简易扭转疲劳试验机的开发研究

　　疲劳破坏是机器零部件失效的形式之一.要确定零部件的疲劳极限,首先要确定材料的疲劳极限值(有的也可以直接做零部件的疲劳试验).长期以来对旋转弯曲疲劳强度的试验研究居多,而对扭转疲劳强度的试验研究极少,其主要原因是前者试验机简单,工作稳定性好.通常在测得弯曲疲劳强度σ-1以后,用它来换算扭转疲劳强度τ-1.对于光滑试件,文献[1]指出τ-1与σ-1之比值一般为0.6～0.8.由于实验提供的τ-1值相对来讲较少,上述比值是否满足更一般情况和是否存在与强度理论(塑性材料:[τ]=(0.5～0.6)[σ];脆性材料:[τ]=(0.8～1.0)[σ])类似的关系,目前尚未完全清楚.因此需要一种简单可靠的疲劳试验机来对不同的材料作更多的扭转疲劳试验,以便取得更多的扭转疲劳强度的实验值τ-1.在国内,几乎所有试验机厂都没有扭转疲劳试验机这类产品.其客观原因也许由于产品结构复杂,也许一般的设计部门更习惯从手册上查到σ-1,再经过简单换算得到τ-1,而主观上也想省去再做实验的麻烦.

　　针对上述现状,作者设计并制造了一种无级加载式扭转疲劳试验机.它结构简单可靠,操作方便,造价低.设计中,参照了国标(GB4337-84)对旋转弯曲疲劳试验机的要求.现已制出样机,并交有关部门鉴定.

　　1　扭转疲劳试验机的工作原理

　　扭转疲劳试验机由电机、减速器、四连杆机构、磁粉离合器、拉压传感器、计数器和夹头组成,其传动方式如图1所示.磁粉离合器作为试验机中的无级加载装置,其结构如图2所示.当励磁线圈两端加上某一电压时,线圈内产生励磁电流.工作间隙的磁粉被磁化,形成磁粉链.当主动件旋转时,各磁粉链中磁粉颗粒间、磁粉与导磁体之间都因摩擦而产生摩擦力,从而将转矩传递至从动件.在一定的励磁电流作用下,离合器所能传递的转矩是一定的.转矩—电流的关系如图3所示.图3中转矩与电流在工作范围内近似地成直线关系.而且,该转矩的大小不随转速的变化而改变.不同型号的磁粉离合器,其额定滑差转矩的大小不同.通过调节励磁电流,可以无级调节磁粉离合器的滑差转矩.

　　从图1可以了解扭转疲劳试验机的工作原理.电动机带动蜗轮蜗杆减速器转动,其输出使曲柄摇杆机构的曲柄转动,摇杆的摆动使试件的一个夹头往返转动,另一夹头与磁粉离合器的输出端相连.在离合器输入轴端,接一个拉压传感器拨杆,当摇杆的力矩在滑差转矩内时,输出轴与输入轴同步转动,两者无相对转动.摇杆的力矩可由传感器的读数得到.滑差转矩为离合器加给试件的最大转矩,当摇杆的力矩大于滑差转矩时,输入轴虽然随输出轴转动,但两者有相对转动.施加在试件上的力矩只能等于滑差转矩.通过传感器可得到滑差转矩的大小.当给予励磁线圈一定的电流时,会产生一定的滑差转矩.电流可以无级调节,故决定加载大小的滑差转矩也可以无级调节.