简易平板弯曲疲劳试验机的设计

　　引言

　　目前疲劳试验机价格较高，很多高校的实验室都没有该试验设备，无法给学生开设材料疲劳实验，影响了对金属材料疲劳过程的实验教学。疲劳失效是机器零部件失效的主要形式。研究机器零部件产生疲劳裂纹时的声发射信号，提取其信号的特征，用于监督机器的安全运行，对安全生产和提高经济效益都很重要。要研究材料产生疲劳裂纹时其声发射信号的特征，也需要有实验室疲劳试验设备。

　　设计一台结构简单、操作方便而又实用的平板弯曲疲劳试验机。随着计算机的普及以及成本不断降低，以计算机控制和CAD/CAM技术为基础，从金属材料疲劳试验机的工作机理研究人手，设计研制一台由计算机控制的金属材料疲劳试验学生实验机，以满足试验基本要求。

　　1平板弯曲疲劳试验机工作原理及其组成

　　本试验机采用传统的曲柄一滑块机构施加动载荷。曲柄式载荷激振疲劳试验机的特点是它的通用性广，并且结构简单。这个试验机用来进行恒定振幅的谐波循环试验，以及在各种主要应力状态下进行程序载荷试验。

　　试验机的动力由异步电动机输出，通过减速器，将载荷传递到试验机的转动轴上，转动轴上装有双偏心轮式曲柄偏心机构，偏心轮与连杆间用铰链连接，连杆的另一端与驱动杆铰接。当转动轴带动偏心轮旋转时，连杆可以把曲柄的旋转运动变为驱动杆的往复直线运动，从而产生激振力，使试件受到循环载荷作用而上下往复振动。结构如图1

　　试验机由本体、PC机、电机及其驱动器、测控卡等组成，附件有载荷传感器、声发射传感器等。机械部分由机座、减速器、轴承座、偏心装t、加载装里等组成。载荷传感器固定在机械本体夹头上.声发射传感器直接安装在试件上。

　　2试验机主要机械部件的设计

　　2.1加载机构设计

　　试验机的加载机构原理如下:给试件施加的载荷由驱动杆和曲柄产生，调节曲柄的半径可以改变振幅的大小，从而改变载荷值的大小。由于曲柄较短，所以在本试验机中将曲柄做成偏心轮式结构。为了方便调节曲柄半径，我们采用双偏心轮来调节曲柄的长度，如图2。大偏心轮1的几何中心为0,，在大偏心轮内装有一个小偏心轮2,2的几何中心为Oz, 0:对转轴中心A的偏心矩为e O,Oz间的距离为e:，连杆3与曲柄1用转动副B相连，O,B=r, AB即为曲柄长度R。图2(a)为0，和0:均位于A一侧时，曲柄长度R达最大. Rmax=r+e,+ez;图2(b)为q和仇分别位于A的两侧时，曲柄长度R最小，Rmin =r+ez-e<;转动大偏心轮1，使它与小偏心轮2处于其他位里时，Rmin