CN106546478B - 一种机械式二维循环加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械式二维循环加载装置，包括驱动电机、联轴器、固定支座、支承轴承、主动齿轮、从动齿轮、第一曲柄机构、第一连杆、第一弹簧部件、第一夹持机构、主动锥齿轮、从动锥齿轮、第二曲柄机构、第二连杆、第二弹簧部件、第二夹持机构、横向固定夹紧机构、纵向固定夹紧机构、机座及各连接部位的螺栓和螺母。本发明采用双曲柄‑连杆机构配合锥齿轮传动，实现横向和纵向同时振动，可将驱动电机的匀速转动经过曲柄‑连杆‑锥齿轮机构变换成双向循环加载振动，且通过调节驱动曲柄的转速、调节曲柄偏心距、调节两根曲柄相互初始位置、选用不同刚度的弹簧，改变加载的载荷特征，使两种加载频率、相位关系、振幅和加载载荷大小均可调节。

Description

一种机械式二维循环加载装置
技术领域
本发明涉及一种机械式二维循环加载装置,主要应用于材料疲劳试验时产生二维加载的力学环境实验条件。
背景技术
在材料进行疲劳性能检测时，需要对测试样件施加循环载荷。对于零件一维受力状况，可直接在疲劳试验机上实现载荷的施加。但是有些零件在工作时，并不是只承受一维载荷的作用，特别是复合材料制作的零件，由于复合材料具有各向异性的特点，若采用一维载荷加载方式，不能准确地反应材料在多向载荷时的实际响应特性。为此，本发明提出一种机械式二维循环加载装置，能够同时实现横向和纵向加载，且载荷和振幅可调节。
发明内容
本发明针对材料多向加载的需求，提出一种机械式二维循环加载装置，这是一种曲柄-连杆-齿轮机构，可实现二维循环加载。通过调节驱动曲柄的转速、调节曲柄偏心距、调节两根曲柄相互初始位置、选用不同刚度的弹簧、能够改变加载的载荷特征。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种机械式二维循环加载装置，包括驱动电机、联轴器、固定支座、支承轴承、主动齿轮、从动齿轮、第一曲柄机构、第一连杆、第一弹簧部件、第一夹持机构、主动锥齿轮、从动锥齿轮、第二曲柄机构、第二连杆、第二弹簧部件、第二夹持机构、横向固定夹紧机构、纵向固定夹紧机构、机座及各连接部位的螺栓和螺母；所述的固定支座采用螺栓固定在机座上，所述的主动齿轮与驱动电机之间采用联轴器连接，所述的驱动电机经主动齿轮、从动齿轮连接第一曲柄机构；所述的第一曲柄机构后端连接主动锥齿轮，从动锥齿轮与主动锥齿轮形成齿轮副，从动锥齿轮另一端与第二曲柄机构相连；所述的第一连杆的一端套入第一曲柄机构中，另一端通过第一弹簧部件与第一夹持机构相连，所述的第一夹持机构横向夹持工件，所述的第二连杆的一端套入第二曲柄机构中，另一端通过第二弹簧部件与第二夹持机构相连，所述的第二夹持机构纵向夹持工件。
在机座上设有固定工件位置的夹紧机构，所述的第一夹持机构对面设有横向固定夹紧机构，所述的第二夹持机构对面设有纵向固定夹紧机构。
所述的驱动电机驱动第一曲柄机构匀速转动，带动第一连杆实现横向加载，经过齿轮副实现第二曲柄机构带动第二连杆的纵向加载，所述的横向加载和纵向加载能同时进行。
进一步的，所述的主动锥齿轮和从动锥齿轮齿数比可变，实现横向和纵向加载频率比。
进一步的，所述的第一连杆和第二连杆的初始位置分别可以调节，可以实现横向和纵向的同步或异步加载。
进一步的，所述的第一曲柄机构和第二曲柄机构的长度可调节。
进一步的，横向和纵向加载时，所述的第一弹簧部件和第二弹簧部件通过选用不同刚度的弹簧，可控制最大载荷力。
本发明采用双曲柄-连杆机构配合锥齿轮传动，实现横向和纵向同时振动，可将驱动电机的匀速转动经过曲柄-连杆-锥齿轮机构变换成双向循环加载振动。电机输出动力，经过主动齿轮和从动齿轮的减速，带动与从动齿轮同轴的曲柄机构转动，套装在曲柄上的连杆往复运动实现横向加载，曲柄的尾端主动锥齿轮与其轴向垂直的轴上从动锥齿轮相啮合，同时实现另一个方向的纵向加载。
机械式二维循环加载机构的组成元件依次为：驱动电机—主动齿轮－从动齿轮－第一曲柄机构－第一连杆－第一弹簧部件－第一夹持机构—工件；另外一条线路：第一曲柄机构－主动锥齿轮－从动锥齿轮－第二曲柄机构－第二连杆－第二弹簧部件—第二夹持机构—工件。其工作过程为：第一曲柄机构匀速转动→第一连杆往复运动→第一弹簧部件→第一夹持机构对工件横向加载；同时，第一曲柄机构转动→主动锥齿轮→从动锥齿轮→第二曲柄机构→第二连杆往复运动→第二弹簧部件→第二夹持机构对工件纵向加载。
通过调节曲柄的驱动转速，可设置不同频率的加载载荷；通过调节主动锥齿轮和从动锥齿轮的传动比，可实现不同的横向和纵向加载频率比；通过调节两互相垂直曲柄转动的不同初始位置，可以实现横向和纵向的同步或异步加载；通过调节曲柄长度，可以设置不同加载振幅；通过选用不同刚度的弹簧，可控制最大加载力。通过设计曲柄半径可调机构，实现载荷加载时振幅可调节。在连杆和夹持机构之间装弹簧以控制加载时力的大小。
本发明公开了一种机械式二维循环加载装置，通过曲柄连杆和锥齿轮的联合作用，实现机械式二维循环加载，且两种加载频率、相位关系、振幅和加载载荷大小均可调节。
附图说明
图1：本发明的机械式二维循环加载装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种机械式二维循环加载装置，包括驱动电机1、联轴器2、固定支座3、支承轴承4、主动齿轮5、从动齿轮6、第一曲柄机构7、第一连杆8、第一弹簧部件9、第一夹持机构10、主动锥齿轮11、从动锥齿轮12、第二曲柄机构13、第二连杆14、第二弹簧部件15、第二夹持机构16、横向固定夹紧机构17、纵向固定夹紧机构18、机座19及各连接部位的螺栓和螺母。
所述的固定支座3采用螺栓固定在机座19上，所述的主动齿轮5与驱动电机1之间采用联轴器2连接，所述的驱动电机1经主动齿轮5、从动齿轮6连接第一曲柄机构7；所述的第一曲柄机构7后端连接主动锥齿轮11，从动锥齿轮12与主动锥齿轮11形成齿轮副，从动锥齿轮12另一端与第二曲柄机构13相连。
所述的第一连杆8的一端套入第一曲柄机构7中，另一端通过第一弹簧部件9与第一夹持机构10相连，所述的第一夹持机构10横向夹持工件，所述的第二连杆14的一端套入第二曲柄机构13中，另一端通过第二弹簧部件15与第二夹持机构16相连，所述的第二夹持机构16纵向夹持工件。
在机座19上设有固定工件位置的夹紧机构，所述的第一夹持机构10对面设有横向固定夹紧机构17，所述的第二夹持机构16对面设有纵向固定夹紧机构18。
所述的驱动电机1驱动第一曲柄机构7匀速转动，带动第一连杆8实现横向加载，经过齿轮副实现第二曲柄机构13带动第二连杆14的纵向加载，所述的横向加载和纵向加载能同时进行。
参照图1，驱动电机1和主动齿轮5采用联轴器2同轴连接安装，驱动电机输出动力经过主动齿轮5、从动齿轮6，驱动第一曲柄机构7做匀速回转运动，从而带动安装在第一曲柄机构7上的第一连杆8作往复运动，第一连杆8带动第一弹簧部件9，第一弹簧部件9带动第一夹持机构10，从而实现对工件的横向加载；同时，在第一曲柄机构7的后端通过联轴器连接一个主动锥齿轮11，将一部分动力传到从动锥齿轮12，带动第二曲柄机构13做回转运动，进而带动第二连杆14做与第一连杆8相垂直的方向往复运动，最终通过第二夹持机构16实现对工件的纵向加载，在第二连杆14和第二夹持机构16之间设置第二弹簧部件15用来控制加载力。工件的另外两个方向由横向固定夹紧机构17和纵向固定夹紧机构18固定。
所述的主动锥齿轮11和从动锥齿轮12齿数比可变，实现横向和纵向加载频率比。所述的第一连杆8和第二连杆14的初始位置分别可以调节，可以实现横向和纵向的同步或异步加载。所述的第一曲柄机构7和第二曲柄机构13的长度可调节。横向和纵向加载时，所述的第一弹簧部件9和第二弹簧部件15通过选用不同刚度的弹簧，可控制最大载荷力。
参照图1，第一曲柄机构7和第二曲柄机构13通过支承轴承和固定支座安装在机座19上，通过调节第一曲柄机构7和第二曲柄机构13之间的相对转动位置，可对工件实施横向和纵向两个方向的同步和异步加载。从而对工件的横向和纵向同时施加拉-拉、压-压、拉-压等不同方式的载荷。
在曲柄机构的连接板上设置不同的曲柄芯轴安装位置，通过调节第一曲柄机构7和第二曲柄机构13的芯轴偏心位置、选用不同刚度的第一弹簧部件9和第二弹簧部件15、调节驱动第一曲柄机构7和第二曲柄机构13的转速，可设置不同的加载载荷，调节载荷的振幅、载荷频率、载荷大小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机械式二维循环加载装置，其特征在于：包括驱动电机(1)、联轴器(2)、固定支座(3)、支承轴承(4)、主动齿轮(5)、从动齿轮(6)、第一曲柄机构(7)、第一连杆(8)、第一弹簧部件(9)、第一夹持机构(10)、主动锥齿轮(11)、从动锥齿轮(12)、第二曲柄机构(13)、第二连杆(14)、第二弹簧部件(15)、第二夹持机构(16)、横向固定夹紧机构(17)、纵向固定夹紧机构(18)、机座(19)及各连接部位的螺栓和螺母；所述的固定支座(3)采用螺栓固定在机座(19)上，所述的主动齿轮(5)与驱动电机(1)之间采用联轴器(2)连接，所述的驱动电机(1)经主动齿轮(5)、从动齿轮(6)连接第一曲柄机构(7)；所述的第一曲柄机构(7)后端连接主动锥齿轮(11)，从动锥齿轮(12)与主动锥齿轮(11)形成齿轮副，从动锥齿轮(12)另一端与第二曲柄机构(13)相连；所述的第一连杆(8)的一端套入第一曲柄机构(7)中，另一端通过第一弹簧部件(9)与第一夹持机构(10)相连，所述的第一夹持机构(10)横向夹持工件，所述的第二连杆(14)的一端套入第二曲柄机构(13)中，另一端通过第二弹簧部件(15)与第二夹持机构(16)相连，所述的第二夹持机构(16)纵向夹持工件。
2.如权利要求1所述的机械式二维循环加载装置，其特征在于：在机座(19)上设有固定工件位置的夹紧机构，所述的第一夹持机构(10)对面设有横向固定夹紧机构(17)，所述的第二夹持机构(16)对面设有纵向固定夹紧机构(18)。
3.如权利要求1所述的机械式二维循环加载装置，其特征在于：所述的驱动电机(1)驱动第一曲柄机构(7)匀速转动，带动第一连杆(8)实现横向加载，经过齿轮副实现第二曲柄机构(13)带动第二连杆(14)的纵向加载，所述的横向加载和纵向加载能同时进行。
4.如权利要求1所述的机械式二维循环加载装置，其特征在于：所述的主动锥齿轮(11)和从动锥齿轮(12)齿数比可变，实现横向和纵向加载频率比。
5.如权利要求1所述的机械式二维循环加载装置，其特征在于：所述的第一连杆(8)和第二连杆(14)的初始位置分别可以调节，可以实现横向和纵向的同步或异步加载。
6.如权利要求1所述的机械式二维循环加载装置，其特征在于：所述的第一曲柄机构(7)和第二曲柄机构(13)的长度可调节。
7.如权利要求1所述的机械式二维循环加载装置，其特征在于：横向和纵向加载时，所述的第一弹簧部件(9)和第二弹簧部件(15)通过选用不同刚度的弹簧，可控制最大载荷力。
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