调频齿轮(083)和位移放大器(016)后端齿轮结构啮合，前调频锥齿轮(082)和离合传动组件d(34)中的离合输出锥齿轮(301)啮合；前调频轴(081)前端用轴承安装在前离合安装座(15)安装孔内，前调频轴(081)后端用轴承安装在定位立板(11)安装孔内；试件(17)后端和位移放大器(016)前端用螺柱固紧，在进行受压平均应力加载试验时，加载支座(032)直接顶在试件(17)前端施加压应力载荷，在进行受拉平均应力加载试验时，试件(17)前端与拉力螺杆(031)后端螺纹固紧，加载支座(032)拉动拉力螺杆(031)施加拉应力载荷。