一种冲击疲劳试验装置的制作方法

专利2022-05-09  2


本发明涉及试验装置技术领域,尤其涉及一种冲击疲劳试验装置。



背景技术:

在机械设备中,设备上的零部件等会经常受到循环冲击作用,例如,设备在运行过程中自身的振动会对零部件造成循环冲击,或者设备所在环境的干扰也会对零部件造成循环冲击;该循环冲击往往导致零部件出现疲劳损伤,进而对设备的性能产生较大的不利影响,严重者甚至会导致安全事故;由此,得到零部件的抗冲击疲劳性能具有重要意义。

现有技术中,在测试零部件的抗冲击疲劳性能中,通常可以采用冲击疲劳试验装置,冲击疲劳试验装置通过例如摆锤、冲锤等循环撞击目标从而模拟循环冲击作用。

然而,发现,上述方案中,利用摆锤或冲锤等方式模拟循环冲击作用往往循环频率较低,并且试验装置占据空间较大,成本较高。



技术实现要素:

针对上述技术问题的至少一个方面,本申请实施例提供了一种冲击疲劳试验装置,该冲击疲劳试验装置包括沿第一方向依次设置的承载单元、第一冲击单元、第二冲击单元和曲轴传动单元,其中,承载单元的承载台用于放置目标物体,承载单元与第一冲击单元弹性连接,第一冲击单元与第二冲击单元滑动连接,然后,曲轴传动单元的一个传动轴插接在第二冲击单元上,并且,曲轴传动单元的另一个传动轴连接有驱动单元。

这样,首先,在传动方面,驱动单元驱动曲轴传动单元转动,曲轴传动单元带动第二冲击单元在第一方向做周期性的往复运动,由于第二冲击单元与第一冲击单元滑动连接,此时,往复运动的第二冲击单元周期性的冲击第一冲击单元,并使得该第一冲击单元同样呈周期性的往复运动,从而实现对承载台上放置物品的周期性冲击;其次,方便理解的,通过调整驱动单元的输出功率以及承载台距离第一冲击单元的距离等即可方便的调整冲击参数,占据空间较小,适用性较强。

也就是说,本申请实施例中,一方面,通过设置曲轴传动单元和第二冲击单元,可以将驱动单元的旋转运动转化为第二冲击单元的直线往复运动,这样通过调节驱动单元的转速即可方便的调节冲击周期;然后另一方面,将第二冲击单元的往复运动传递给与承载单元弹性连接的第一冲击单元,这样通过增加弹性连接,可使得在第一冲击单元冲击目标物体的过程中,目标物体受到的冲击稳定,冲击间隔均匀,从而完成目标物体的冲击疲劳试验,并且提高了试验数据的可靠性;本申请实施例解决了现有冲击疲劳试验装置中由于利用摆锤或冲锤等冲击传动方式导致的冲击循环频率较低、装置占据空间较大的技术问题,实现了可根据实际需要方便调节冲击循环频率、结构简单、冲击均匀的技术效果。

本申请实施例提供一种冲击疲劳试验装置,所述冲击疲劳试验装置包括:

承载单元,包括承载台,所述承载台用于放置目标物体;

第一冲击单元,沿第一方向设于所述承载台上方,所述第一冲击单元与所述承载单元弹性连接;

曲轴传动单元,位于所述第一冲击单元沿所述第一方向的上方,所述曲轴传动单元相对所述承载单元在所述第一方向固定设置;所述曲轴传动单元包括平行的第一传动轴和第二传动轴;

第二冲击单元,具有供所述第一传动轴插接的连接通孔,所述第二冲击单元位于所述第一冲击单元沿所述第一方向的上方;

驱动单元,所述驱动单元驱动连接于所述第二传动轴;

其中,沿所述第一方向,所述第一冲击单元和所述第二冲击单元滑动连接,所述驱动单元驱动所述曲轴传动单元转动,以使所述第一冲击单元沿所述第一方向循环冲击所述目标物体。

本公开实施例中,所述承载单元包括沿所述第一方向上下布置的第一底座和第二底座,所述第一底座和所述第二底座之间通过支柱固定连接;其中,所述第一底座上设有所述承载台,所述曲轴传动单元通过轴承座装设于所述第二底座上。

本公开实施例中,所述承载台与所述第一底座之间还设有调节垫片。

本公开实施例中,对应所述第二冲击单元的位置,所述第一冲击单元上设有朝向所述第二冲击单元的弹性块。

本公开实施例中,所述第一冲击单元包括冲击平台,所述冲击平台具有相对的第一表面和第二表面;其中,所述第一表面设有承载所述弹性块的承载凹槽,所述第二表面凸出有冲头。

本公开实施例中,所述第二表面固定连接有冲头夹具,所述冲头夹具夹持有所述冲头。

本公开实施例中,在所述承载凹槽的两侧设有沿所述第一方向的一对滑槽,所述第二冲击单元包括对应所述滑槽的滑块,以使所述第一冲击单元和所述第二冲击单元滑动连接。

本公开实施例中,所述第二冲击单元还包括连杆,所述连杆的一端设有所述连接通孔,所述连杆的另一端通过球铰连接有所述滑块。

本公开实施例中,所述驱动单元包括驱动电机,所述驱动电机通过传动组件驱动连接于所述第二传动轴。

本公开实施例中,所述传动组件包括通过传动皮带传动连接的第一传动轮和第二传动轮;其中,所述第一传动轮固定于所述驱动电机的输出轴,所述第二传动轮固定于所述第二传动轴。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:

本申请实施例提供了一种冲击疲劳试验装置,该冲击疲劳试验装置包括沿第一方向依次设置的承载单元、第一冲击单元、第二冲击单元和曲轴传动单元,其中,承载单元的承载台用于放置目标物体,承载单元与第一冲击单元弹性连接,第一冲击单元与第二冲击单元滑动连接,然后,曲轴传动单元的一个传动轴插接在第二冲击单元上,并且,曲轴传动单元的另一个传动轴连接有驱动单元。

这样,首先,在传动方面,驱动单元驱动曲轴传动单元转动,曲轴传动单元带动第二冲击单元在第一方向做周期性的往复运动,由于第二冲击单元与第一冲击单元滑动连接,此时,往复运动的第二冲击单元周期性的冲击第一冲击单元,并使得该第一冲击单元同样呈周期性的往复运动,从而实现对承载台上放置物品的周期性冲击;其次,方便理解的,通过调整驱动单元的输出功率以及承载台距离第一冲击单元的距离等即可方便的调整冲击参数,占据空间较小,适用性较强。

也就是说,本申请实施例中,一方面,通过设置曲轴传动单元和第二冲击单元,可以将驱动单元的旋转运动转化为第二冲击单元的直线往复运动,这样通过调节驱动单元的转速即可方便的调节冲击周期;然后另一方面,将第二冲击单元的往复运动传递给与承载单元弹性连接的第一冲击单元,这样通过增加弹性连接,可使得在第一冲击单元冲击目标物体的过程中,目标物体受到的冲击稳定,冲击间隔均匀,从而完成目标物体的冲击疲劳试验,并且提高了试验数据的可靠性;本申请实施例解决了现有冲击疲劳试验装置中由于利用摆锤或冲锤等冲击传动方式导致的冲击循环频率较低、装置占据空间较大的技术问题,实现了可根据实际需要方便调节冲击循环频率、结构简单、冲击均匀的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中所述冲击疲劳试验装置的结构示意图。

图2为本申请实施例中所述承载单元的结构示意图。

图3为本申请实施例中所述第一冲击单元和所述第二冲击单元滑动连接的结构示意图。

图4为本申请实施例中所述曲轴传动单元与所述驱动单元的连接关系示意图。

图5为本申请实施例中所述承载台的结构示意图。

图6为本申请实施例中所述滑块的一种运动规律曲线图。

其中,附图标记:

10-第一冲击单元,11-冲击平台,12-弹性块,13-冲头夹具,14-冲头,15-滑槽,

20-第二冲击单元,21-连杆,22-滑块,23-连接通孔,24-连杆端盖,

30-承载单元,31-第一底座,32-第二底座,33-支柱,34-轴承座,35-承载台,36-调节垫片,37-弹簧,38-滑杆,

40-曲轴传动单元,41-第一传动轴,42-第二传动轴,

50-驱动单元,

60-传动组件,61-第一传动轮,62-第二传动轮,63-传动皮带,

x-第一方向。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案,下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是本申请的全部实施例,应理解,本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

在机械设备运作过程中,由于环境干扰、设备自身震动等问题,设备上的零部件往往受到循环冲击作用。长此以往,零部件会出现疲劳损伤,对设备性能产生极大的影响。因此,对零部件进行抗冲击疲劳性能的评估具有重要意义。

目前已有的冲击疲劳试验装置种类较少,主要的有如下几种试验方案:一、摆锤式,通过摆锤在重力作用下的摆动撞击目标以产生冲击作用,如公开号为cn205138915u的中国专利,此种方案冲击频率很低,疲劳试验耗时长,事实上该结构适用于单次冲击试验,而不适用于冲击疲劳试验;二,冲锤式,与摆锤式类似,将一定质量的冲锤拉起一定高度后让其自由下落以冲击目标,如公开号为cn110926967a的中国专利,虽然冲击频率较摆锤式结构提升不少,但也只能达到1hz左右,而冲击疲劳试验中往往要求达到104次以上的循环周次,时间成本仍然较高,而且冲击功与重锤的拉起高度直接相关,使得试验装置往往占据空间较大;三、落球式,通过一定高度处小球的落下冲击目标,如公开号为cn209821039u的中国专利,此种方案需要人工装载小球,冲击次数受小球数量限制,并且改变冲击功则需要更换若干不同型号的小球,成本较高。

针对上述问题,本申请实施例提供一种冲击疲劳试验装置,该冲击疲劳试验装置包括承载单元30、第一冲击单元10、曲轴传动单元40、第二冲击单元20和驱动单元50,其中,承载单元30包括承载台35,承载台35用于放置目标物体;第一冲击单元10沿第一方向设于承载台35上方,第一冲击单元10与承载单元30弹性连接;曲轴传动单元40位于第一冲击单元10沿第一方向的上方,曲轴传动单元40相对承载单元30在第一方向固定设置;曲轴传动单元40包括平行的第一传动轴41和第二传动轴42;第二冲击单元20具有供第一传动轴41插接的连接通孔23,第二冲击单元20位于第一冲击单元10沿第一方向的上方;驱动单元50驱动连接于第二传动轴42;并且,沿第一方向,第一冲击单元10和第二冲击单元20滑动连接,驱动单元50驱动曲轴传动单元40转动,以使第一冲击单元10沿第一方向循环冲击目标物体。

图1为本申请实施例中所述冲击疲劳试验装置的结构示意图,请结合图1,具体的,第一方向x例如为竖直方向,沿第一方向自下而上依次布置有承载单元、第一冲击单元、第二冲击单元和曲轴传动单元。

其中,承载单元包括承载台,承载台用于放置目标物体,该目标物体即为待测试的目标物体。

在承载单元上方设有第一冲击单元,第一冲击单元与承载单元为弹性连接,即,在外力作用于第一冲击单元时,例如上拉或下压,该第一冲击单元可相对承载单元在竖直方向上下移动。

在第一冲击单元上方设有曲轴传动单元,该曲轴传动单元相对承载单元在竖直方向的距离为固定设置;然后,方便理解的,该曲轴传动单元具有平行设置的第一传动轴和第二传动轴,第一传动轴和第二传动轴固定连接,例如请参看图4,在第一传动轴41的两端分别设有平行的第二传动轴42,第一传动轴41和第二传动轴42的轴线间距为曲轴偏距;然后,该第一传动轴插接入第二冲击单元的连接通孔,第二传动轴连接有驱动单元,例如驱动单元为驱动电机,驱动电机的输出轴与第二传动轴驱动连接;这样,当驱动电机转动时,驱动电机驱动第二传动轴自转,第二传动轴的自转带动第一传动轴绕着第二传动轴转动,并且第一传动轴的转动半径为上述的曲轴偏距。

此时,方便理解的,一方面,第二冲击单元的连接通孔与第一传动轴并没有锁死,另一方面,第二冲击单元与第一冲击单元为滑动连接,这样,该第一传动轴在绕第二传动轴转动时即可带动第二冲击单元在竖直方向(即第一方向)上下往复运动。

同时,做上下往复运动的第二冲击单元撞击第一冲击单元,即可使得第一冲击单元同样在竖直方向上下往复运动并循环冲击目标物体;举例来说,请参看图1、3,在第二冲击单元下降的过程中,当第二冲击单元下降到某一高度时,第二冲击单元开始与第一冲击单元接触并下压第一冲击单元,使得第一冲击单元同样竖直向下运动并能够冲击到目标物体;然后当第二冲击单元下降到最低点后开始上升,第一冲击单元受到第二冲击单元的下压作用逐渐减小直至解除,此时,第一冲击单元向上弹性回复,从而完成一次对目标物体的冲击;如此循环,即可由第一冲击单元实现对目标物体的周期性循环冲击作用。

本实施例中,方便理解的,第一冲击单元对目标物体的冲击频率受驱动单元转速的影响,该冲击频率可调制为4hz以上,提升了冲击疲劳试验装置的效率,缩短了试验时间;第一冲击单元对目标物体的冲击功率受驱动单元的输出功率以及承载台距离第一冲击单元的距离等多重因素影响。

本实施例中,方便理解的,将第一冲击单元与承载单元之间为弹性连接,例如通过弹簧37和设于弹簧37内部的滑杆38构成弹性连接;这样,当第二冲击单元下压第一冲击单元时,由受力分析等可知,第一冲击单元同时受到向下的压力和向上的、变化的弹力作用,该向上的、变化的弹力可使第一冲击单元受到的冲击作用平滑稳定,进而使得目标物体受到的冲击作用平滑稳定;即,由于弹性连接的作用,使得在第一冲击单元冲击目标物体的过程中,目标物体受到的冲击稳定,冲击间隔均匀。

本申请实施例提供了一种冲击疲劳试验装置,该冲击疲劳试验装置包括沿第一方向依次设置的承载单元、第一冲击单元、第二冲击单元和曲轴传动单元,其中,承载单元的承载台用于放置目标物体,承载单元与第一冲击单元弹性连接,第一冲击单元与第二冲击单元滑动连接,然后,曲轴传动单元的一个传动轴插接在第二冲击单元上,并且,曲轴传动单元的另一个传动轴连接有驱动单元。

这样,首先,在传动方面,驱动单元驱动曲轴传动单元转动,曲轴传动单元带动第二冲击单元在第一方向做周期性的往复运动,由于第二冲击单元与第一冲击单元滑动连接,此时,往复运动的第二冲击单元周期性的冲击第一冲击单元,并使得该第一冲击单元同样呈周期性的往复运动,从而实现对承载台上放置物品的周期性冲击;其次,方便理解的,通过调整驱动单元的输出功率以及承载台距离第一冲击单元的距离等即可方便的调整冲击参数,占据空间较小,适用性较强。

也就是说,本申请实施例中,一方面,通过设置曲轴传动单元和第二冲击单元,可以将驱动单元的旋转运动转化为第二冲击单元的直线往复运动,这样通过调节驱动单元的转速即可方便的调节冲击周期;然后另一方面,将第二冲击单元的往复运动传递给与承载单元弹性连接的第一冲击单元,这样通过增加弹性连接,可使得在第一冲击单元冲击目标物体的过程中,目标物体受到的冲击稳定,冲击间隔均匀,从而完成目标物体的冲击疲劳试验,并且提高了试验数据的可靠性;本申请实施例解决了现有冲击疲劳试验装置中由于利用摆锤或冲锤等冲击传动方式导致的冲击循环频率较低、装置占据空间较大的技术问题,实现了可根据实际需要方便调节冲击循环频率、结构简单、冲击均匀的技术效果。

本实施例中,承载台35可外接传感器测量冲击力大小。

一种可能实施方式中,承载单元30包括沿第一方向上下布置的第一底座31和第二底座32,第一底座31和第二底座32之间通过支柱33固定连接;其中,第一底座31上设有承载台35,曲轴传动单元40通过轴承座34装设于第二底座32上。

具体的,请结合图2,该承载单元例如包括上下布置的两个底座,两个底座之间通过支柱固定连接,然后,在第一底座上设置承载台,在第二底座上设置曲轴传动单元;其中,第二底座上例如可通过轴承座装设曲轴传动单元。

本实施例中,在两个底座之间的容置空间即可设置承载台、第一冲击单元和第二冲击单元,从而使得结构紧凑,减小了冲击疲劳试验装置的占用空间。

一种可能实施方式中,承载台35与第一底座31之间还设有调节垫片36。

本实施例中,请结合图3,该承载台例如为可拆卸的置于第一底座上,并且,在承载台与第一底座之间设有调节垫片,这样,通过对调节垫片在沿第一方向高度的调节即可改变目标物体受到的冲击作用的功率,结构简单,操作方便。

一种可能实施方式中,对应第二冲击单元20的位置,第一冲击单元10上设有朝向第二冲击单元20的弹性块12。

本实施例中,请结合图3,在第一冲击单元朝向并对应第二冲击单元的位置设有弹性块;从而当第二冲击单元下降并撞击第一冲击单元时,首先,第一冲击单元由于受到的下压力大于向上的弹性力而向下运动,然后,随着弹性力的增大并当第一冲击单元对目标物体实施冲击后,此时,第一冲击单元的高度保持不变,第二冲击单元继续下压导致弹性块被压缩而形变,延长了对目标物体的冲击力作用时间。

也就是说,本实施例中,在第二冲击单元作用于第一冲击单元的过程中,先后有设于第一冲击单元与承载单元之间的弹性连接装置和设于两个冲击单元之间的弹性块对第一冲击单元施加反向的弹性力,从而在延长目标物体受到冲击力作用的同时,使得目标物体受到的冲击作用更加平滑稳定;此外,由于上述弹性连接装置和弹性块的设置,还可避免冲击疲劳试验装置内部传动结构的卡死。

一种可能实施方式中,第一冲击单元10包括冲击平台11,冲击平台11具有相对的第一表面和第二表面;其中,第一表面设有承载弹性块12的承载凹槽,第二表面凸出有冲头14。

继续结合图3,该第一冲击单元例如包括一冲击平台,冲击平台具有上下设置的第一表面和第二表面;然后,在朝上设置的第一表面设有承载凹槽,该承载凹槽用于放置弹性块,在朝下设置的第二表面凸出设有冲头,该冲头对应承载台的位置,即,本实施例通过冲头循环冲击目标物体;然后,该承载凹槽对弹性块起到支撑和限位作用。

对于第一冲击单元10的下表面,即第二表面,一种可能实施方式中,第二表面固定连接有冲头夹具13,冲头夹具13夹持有冲头14。

更具体的,该第二表面例如凸出设有方形凸台(图中未示出),冲头夹具的一端通过螺钉固定连接在方形凸台上,冲头夹具的另一端通过螺钉可拆卸的夹持有冲头;在损坏时,通过拧下螺钉即可方便更换冲头和冲头夹具,增强实用性。

对于第一冲击单元10的上表面,即第一表面,一种可能实施方式中,在承载凹槽的两侧设有沿第一方向的一对滑槽15,第二冲击单元20包括对应所述滑槽15的滑块22,以使第一冲击单元10和第二冲击单元20滑动连接。

更具体的,请结合图3,在承载凹槽的两侧设有相对设置的一对滑槽,该滑槽例如为v型滑槽,然后,该第二冲击单元下端的滑块设于这一对滑槽之间并滑动连接;方便理解的,通过滑槽实现滑动连接简单方便,并且,该滑槽可对第二冲击单元的上下往复运动起到限位引导作用。

一种可能实施方式中,第二冲击单元20还包括连杆21,连杆21的一端设有连接通孔23,连杆21的另一端通过球铰连接有滑块22。

具体的,该第二冲击单元包括连杆和滑块,其中,沿竖直方向,在连杆的一端例如通过连杆端盖24形成有连接通孔23,该连接通孔23用于供第一传动轴41插接;在连杆21的另一端通过球铰连接有滑块22;并且,方便理解的,该滑块与连杆之间为可拆卸连接。

一种可能实施方式中,驱动单元50包括驱动电机,驱动电机通过传动组件60驱动连接于第二传动轴42。

本实施例中,关于驱动单元,该驱动单元例如为驱动电机,驱动电机的输出轴通过传动组件连接于第二传动轴,其中,该传动组件可包括皮带传动、齿轮传动等多种传动形式。

一种可能实施方式中,传动组件60包括通过传动皮带63传动连接的第一传动轮61和第二传动轮62;其中,第一传动轮61固定于驱动电机的输出轴,第二传动轮62固定于第二传动轴42。

即,分别在第二传动轴和驱动电机的输出轴上固定设置第二传动轮和第一传动轮,然后,两个传动轮之间为皮带传动连接;此时,两个传动轮的半径比例关系影响对目标物体的冲击功率。

具体的,该冲击疲劳试验装置中,冲头的冲击频率(单位hz)为:

冲头撞击目标物体前的速度为:

冲头对目标物体的冲击功率为:

上述公式1、2、3中,h为调节垫片的厚度,l1为曲轴偏距,l2为球铰中心到第一传动轴的轴线的距离,r1为第一传动轮的半径,r2为第二传动轮的半径,m为第一冲击单元的质量,n为驱动电机的转速,单位r/min。

从上述公式可知,通过改变调节垫片的厚度h,即可方便的改变冲击速度和冲击功率大小。

实施例:

某离合器制造厂商需要对楔块型离合器中材质为cr7c3的涂层(基体为轴承钢)进行抗冲击疲劳性能试验,涂层厚度约10μm,所需冲击疲劳循环周次需达到105次以上。试验装置需满足载荷范围和冲击能量可调、效率高、试验周期短的实际需求。选取n=1400r/min,l1=20mm,l2=145mm,r1=30mm,r2=150mm,此时冲击频率为4.65hz,花费约6h即可完成一次疲劳试验。垫片厚度在0~20mm之间调整,冲击速度可在0~0.5m/s之间调整;其中,图6为滑块的运动规律曲线图。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理,但是,需要指出的是,在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的,可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。

还需要指出的是,在本申请的装置、设备和方法中,各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此,本申请不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本申请的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。

转载请注明原文地址: https://doc.8miu.com/read-150239.html

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