CN104359773B - 一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，该试验机包括支撑台、电机、试件、通用夹具、安装立柱、底座、电控***、信号发生***、拉扭复合式传感器及传动变速***，所述的电机与传动变速***均设置在底座上，所述的传动变速***的输入端与电机的输出轴固定连接，输出端设有拉扭复合式传感器，所述的拉扭复合式传感器通过电路与电控***相连接，所述的信号发生***通过电路依次与电控***、电机相连接。与现有技术相比，本发明可以方便地实现零部件的拉伸疲劳试验和扭转疲劳试验，极大地缩短了疲劳试验的周期，进而为降低整车开发的周期提供基础。
Description
技术领域
本发明属于机械加工检测技术领域，涉及一种疲劳试验机，尤其是涉及一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机。
背景技术
汽车的耐久性是汽车的重要性能，汽车零部件疲劳试验是提高汽车耐久性的重要方法。疲劳试验机是检测材料、零部件、结构疲劳性能的重要仪器设备，是材料行业和各级质监部门对材料性能检测最常用的设备之一。然而，目前大多数疲劳试验机均通过液压***控制，这使得试验机存在整体尺寸大、结构复杂、控制不够精确等技术缺陷，而且液压疲劳试验机的成本较高，对维护的要求与试验环境的要求也高。大部分疲劳试验机只能实现单一的拉伸或扭转疲劳试验，难以在同一台机器上进行多种疲劳试验，而且不能实现在同一台机器上对不同大小与形状的试件进行试验，设备的通用性不足。这无疑会给汽车零部件的检测工作带来不利影响。
目前，针对传统的电液式疲劳试验***所存在的技术缺陷，现已做了一些改进。例如，申请号为201410079784.1的中国发明专利公开了一种拉弯扭多轴加载疲劳试验机，该疲劳试验机主要是：设在机架上的步进电机A通过丝杠和空心拉伸轴与卡盘A一侧相连，可检测试件拉伸疲劳；步进电机B与偏心轴相连，偏心轴上设偏心轮、弯曲连杆及弯曲施力机构，其可检测试件弯曲疲劳；偏心轴上还设另一偏心轮和扭转连杆，其通过连接杆、过渡连杆和扭转摇杆与空心扭转轴连接，该空心扭转轴与卡盘B相连，可检测试件扭转疲劳。虽然，该发明可以完成对试件材料从拉伸、弯曲、扭转单一到多轴不同组合加载情况下的疲劳性能的测试，但其存在的不足之处在于其设备的通用性较差，只能适用于某一形状或尺寸大小的试件进行试验。申请号为200920196457.9的中国实用新型专利公布了一种疲劳试验机，该专利采用曲柄摇杆机构将主输出轴与主传动轴相连接，虽然能够有效避免因驱动电机频繁的正反切换而造成驱动电机的损坏，但是其结构连接较为复杂，所需的零部件较多，只能适用于试件的扭转疲劳试验，而不能进行拉伸疲劳试验，其使用性有限，而且曲柄摇杆机构的使用稳定性及试验检测的准确性有待提高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过改变齿轮的啮合位置，可方便实现扭转疲劳试验与拉伸疲劳试验，实现了一机多用的汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，该试验机包括支撑台、电机、试件、通用夹具、安装立柱及底座，所述的安装立柱与底座分别相向设置在支撑台上的左、右两侧，该试验机还包括电控***、信号发生***、拉扭复合式传感器及传动变速***，所述的电机与传动变速***均设置在底座上，所述的传动变速***的输入端与电机的输出轴固定连接，输出端设有拉扭复合式传感器，所述的通用夹具为一对，分别相向设置在安装立柱与拉扭复合式传感器上，所述的试件固定在两通用夹具之间，所述的拉扭复合式传感器通过电路与电控***相连接，所述的信号发生***通过电路依次与电控***、电机相连接。
所述的支撑台上设有两段内嵌式T型螺栓滑槽，所述的安装立柱的底部通过T型螺栓滑槽可滑动地设置在支撑台上。T型的设计是为了让螺栓方便的进入滑槽，滑槽较长的方向与试件方向保持一致，滑槽的截面同样为T型，以便与螺栓形成配合。
所述的安装立柱包括上底板、中间立柱及下底板，所述的上底板设置在中间立柱的顶部，中间立柱的底部通过下底板设置在T型螺栓滑槽上，所述的上底板与下底板上均对称设有4个螺栓孔，并通过固定块设置在中间立柱上。
所述的下底板上的4个螺栓孔平均分成2排，每排螺栓孔的位置与相应T型螺栓滑槽的位置相匹配，所述的下底板上的螺栓穿过螺栓孔插设在T型螺栓滑槽中。
所述的传动变速***包括第一传动轴、第二传动轴、蜗轮蜗杆组、齿轮齿条组、传动齿轮及主轴，所述的第一传动轴的一端与电机的输出轴固定连接，另一端通过键与齿轮齿条组中的齿轮相连接，所述的齿轮齿条组中的齿条设置在主轴上，所述的第二传动轴与第一传动轴平行设置，并依次与传动齿轮、蜗轮蜗杆组中的蜗杆固定连接，所述的蜗轮蜗杆组中的蜗杆与蜗轮啮合，所述的蜗轮通过键与主轴相连接。
所述的信号发生***包括计算机及函数发生器，所述的电控***为电控器，所述的函数发生器的输入端与计算机相连接，输出端与电控器相连接，所述的电控器通过电路依次与电机、拉扭复合式传感器相连接，在工作过程中，可以不断发生指令信号。
所述的电控***包括电控器，可以将信号发生***生成的指令信号转换为电驱动信号，并通过将拉扭复合式传感器回传的信号与电驱动信号作比较，采用PID控制原理，实现各种指令动作的准确到位。
所述的支撑台采用表面渗碳淬火的45钢制备而成，既具有较好的表面硬度，又具有适宜的刚度。
在进行拉压疲劳试验时，所述的齿轮齿条组中的齿轮、齿条相啮合，此时，齿轮与传动齿轮相分离，所述的电机输出轴将转矩直接传递至第一传动轴，该第一传动轴通过键连接将转矩传递至齿轮齿条组，齿轮、齿条将转动变为主轴的平动，进而拉伸试件，调节电机反向转动，主轴的运动方向发生改变，进而压缩试件，完成一次拉压疲劳试验；
在进行扭转疲劳试验时，拨动齿轮齿条组中的齿轮，使其与所述的传动齿轮相啮合，此时，齿轮齿条组中的齿轮、齿条相分离，所述的传动齿轮通过第二传动轴把转矩传递至蜗轮蜗杆组，蜗轮、蜗杆改变转动的方向，并把转矩通过键连接传递到主轴，进而扭转试件，完成一次扭转疲劳试验。
在进行拉压疲劳试验时，由于蜗轮蜗杆组中的蜗轮与主轴通过键连接，在主轴前后平动的时候，并不会带动蜗轮蜗杆组前后运动，两者不会产生干涉，所以，蜗轮蜗杆组并不会影响拉压疲劳试验的正常进行。
在进行拉压或扭转疲劳试验时，首先，固定好支撑台，并用通用夹具将试件夹紧，依次与拉扭复合式传感器、传动***相连，再根据试件的实际长度，左、右移动安装立柱，将安装立柱调整到适当位置，并拧紧螺母，即可进行后续的试验。
工作时，信号发生***根据需要施加的载荷谱，产生指令信号；电控***根据指令信号产生电驱动信号，并将电驱动信号传入电机；电机输出轴带动第一传动轴对试件施加载荷，所述的拉扭复合式传感器将检测到的拉压信号或扭转信号转化成电信号，并传送至电控***；电控***以PID原理为基础，对电信号进行修正、放大，以达到指定动作，完成对试件的拉压或扭转疲劳试验。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)由于采用通用夹具，并在支撑台上设置T型螺栓滑槽，使得安装立柱可移动地设置在支撑台上，这可以实现对不同形状与大小的汽车零部件进行拉压或扭转疲劳试验，具有显著的通用性；
2)由于采用特殊设计的传动***，在单输入的条件下，通过调节传动***中不同的啮合方式，可以实现对试件的拉伸或疲劳试验，有效缩短疲劳试验的周期，进而为降低整车开发的周期提供基础；
3)由于采用信号发生***及电控***，可以实现对试验过程加载的控制，使得试验更加精确，装置尺寸较小，有效降低试验成本。
附图说明
图1为本发明一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机的结构示意图；
图2为本发明一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机的传动变速***结构示意图；
图3为本发明一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机的工作流程图；
图中标记说明：
1-支撑台、2-电机、3-传动变速***、31-第一传动轴、32-第二传动轴、33-传动齿轮、34-蜗轮蜗杆组、35-齿轮齿条组、36-主轴、4-通用夹具、5-拉扭复合式传感器、6-T型螺栓滑槽、7-下底板、8-上底板、9-固定块、10-试件、11-中间立柱、12-底座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1～2所示，一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，该试验机包括支撑台1、电机2、试件10、通用夹具4、安装立柱及底座12，安装立柱与底座12分别相向设置在支撑台1上的左、右两侧，该试验机还包括电控***、信号发生***、拉扭复合式传感器5及传动变速***3，电机2与传动变速***3均设置在底座12上，传动变速***3的输入端与电机2的输出轴固定连接，输出端设有拉扭复合式传感器5，通用夹具4为一对，分别相向设置在安装立柱与拉扭复合式传感器5上，试件10固定在两通用夹具4之间，拉扭复合式传感器5通过电路与电控***相连接，信号发生***通过电路依次与电控***、电机2相连接。
支撑台1上设有两段内嵌式T型螺栓滑槽6，安装立柱的底部通过T型螺栓滑槽6可滑动地设置在支撑台1上。T型的设计是为了让螺栓方便的进入滑槽，滑槽较长的方向与试件方向保持一致，滑槽的截面同样为T型，以便与螺栓形成配合。
安装立柱包括上底板8、中间立柱11及下底板7，上底板8设置在中间立柱11的顶部，中间立柱11的底部通过下底板7设置在T型螺栓滑槽6上，上底板8与下底板7上均对称设有4个螺栓孔，并通过固定块9设置在中间立柱11上。
下底板7上的4个螺栓孔平均分成2排，每排螺栓孔的位置与相应T型螺栓滑槽6的位置相匹配，下底板7上的螺栓穿过螺栓孔插设在T型螺栓滑槽6中。
传动变速***3包括第一传动轴31、第二传动轴32、蜗轮蜗杆组34、齿轮齿条组35、传动齿轮33及主轴36，第一传动轴31的一端与电机2的输出轴固定连接，另一端通过键与齿轮齿条组35中的齿轮相连接，齿轮齿条组35中的齿条设置在主轴36上，第二传动轴32与第一传动轴31平行设置，并依次与传动齿轮33、蜗轮蜗杆组34中的蜗杆固定连接，蜗轮蜗杆组34中的蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮通过键与主轴36相连接。
信号发生***包括计算机及函数发生器，电控***为电控器，函数发生器的输入端与计算机相连接，输出端与电控器相连接，电控器通过电路依次与电机2、拉扭复合式传感器5相连接，在工作过程中，函数发生器可以不断发生指令信号。
电控***包括电控器，可以将信号发生***生成的指令信号转换为电驱动信号，并通过将拉扭复合式传感器5回传的信号与电驱动信号作比较，采用PID控制原理，实现各种指令动作的准确到位。
所述的支撑台1采用表面渗碳淬火的45钢制备而成，既具有较好的表面硬度，又具有适宜的刚度。
在进行拉压疲劳试验时，齿轮齿条组35中的齿轮、齿条相啮合，此时，齿轮与传动齿轮33相分离，电机2输出轴将转矩直接传递至第一传动轴31，该第一传动轴31通过键连接将转矩传递至齿轮齿条组35，齿轮、齿条将转动变为主轴36的平动，进而拉伸试件10，调节电机2反向转动，主轴36的运动方向发生改变，进而压缩试件10，完成一次拉压疲劳试验；
在进行扭转疲劳试验时，拨动齿轮齿条组35中的齿轮，使其与传动齿轮33相啮合，此时，齿轮齿条组35中的齿轮、齿条相分离，传动齿轮33通过第二传动轴32把转矩传递至蜗轮蜗杆组34，蜗轮、蜗杆改变转动的方向，并把转矩通过键连接传递到主轴36，进而扭转试件10，完成一次扭转疲劳试验。
在进行拉压疲劳试验时，由于蜗轮蜗杆组34中的蜗轮与主轴36通过键连接，在主轴36前后平动的时候，并不会带动蜗轮蜗杆组34前后运动，两者不会产生干涉，所以，蜗轮蜗杆组34并不会影响拉压疲劳试验的正常进行。
在进行拉压或扭转疲劳试验时，首先，固定好支撑台1，并用通用夹具4将试件10夹紧，依次与拉扭复合式传感器5、传动变速***3相连，再根据试件10的实际长度，左、右移动安装立柱，将安装立柱调整到适当位置，并拧紧螺母，即可进行后续的试验。
如图3所示，工作时，信号发生***根据需要施加的载荷谱，产生指令信号；电控***根据指令信号产生电驱动信号，并将电驱动信号传入电机2；电机2输出轴带动第一传动轴31对试件10施加载荷，拉扭复合式传感器5将检测到的拉压信号或扭转信号转化成电信号，并传送至电控***；电控***以PID原理为基础，对电信号进行修正、放大，以达到指定动作，完成对试件10的拉压或扭转疲劳试验。
Claims (7)
1.一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，该试验机包括支撑台(1)、电机(2)、试件(10)、通用夹具(4)、安装立柱及底座(12)，所述的安装立柱与底座(12)分别相向设置在支撑台(1)上的左、右两侧，其特征在于，该试验机还包括电控***、信号发生***、拉扭复合式传感器(5)及传动变速***(3)，所述的电机(2)与传动变速***(3)均设置在底座(12)上，所述的传动变速***(3)的输入端与电机(2)的输出轴固定连接，输出端设有拉扭复合式传感器(5)，所述的通用夹具(4)为一对，分别相向设置在安装立柱与拉扭复合式传感器(5)上，所述的试件(10)固定在两通用夹具(4)之间，所述的拉扭复合式传感器(5)通过电路与电控***相连接，所述的信号发生***通过电路依次与电控***、电机(2)相连接；
其中，所述的传动变速***(3)包括第一传动轴(31)、第二传动轴(32)、蜗轮蜗杆组(34)、齿轮齿条组(35)、传动齿轮(33)及主轴(36)，所述的第一传动轴(31)的一端与电机(2)的输出轴固定连接，另一端通过键与齿轮齿条组(35)中的齿轮相连接，所述的齿轮齿条组(35)中的齿条设置在主轴(36)上，所述的第二传动轴(32)与第一传动轴(31)平行设置，并依次与传动齿轮(33)、蜗轮蜗杆组(34)中的蜗杆固定连接，所述的蜗轮蜗杆组(34)中的蜗杆与蜗轮啮合，所述的蜗轮通过键与主轴(36)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，其特征在于，所述的支撑台(1)上设有两段内嵌式T型螺栓滑槽(6)，所述的安装立柱的底部通过T型螺栓滑槽(6)可滑动地设置在支撑台(1)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，其特征在于，所述的安装立柱包括上底板(8)、中间立柱(11)及下底板(7)，所述的上底板(8)设置在中间立柱(11)的顶部，中间立柱(11)的底部通过下底板(7)设置在T型螺栓滑槽(6)上，所述的上底板(8)与下底板(7)上均对称设有4个螺栓孔，并通过固定块(9)设置在中间立柱(11)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，其特征在于，所述的下底板(7)上的4个螺栓孔平均分成2排，每排螺栓孔的位置与相应T型螺栓滑槽(6)的位置相匹配，所述的下底板(7)上的螺栓穿过螺栓孔插设在T型螺栓滑槽(6)中。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，其特征在于，所述的信号发生***包括计算机及函数发生器，所述的电控***为电控器，所述的函数发生器的输入端与计算机相连接，输出端与电控器相连接，所述的电控器通过电路依次与电机(2)、拉扭复合式传感器(5)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，其特征在于，所述的支撑台(1)采用表面渗碳淬火的45钢制备而成。
7.根据权利要求1所述的一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机，其特征在于，
在进行拉压疲劳试验时，所述的齿轮齿条组(35)中的齿轮、齿条相啮合，此时，齿轮与传动齿轮(33)相分离，所述的电机(2)输出轴将转矩直接传递至第一传动轴(31)，该第一传动轴(31)通过键连接将转矩传递至齿轮齿条组(35)，齿轮、齿条将转动变为主轴(36)的平动，进而拉伸试件(10)，调节电机(2)反向转动，主轴(36)的运动方向发生改变，进而压缩试件(10)，完成一次拉压疲劳试验；
在进行扭转疲劳试验时，拨动齿轮齿条组(35)中的齿轮，使其与所述的传动齿轮(33)相啮合，此时，齿轮齿条组(35)中的齿轮、齿条相分离，所述的传动齿轮(33)通过第二传动轴(32)把转矩传递至蜗轮蜗杆组(34)，蜗轮、蜗杆改变转动的方向，并把转矩通过键连接传递到主轴(36)，进而扭转试件(10)，完成一次扭转疲劳试验。
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