一种疲劳加载系统

技术领域

本发明涉及力学试验技术领域，具体涉及一种电动势疲劳加载系统。

背景技术

在现今的发展中，在建筑、机械、铁路、航空航天等诸多领域中，对材料、产品在出厂运用时都必须检测他的疲劳特性，例如手机出厂时，需要对按键，屏幕进行疲劳点击试验，在进行一定次数后检查是否破坏破损，这样就需要一种疲劳加载系统来对其进行试验。

目前最接近的技术一种是电液伺服技术，采用液压油缸进行疲劳加载，动力源需要配备液压油源，油缸安装在上横梁上，上横梁的升降需要用另一组油缸伸出收回来控制，当停留在试验位置时，需要用液压油缸对横梁与立柱之间锁紧，保证横梁固定不动。

液压油缸进行动力疲劳加载，体积大，质量重，不易安装，且有漏油的风险；油源工作时，噪音大，管路多，占地空间大，且成本高，易于发生破裂风险；锁紧时需要一直打开油泵；液压油缸多为大吨位、大力值设备，缺少小力值的范围。

发明内容

为了克服已有的技术问题，本发明提供一种电动势疲劳加载系统，电动式疲劳系统适用于各个行业中需要进行动态测试的疲劳试验。

本系统采用了电动伺服闭环控制原理，即信号发出后通过反馈来控制管理；伺服作动器采用伺服电机驱动滚珠丝杠加载，具有响应速度快、加载精度高、无噪音等特点，可进行负荷、位移控制试验，工作平稳可靠。对试件可施加规则波形和任意波形试验，其负荷、位移状态可任意切换，安全可靠。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种疲劳加载系统，其特征在于，包括：限定出试验空间的加载框架、固定于所述加载框架上用于进行疲劳加载的电动缸，所述电动缸通过伺服电机驱动以电动伺服闭环控制方式进行疲劳加载，所述电动缸的输出端与试样抵接，在所述伺服电机的驱动下作直线往返运动。

优选地，还包括用于调节试验空间的横梁升降机构和横梁锁紧机构；所述加载框架的上横梁与下横梁之间的距离通过横梁升降机构进行无级调节；所述横梁锁紧机构为机械式结构，使用碟簧组压缩产生的弹力拉紧拉杆锁紧上横梁。

优选地，加载框架包括：上横梁、下横梁、连接所述上横梁和所述下横梁的支撑立柱，所述上横梁和所述下横梁平行设置，所述支撑立柱垂直于所述上横梁和所述下横梁；所述支撑立柱的数量至少为2根且相互平行。

优选地，下横梁上设置胀套，所述支撑立柱的底端通过所述胀套与所述下横梁固定连接；所述上横梁上设置通孔，所述支撑立柱垂直穿过该通孔，该通孔与所述支撑立柱的外径相适配。

优选地，在上横梁后部通过螺钉固定拖链，拖链下端通过螺钉与下横梁相连，当上横梁上下移动时，拖链也随之上下运动。

优选地，用于进行疲劳加载的电动缸包括：伺服电机、减速机、滚珠丝杠、缸筒、电动缸活塞、负荷传感器；所述电动缸通过所述缸筒与所述上横梁固连；所述伺服电机与所述减速机固连，所述减速机与所述滚珠丝杠通过所述滚珠丝母活动连接，所述滚珠丝杠的另一端连接所述电动缸活塞，所述电动缸活塞端部配备所述负荷传感器。

优选地，横梁升降机构包括：步进电机、垂直并贯穿所述上横梁的升降丝杆、与所述升降丝杆相适配的升降丝母；所述升降丝母与所述上横梁固定连接，所述步进电机驱动所述升降丝母旋转并沿所述升降丝杆进行上下运动。

优选地，横梁升降机构还包括联轴器、轴承、蜗轮、蜗杆，所述步进电机与所述联轴器连接，所述联轴器通过轴承与所述蜗杆连接，通过所述蜗杆带动所述蜗轮旋转，蜗轮与所述升降丝母固定连接，驱动所述升降丝母旋转。

优选地，还包括用于锁紧上横梁的横梁锁紧机构，包括：拉杆、拉杆螺母、碟簧组、垫片、锁紧缸活塞、锁紧缸；所述拉杆与拉杆螺母通过螺纹相连，碟簧组设置在拉杆与拉杆螺母之间，碟簧组前后设置有垫片，对拉杆施加扭矩时碟簧组压缩，使上横梁变形，实现锁紧目的；拉杆螺母与锁紧缸通过锁紧缸活塞接触连接，锁紧缸工作推出锁紧缸活塞，进一步压缩碟簧组，使上横梁恢复初始状态，从而实现打开目的。

本发明能够取得以下技术效果：

1、系统框架式设计，可无级调节试验空间的大小；升降方式为电机、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠组合方式，替代原有液压缸升降；

2、实现用伺服电机驱动滚珠丝杠进行疲劳加载，结构简单优化，可实现小力值到大力值(5000N-500KN)的覆盖，替代传统液压缸加载方式；

3、锁紧横梁采用碟簧组压缩锁紧，横梁松开为进一步压缩碟簧组打开；机械式结构，避免使用油源，油缸，简单高效，无噪声；

4、锁紧螺母与胀套配合使用，使主机稳定无晃动；

附图说明

图1是本发明的一个实施例的一种疲劳加载系统的整体结构示意图。

图2是本发明的一个实施例的一种疲劳加载系统的加载框架结构示意图。

图3是本发明的一个实施例的一种疲劳加载系统的电动缸结构示意图。

图4是本发明的一个实施例的一种疲劳加载系统的横梁升降机构结构示意图。

图5是本发明的一个实施例的一种疲劳加载系统的横梁锁紧机构架构示意图。

其中附图标记包括：

加载框架1、电动缸2、横梁升降机构3、横梁锁紧机构4、上横梁1.1、下横梁1.2、支撑立柱1.3、定位板1.4、胀套1.5、锁紧螺母1.6、伺服电机2.1、减速机2.2、滚珠丝杠2.3、缸筒2.4、电动缸活塞2.5、负荷传感器2.6、滚珠丝母2.7、步进电机3.1、联轴器3.2、轴承3.3、蜗轮3.4、蜗杆3.5、升降丝杆3.6、升降丝母3.7、拉杆4.1、拉杆螺母4.2、碟簧组4.3、垫片4.4、锁紧缸活塞4.5、锁紧缸4.6、缝隙4.7。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面将对本发明提供的一种疲劳加载系统进行详细说明。

图1示出了本发明一种疲劳加载系统整体结构的结构图。

如图1所示，为本发明实施例的一种疲劳加载系统的整体结构，包括：限定出试验空间的加载框架1、固定于加载框架1上用于进行疲劳加载的电动缸2；电动缸2通过伺服电机2.1驱动以电动伺服闭环控制方式进行疲劳加载，电动缸2的输出端与试样抵接并在伺服电机2.1的驱动下作直线往返运动。试验试样固定在加载框架1的下横梁1.2上，加载框架根据试样大小可随意做出调整，安装好后通过伺服电机2.1驱动对试样进行疲劳加载。

在本发明的一个实施例中，疲劳加载系统还包括横梁升降机构3和横梁锁紧机构4；加载框架1的上横梁1.1可通过横梁升降机构3进行无级调节的上下移动；升降丝母3.7与上横梁1.1固定连接，步进电机3.1驱动升降丝杆3.6上与之相适配的升降丝母3.7转动，使升降丝母3.7旋转并沿升降丝杆3.6进行上下运动；达到调节加载空间的效果。

在本发明的一个实施例中，横梁升降机构3通过步进电机3.1驱动，蜗轮3.4、蜗杆3.5、升降丝杠3.6组合方式进行升降；电动缸2通过伺服电机2.1驱动，以电动伺服闭环控制方式进行疲劳加载；横梁锁紧机构4为机械式结构，使用碟簧组4.3压缩产生的弹力拉紧拉杆4.1锁紧上横梁1.1，缩小缝隙4.7，实现对上横梁1.1的锁紧。

图2示出了本发明一种疲劳加载系统的加载框架结构图。

如图2所示，为本发明实施例的一种疲劳加载系统的加载框架1，包括：上横梁1.1、下横梁1.2、支撑立柱1.3、定位板1.4、胀套1.5、锁紧螺母1.6、拖链1.7；上横梁1.1和下横梁1.2平行设置。支撑立柱1.3垂直上横梁1.1和下横梁1.2，底端固定于下横梁1.2上，贯穿上横梁1.1的通孔，升降丝杆3.6(参见图4)与支撑立柱1.3平行，也垂直贯穿上横梁1.1，支撑立柱1.3底部通过胀套1.5固定在下横梁1.2上，升降丝杆3.6的底部通过锁紧螺母1.6固定在下横梁1.2上，支撑立柱1.3和升降丝杆3.6的顶部通过锁紧螺母1.6固定在定位板1.4上，通过定位板1.4、锁紧螺母1.6与胀套1.5配合使用，使加载框架1主体稳定无晃动。上横梁1.1可以沿支撑立柱1.3上下移动，可以无级调节试验空间的大小。在上横梁1.1后部通过螺钉固定拖链1.7，拖链1.7下端通过螺钉与下横梁1.2相连，当上横梁1.1上下移动时，拖链1.7也随之上下运动。

图3示出了本发明一种疲劳加载系统的电动缸结构图。

如图3所示，为本发明实施例的一种疲劳加载系统的电动缸2，包括：依次连接的伺服电机2.1、减速机2.2、滚珠丝杠2.3、缸筒2.4、电动缸活塞2.5、负荷传感器2.6；电动缸2做疲劳加载工作时，电动缸2通过缸筒2.4与上横梁1.1固连；伺服电机2.1与减速机2.2固连，由伺服电机2.1提供输出扭矩和转速，通过减速机2.2进行变比；减速机2.2与滚珠丝杠2.3通过滚珠丝母2.7活动连接，将动力传递给滚珠丝杠2.3上的滚珠丝母2.7，带动滚珠丝母2.7进行转动，滚珠丝母2.7转动后带动滚珠丝杠2.3进行直线运动，从而完成直线伸出/收回的动作，滚珠丝杠2.3的另一端连接电动缸活塞2.5，电动缸活塞2.5端部配备负荷传感器2.6来检测输出力的大小。使用电动方式进行动态疲劳加载，替代传统液压缸加载方式，结构简单优化，并且可实现小力值到大力值(5000N-500KN)的覆盖。

图4示出了本发明一种疲劳加载系统的横梁升降机构结构图。

如图4a和4b所示，为本发明实施例的一种疲劳加载系统的横梁升降机构3，包括：步进电机3.1、联轴器3.2、轴承3.3、蜗轮3.4、蜗杆3.5、升降丝杆3.6、升降丝母3.7；横梁升降机构3采用电机驱动升降，替代原有液压缸升降，且横梁两侧升降结构完全一致；升降丝母3.7与上横梁1.1固定连接，步进电机3.1驱动升降丝杆3.6上与之相适配的升降丝母3.7转动，使升降丝母3.7旋转并沿升降丝杆3.6进行上下运动；达到调节加载空间的效果。步进电机3.1两侧安装联轴器3.2，联轴器3.2通过轴承3.3与蜗杆3.5连接，通过蜗杆3.5带动蜗轮3.4旋转，当上横梁1.1需要进行升降时，步进电机3.1会提供一个输出扭矩和转速，步进电机3.1两侧的联轴器3.2将扭矩和转速传递到蜗杆3.5上，蜗杆3.5再将其运动传递给蜗轮3.4，从而带动蜗轮3.4旋转；蜗轮3.4与升降丝母3.7固定连接，蜗轮3.4旋转即升降丝母3.7旋转，因为升降丝杆3.6固定不动，所以升降丝母3.7在升降丝杆3.6进行上下运动；升降丝母3.7与上横梁1.1固定连接，以此来完成上横梁1.1的升降动作。

图5示出了本发明一种疲劳加载系统的横梁锁紧机构结构图。

如图5所示，为本发明实施例的一种疲劳加载系统的横梁锁紧机构4，包括：拉杆4.1、拉杆螺母4.2、碟簧组4.3、垫片4.4、锁紧缸活塞4.5、锁紧缸4.6、缝隙4.7；上横梁1.1的锁紧采用碟簧组4.3压缩所产生的弹力拉近拉杆4.1锁紧，上横梁1.1的松开为进一步压缩碟簧组4.3打开上横梁1.1；上横梁1.1与支撑立柱1.3之间留有缝隙4.7，拉杆4.1与拉杆螺母4.2通过螺纹相连，碟簧组4.3设置在拉杆4.1与拉杆螺母4.2之间，碟簧组4.3前后设置有垫片4.4，用于调整碟簧组4.3前后间隙。

当上横梁1.1需要锁紧时，在拉杆4.1上施加扭矩，拉杆4.1与拉杆螺母4.2之间的碟簧组4.3就会进行压缩，压缩时碟簧组4.3产生弹力来压缩上横梁1.1，使缝隙4.7减小，上横梁1.1变形夹紧支撑立柱1.3，从而锁紧上横梁1.1；拉杆螺母4.2与锁紧缸4.6通过锁紧缸活塞4.5接触连接。

当上横梁1.1需要打开时，锁紧缸4.6开始工作，锁紧缸活塞4.5推出，进一步压缩碟簧组4.3，使碟簧组4.3之间缝隙4.7进一步减小，这样上1.1横梁与支撑立柱1.3之间的缝隙4.7就会增加，使上横梁1.1恢复初始状态，上横梁1.1与支撑立柱1.3之间没有夹紧的力，这样上横梁1.1就可以自由移动了。横梁锁紧机构4整体采用机械结构，避免使用油源、油缸，简单高效，无噪声。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。