[实用新型]一种基于同步辐射的扭转微动疲劳试验设备

说明书

一种基于同步辐射的扭转微动疲劳试验设备，主要包括：机架的底板固定于回转平台上，底板上方的扭转伺服电机与下夹具座的底部相连；下夹具座通过轴承固定于机架的上板上；且其上部固定有下夹具；轴承的内圈安装有扭矩传感器；微动加载杆的上部与铰座铰接，上端内侧通过力传感器与加载头相连；下端与电动缸的端部相连；上板的周缘与有机玻璃筒下部的周缘连接，有机玻璃筒的钢顶盖连接上夹具；机架的左侧、右侧分别设有同步辐射光源的发射器和接收器。该装置能观察、记录、分析得出扭转微动件的载荷、扭矩、角度等宏观力学参数与裂纹等微观组织的变化、演变规律，从而为零部件的抗扭转疲劳设计提供更加全面、可靠的依据。

技术领域

本实用新型涉及一种基于同步辐射的扭转微动疲劳试验设备。

背景技术

微动疲劳指“紧固”配合的接触表面由于承受外界交变疲劳应力引起接触界面发生微米量级的相对运动，使疲劳裂纹加速萌生和扩展，从而导致构件过早失效的现象。微动疲劳广泛存在于航空航天、汽车、机械、铁路、电力和生物医学等领域。微动疲劳按承受载荷类型的不同，可以分为拉压微动疲劳、扭转微动疲劳和弯曲微动疲劳等。扭转微动疲劳存在于轨道交通(高铁、动车)的车轴以及电机转轴等重要部件服役中，对我国高速铁路等重大装备服役安全性起着至关重要的作用。

长期以来，人们就工程结构的疲劳破坏问题开展了大量的分析。一般认为，疲劳寿命主要消耗在裂纹萌生与短裂纹扩展阶段。短裂纹的扩展行为宏观上随着裂纹长度增大而发生变化，微观上还受到金属微观组织和环境等因素的影响，再加上裂纹闭合以及小裂纹效应等问题，使得服役过程中扭转载荷下的短裂纹的扩展问题变得十分复杂。为更好地探究裂纹在扩展过程中与微观组织变化以及宏观力学性能的关系，进而为零部件的设计提供更加可靠的依据，需要通过疲劳试验机对零部件进行试验，获取材料在扭转作用下的宏观定量力学参数。

现有的扭转微动疲劳试验设备，是将试样的上、下端，分别夹持在上、下夹具，驱动下夹具扭转，使试样发生扭转微动；达到设定扭转次数后，完成扭转微动疲劳试验。试验完成后，再通过扫描电镜对试验后试样的表面磨斑和剖切后的剖面裂纹进行观察、分析。其存在的问题是：1、试验时，试样单独存在，与任何零部件没有紧密接触；与实际服役中的扭转微动部件总是与其余零部件“紧固”配合接触的工况不符，其试验结果的误差大、可靠性低。2、只能观察分析到试验完成后的表面磨斑和剖面裂纹，而不能动态实时观察记录试样在扭转微动疲劳过程中裂纹和磨斑的发生、发展、变化过程，从而不能分析与研究裂纹、微观组织的扩展过程、变化与“紧固”配合零件间的载荷、扭转的扭矩、角度等宏观力学性能的动态关系，不能为零部件的抗扭转疲劳设计提供更加全面、可靠的依据。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种基于同步辐射的扭转微动疲劳试验设备，该装置在扭转微动疲劳试验试验时，试样处于与其余零部件紧固配合的状态，与实际工况更接近；其试验结果误差小、可靠性高；能观察、记录、分析裂纹等微观组织在试验中的扩展过程、变化，得出扭转微动件的载荷、扭转扭矩、角度等宏观力学性能与裂纹、微观组织变化的动态关系，从而为零部件的抗扭转疲劳设计提供更加全面、可靠的依据。

本实用新型实现其发明目的，所采用的技术方案为，一种基于同步辐射的扭转微动疲劳试验设备，包括机架、机架上安装有下夹具、下夹具的正上方设有上夹具，上夹具用于夹持试样的上端，下夹具用于夹持试样的下端；其特征在于：

所述的机架的底板固定于伺服电机驱动的回转平台上，底板上方的扭转伺服电机依次通过行星齿轮减速器、后同步轮、同步带、前同步轮与下夹具座的底部相连；所述的下夹具座通过轴承固定于机架的上板上；下夹具座的上部固定连接有下夹具，且下夹具的轴心位于回转平台的回转轴上；上板上还安装有光学角位移传感器，且光学角位移传感器的感应头对准下夹具；所述的轴承的内圈安装有扭矩传感器；

所述的机架上板的左侧、右侧分别对称固定有铰座；竖直的微动加载杆的上部与铰座铰接，上端内侧通过力传感器与加载头相连；下端与横向的电动缸的端部相连；