[发明专利]用于高频疲劳试验的多级静动态耦合力学加载装置

摘要

本发明涉及一种用于高频疲劳试验的多级静动态耦合力学加载装置，属于科学仪器与材料力学性能测试领域。由高频疲劳加载单元、低频疲劳加载单元、拉伸加载与检测单元、同步回转单元组成。本发明通过伺服电机、压电叠堆、超声振子组件实现拉伸疲劳加载，同时通过力学传感器和光纤位移传感器实现载荷与位移的检测。通过电机驱动回转机构，实现同步辐射光源对样品进行实时动态的晶体衍射表征。此外，双V缺口特征缺陷样品，可实现拉伸‑剪切或拉伸‑弯曲等接近材料实际受力形式的复合载荷测试模式。本发明装置结构紧凑，可集成多种测试方法，为材料高频疲劳试验提供有效测试工具。

主权项

一种用于高频疲劳试验的多级静动态耦合力学加载装置，其特征在于：包括高频疲劳加载单元、低频疲劳加载单元、拉伸加载与检测单元、同步回转单元，其中，所述高频疲劳加载单元与低频疲劳加载单元分别安装在被测试件（4）两侧，拉伸加载与检测单元位于低频疲劳加载单元下方，安装在回转平台（23）上，同步回转单元安装在基座（28）上，通过回转平台电机（24）进行驱动；所述的高频疲劳加载单元是：被测试件（4）螺纹连接于左右两侧的变幅杆（6），右侧的变幅杆与换能器（1）螺纹固定连接，固定在支架Ⅰ（2）上，左侧的变幅杆（6）串联力学传感器（8），固定在支架Ⅱ（7）上，并通过转接件（9）与低频疲劳测试单元刚性连接；在变幅杆（6）的机械振动驱动下，被测试件（4）进行超高频疲劳振动，光纤位移传感器（5）的检测部分置于左侧的变幅杆（6）前端探头，检测被测试件（4）的位移；套筒（3）固连于变幅杆（6），防护变幅杆（6）在高温疲劳试验中受到温度场的影响；所述的低频疲劳加载单元是：压电陶瓷（10）安装在柔性铰链（11）的凹槽内，带动柔性铰链（11）在输出位移方向振动；柔性铰链（11）右端加工有梯形齿牙，与转接件（9）安装定位；转接件（9）与力学传感器（8）螺纹固定连接；压电陶瓷（10）、柔性铰链（11）、转接件（9）与力学传感器（8）串联布置以精确检测被测试件（4）所承受的载荷；柔性铰链（11）固定端通过螺钉固定在Z形支架（12）上；所述的拉伸加载与检测单元由伺服电机（21）作为驱动源，采用蜗轮蜗杆传动，将蜗杆（16）横跨于丝杠（30）之上，两端经由轴承（19）安装在轴承座Ⅰ（18）上，轴承座Ⅰ（18）对称布置在蜗轮（17）两侧，由回转平台（23）上凹槽定位；蜗杆（16）经由蜗轮（17）将扭矩传递至固定在轴承座Ⅱ（29）的丝杠（30）；伺服电机（21）通过联轴器I（20）带动蜗杆（16）转动，再经由蜗轮（17）将扭矩传递至丝杠（30）；所述的同步回转单元是：回转平台电机（24）通过联轴器Ⅱ（25）带动锥齿轮（26），锥齿轮（26）通过与回转平台（23）下方的锥形齿啮合，将扭矩传递至回转平台（23）从而实现回转，回转平台（23）通过推力轴承（32）安装在基座（28）圆形凹槽中，回转平台电机（24）通过回转平台电机座（27）固定在基座（28）上，与回转平台（23）不发生接触。