谐振式三点弯高温疲劳试验机制造技术

本发明专利技术公开了谐振式三点弯高温疲劳试验机，下夹具、主动杆、动力传感器、静力传感器、激振杆、激振器相互连接构成动力加载运动组件，为保持动力加载运动组件轴向单自由度运动，利用下运动定位簧片、上运动定位簧片将动力加载运动组件横向约束于主机架上，只容许其上下运动。在动力加载运动组件与主机架之间加装可调刚度弹簧，以便实现较高的谐振频率。上夹具固定在静载调节装置上，加热炉位于加热炉支架上。主机架固定在底座上，加热炉支架和底座放置在地面上。本发明专利技术通过疲劳试验机与高温夹具的一体化设计，得到能够满足高温环境的谐振式疲劳试验装置，既满足高温环境又满足高效率实验要求。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及谐振式三点弯高温疲劳试验机，属于材料与结构力学性能实验领域。
技术介绍
：材料的疲劳试验对材料的性能研究及结构的完整性预测有着重要的作用。材料疲劳试验设备有电磁谐振式高频疲劳试验机和电液伺服式疲劳试验机。相比电液伺服式疲劳试验机，电磁谐振式高频疲劳试验机主要是工作效率高，体现在工作频率高、试验时间短、能量消耗低、试验费用低、试验波形好、磨损小、节能环保。谐振式高频疲劳试验机国外主要以瑞士Amdler及英国Instron公司产品为代表，国内研制厂家是长春试验机研究所和红山试验机厂两家。但无论是国外还是国内，都没有专门针对高温环境的疲劳试验机产品。当需要高温环境疲劳试验时，一般用高温炉作为热环境模拟装置，试验对象放置在高温炉中，同时需要设计耐热夹具，耐热夹具一端夹持试验件，另一端连于试验机的加载端。因此，耐热夹具的设计及其关键，一方面要承受高温环境，另一方面要传递载荷和位移，需具备耐热、隔热、传力能力，体积不能过大，同时还需具备足够的刚度。因为夹具及连接设计难度大，因此目前的疲劳试验机加高温夹具的模式仅限于工作频率较低的电液伺服式疲劳试验机上，导致试验效率较低。因此，通过疲劳试验机与高温夹具的一体化设计，利用谐振式疲劳试验机原理，解决耐热、隔热、传力及刚度要求，设计能够满足高温环境的谐振式疲劳试验装置，既满足高温环境又满足高效率实验要求，成为疲劳试验领域关注的焦点。
技术实现思路
：本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供谐振式三点弯高温疲劳试验机，通过疲劳试验机与高温夹具的一体化设计，得到能够满足高温环境的谐振式疲劳试验装置，既满足高温环境又满足高效率实验要求。本专利技术的技术解决方案是：谐振式三点弯高温疲劳试验机，包括加热炉、上夹具、下夹具、加热炉支架、静载调节装置、主动杆、动力传感器、静力传感器、激振杆、激振器、主机架、可调刚度弹簧、下运动定位簧片、上运动定位簧片、加速度传感器和底座；上夹具和下夹具配合用于夹持试验件，上夹具一端固定在静载调节装置上，通过调节静载调节装置调节上夹具上下移动，实现对试验件静力加载；主机架为带有上盖的空心圆柱体，所述静载调节装置放置在主机架上盖上，下夹具底端与主动杆连接，上运动定位簧片和下运动定位簧片均为圆环状结构，上运动定位簧片套在主动杆上部，下运动定位簧片套在主动杆下部，上运动定位簧片和下运动定位簧片的外圆周壁均固定连接在主机架内壁上；主动杆底端连接有加速度传感器和动力传感器，动力传感器和静力传感器的接口之间通过连接件连接，静力传感器同时通过激振杆与激振器连接，可调刚度弹簧套在静力传感器与激振杆的连接处，且与静力传感器和激振杆固定连接，可调刚度弹簧外圆周固定连接在主机架内壁上；加热炉支架位于主机架外围，加热炉支架上放置有加热炉，装配到位时，上夹具和下夹具用于夹持试验件的部位位于加热炉内；主机架固定在底座上，加热炉支架和底座放置在地面上。下夹具底端与主动杆通过弹性抱箍装置连接，所述弹性抱箍装置包括抱箍、紧固螺母、弹簧垫圈和抱箍外套，抱箍为上宽下窄的空心锥状结构，套在下夹具下部，抱箍外侧设置有抱箍外套，主动杆上端外壁加工有螺纹，紧固螺母套在主动杆上端外壁螺纹处，弹簧垫圈套在主动杆外围，位于紧固螺母和抱箍外套之间，且与主动杆紧固连接。所述主机架侧壁上开有多个通孔。所述主机架上盖下方设计有导向轨，静载调节装置的支脚穿过主机架上盖，且位于导向轨内。还包括锁紧装置，所述锁紧装置位于静载调节装置上，当试验件静力加载到位时，该锁紧装置能够将静载调节装置锁在主机架上盖上。还包括减震支腿，所述底座通过减震支腿放置在地面上，减震支腿底面材料为橡胶。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术夹具与试验机一体化设计，通过合理的整体布局，使上夹具、下夹具及加热炉位于试验机的最上部，从而保证其他部位受热程度最小，是实现高温环境谐振式疲劳试验的关键。(2)目前的谐振式疲劳试验机不具备刚度调节装置，本专利技术通过可调刚度弹簧实现刚度调节，能够实现不同的谐振频率。(3)下夹具与主动杆采用弹性抱箍装置连接，既保证了热匹配又要有足够的刚度，同时紧固螺母与抱箍外套之间采用弹簧垫圈使锁紧为可压缩状态，使连接点不易膨胀损坏。(4)本专利技术试验机结构布局紧凑合理，使自身共振频率较高(达200Hz)，从而能够实现较高的工作频率，大大提高了试验效率，且操作简便，试验成本低。附图说明：图1为本专利技术结构示意图；图2为下夹具与主动杆连接示意图。具体实施方式：如图1所示，本专利技术提出一种谐振式三点弯高温疲劳试验机，包括加热炉1、上夹具2、下夹具3、加热炉支架4、静载调节装置、主动杆7、动力传感器8、静力传感器9、激振杆10、激振器11、主机架12、可调刚度弹簧13、下运动定位簧片14、上运动定位簧片15、加速度传感器18和底座19。上夹具2和下夹具3配合用于夹持试验件5，上夹具2一端固定在静载调节装置上，通过调节静载调节装置调节上夹具2上下移动，实现对试验件静力加载。主机架12为带有上盖的空心圆柱体，静载调节装置放置在主机架12上盖上，下夹具3底端与主动杆7连接，上运动定位簧片15和下运动定位簧片14均为圆环状结构，上运动定位簧片15套在主动杆7上部，下运动定位簧片14套在主动杆7下部，上运动定位簧片15和下运动定位簧片14的外圆周壁均固定连接在主机架12内壁上；主动杆7底端连接有加速度传感器18和动力传感器8，动力传感器8和静力传感器9的接口之间通过连接件连接，静力传感器9同时通过激振杆10与激振器11连接，可调刚度弹簧13套在静力传感器9与激振杆10的连接处，且与静力传感器9和激振杆10固定连接，可调刚度弹簧13外圆周固定连接在主机架12内壁上。加热炉支架4位于主机架12外围，加热炉支架4上放置有加热炉1，装配到位时，上夹具2和下夹具3用于夹持试验件的部位位于加热炉1内。主机架12上设计有加强筋，用于增加主机架刚度，主机架12固定在底座19上，加热炉支架4和底座19放置在地面上。本专利技术中，下夹具3、主动杆7、动力传感器8、静力传感器9、激振杆10、激振器11相互连接构成动力加载运动组件，为保持动力加载运动组件轴向单自由度运动，利用下运动定位簧片14、上运动定位簧片15将动力加载运动组件横向约束于主机架12上，只容许其上下运动。在动力加载运动组件与主机架12之间加装可调刚度弹簧13，以便实现较高的谐振频率。在动力加载运动组件上安装有动力传感器8、静力传感器9、加速度传感器18。上夹具2固定在静载调节机构上，静载调节机构与主机架12可实现相对上下运动。下夹具3处于高温环境中，工作环境达1000℃，而下夹具3与主动杆7相连，因为谐振频率的要求，连接需要足够的刚度，但为了降低主动杆7的设计成本，主动杆7采用钢材料，只能耐受600℃，因此下夹具3与主动杆7连接点选在下夹具3的最下端，使得连接点温度最小。为实现上下夹具耐高温，选择陶瓷材料，因陶瓷材料较脆，受热膨胀变形，连接点对其约束容易使其损坏，即连接点设计是关键，既要保证热匹配又要有足够的刚度。因此连接点采用弹性抱箍装置连接，如图2所示，弹性抱箍装置包括抱箍20、紧固螺母22、弹簧垫圈23和抱箍外套24，抱箍20为上宽下窄的空心锥状结构，套在下夹具3下本文档来自技高网...

【技术保护点】
谐振式三点弯高温疲劳试验机，其特征在于：包括加热炉(1)、上夹具(2)、下夹具(3)、加热炉支架(4)、静载调节装置、主动杆(7)、动力传感器(8)、静力传感器(9)、激振杆(10)、激振器(11)、主机架(12)、可调刚度弹簧(13)、下运动定位簧片(14)、上运动定位簧片(15)、加速度传感器(18)和底座(19)；上夹具(2)和下夹具(3)配合用于夹持试验件(5)，上夹具(2)一端固定在静载调节装置上，通过调节静载调节装置调节上夹具(2)上下移动，实现对试验件静力加载；主机架(12)为带有上盖的空心圆柱体，所述静载调节装置放置在主机架(12)上盖上，下夹具(3)底端与主动杆(7)连接，上运动定位簧片(15)和下运动定位簧片(14)均为圆环状结构，上运动定位簧片(15)套在主动杆(7)上部，下运动定位簧片(14)套在主动杆(7)下部，上运动定位簧片(15)和下运动定位簧片(14)的外圆周壁均固定连接在主机架(12)内壁上；主动杆(7)底端连接有加速度传感器(18)和动力传感器(8)，动力传感器(8)和静力传感器(9)的接口之间通过连接件连接，静力传感器(9)同时通过激振杆(10)与激振器(11)连接，可调刚度弹簧(13)套在静力传感器(9)与激振杆(10)的连接处，且与静力传感器(9)和激振杆(10)固定连接，可调刚度弹簧(13)外圆周固定连接在主机架(12)内壁上；加热炉支架(4)位于主机架(12)外围，加热炉支架(4)上放置有加热炉(1)，装配到位时，上夹具(2)和下夹具(3)用于夹持试验件的部位位于加热炉(1)内；主机架(12)固定在底座(19)上，加热炉支架(4)和底座(19)放置在地面上。...

【技术特征摘要】
1.谐振式三点弯高温疲劳试验机，其特征在于：包括加热炉(1)、上夹具(2)、下夹具(3)、加热炉支架(4)、静载调节装置、主动杆(7)、动力传感器(8)、静力传感器(9)、激振杆(10)、激振器(11)、主机架(12)、可调刚度弹簧(13)、下运动定位簧片(14)、上运动定位簧片(15)、加速度传感器(18)和底座(19)；上夹具(2)和下夹具(3)配合用于夹持试验件(5)，上夹具(2)一端固定在静载调节装置上，通过调节静载调节装置调节上夹具(2)上下移动，实现对试验件静力加载；主机架(12)为带有上盖的空心圆柱体，所述静载调节装置放置在主机架(12)上盖上，下夹具(3)底端与主动杆(7)连接，上运动定位簧片(15)和下运动定位簧片(14)均为圆环状结构，上运动定位簧片(15)套在主动杆(7)上部，下运动定位簧片(14)套在主动杆(7)下部，上运动定位簧片(15)和下运动定位簧片(14)的外圆周壁均固定连接在主机架(12)内壁上；主动杆(7)底端连接有加速度传感器(18)和动力传感器(8)，动力传感器(8)和静力传感器(9)的接口之间通过连接件连接，静力传感器(9)同时通过激振杆(10)与激振器(11)连接，可调刚度弹簧(13)套在静力传感器(9)与激振杆(10)的连接处，且与静力传感器(9)和激振杆(10)固定连接，可调刚度弹簧(13)外圆周固定连接在主机架(12)内壁上；加热炉支架(4)位于主机架(12)外围，加热炉支架(4)上放置有加热炉(1)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建民，李海波，丁竹生，吴建国，刘宝瑞，王龙，任方，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11