一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置。電液伺服式試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)頻率低，電磁式疲勞試驗(yàn)機(jī)的噪聲大。本實(shí)用新型中兩個試件夾持臂的底部分別與一個永磁鐵盒固定；兩個永磁鐵盒的內(nèi)部均設(shè)有永磁鐵；兩個加速度傳感器分別固定在兩個永磁鐵盒的外側(cè)壁，兩個力傳感器分別與一塊電磁鐵固定；兩個加速度傳感器及兩個力傳感器的信號輸出端并聯(lián)接入信號采集器的信號輸入端；信號采集器通過USB口接上位機(jī)，上位機(jī)通過USB口輸出至信號發(fā)生器；信號發(fā)生器生成模擬調(diào)制信號，傳給功率放大器的輸入端；功率放大器的正相電流輸出端與一個電磁鐵的電流輸入端連接，反相電流輸出端與另一個電磁鐵的電流輸入端連接。本實(shí)用新型噪聲小、精度高。
【專利說明】一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于疲勞試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及疲勞試驗(yàn)裝置，具體涉及一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]疲勞可靠性是衡量各類機(jī)電裝備品質(zhì)的重要參數(shù)。疲勞可靠性的設(shè)計(jì)需要了解材料或受力結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能，目前疲勞試驗(yàn)是獲取材料或結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的主要手段。
[0003]疲勞試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)包括試驗(yàn)載荷精度、試驗(yàn)頻率等。目前，疲勞試驗(yàn)機(jī)主要有純機(jī)械加載式、電液伺服加載式以及電磁加載式等三種，最早出現(xiàn)的純機(jī)械加載方法存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、自動化程度低等不足，逐漸由自動化程度更高的電液伺服式和電磁加載式所取代。其中電液伺服式試驗(yàn)機(jī)精度高，但試驗(yàn)頻率較低。電磁式疲勞試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)頻率高，但是噪聲大，且精度略低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，噪聲小、頻率高、精度高、能耗低。
[0005]本實(shí)用新型包括試件夾持臂、永磁鐵盒、永磁鐵、電磁鐵和控制系統(tǒng)。所述兩個試件夾持臂的底部分別與一個永磁鐵盒固定；兩個永磁鐵盒的內(nèi)部均設(shè)有永磁鐵；所述的兩塊電磁鐵分別設(shè)置在兩個永磁鐵盒的正下方。
[0006]所述的控制系統(tǒng)包括加速度傳感器、力傳感器、信號采集器、上位機(jī)、信號發(fā)生器和功率放大器。所述的兩個加速度傳感器分別固定在兩個永磁鐵盒的外側(cè)壁，兩個力傳感器的頂部分別與一塊電磁鐵的底部固定；所述兩個加速度傳感器及兩個力傳感器的信號輸出端并聯(lián)接入信號采集器的信號輸入端；信號采集器通過USB 口接入上位機(jī)，上位機(jī)通過USB 口輸出至信號發(fā)生器；信號發(fā)生器根據(jù)上位機(jī)發(fā)來的指令和參數(shù)生成模擬調(diào)制信號，傳給功率放大器的輸入端；所述的模擬調(diào)制信號包括正相電流信號和反相電流信號；功率放大器的正相電流輸出端與一個電磁鐵的電流輸入端連接，反相電流輸出端與另一個電磁鐵的電流輸入端連接。
[0007]所述的試件夾持臂的材料為合金鋼，永磁鐵盒的材料為鋁合金。
[0008]所述永磁鐵盒的底部固定有底蓋，永磁鐵設(shè)置在底蓋上。所述試件夾持臂的頂部側(cè)壁開設(shè)有試件安裝孔，頂部端面開設(shè)有吊索伸入槽和試件緊定螺紋孔；所述試件安裝孔的橫截面為方形；所述吊索伸入槽和試件緊定螺紋孔的底部均與試件安裝孔的孔壁貫通。
[0009]本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0010]本實(shí)用新型利用彎曲(扭轉(zhuǎn))諧振原理，通過懸浮電磁激勵方式進(jìn)行加載。與傳統(tǒng)電磁加載式疲勞試驗(yàn)機(jī)相比，去除了加載力推桿，采用了電磁鐵與永磁鐵之間的推拉作用來加載，是一種非接觸式加載，因而系統(tǒng)噪聲小，能耗低，且加載力不會受到局部結(jié)構(gòu)變形和振動的干擾，加載力更加容易控制，可在較大程度上改善試驗(yàn)的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的工作原理示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本實(shí)用新型中試件夾持臂及永磁鐵盒與試件的整體裝配立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1所示，一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，包括試件夾持臂1、永磁鐵盒2、永磁鐵3、電磁鐵4和控制系統(tǒng)。兩個試件夾持臂I的底部分別與一個永磁鐵盒2固定；兩個永磁鐵盒2的內(nèi)部均設(shè)有永磁鐵3 ;兩塊電磁鐵4分別設(shè)置在兩個永磁鐵盒2的正下方。試件夾持臂I的材料為合金鋼，永磁鐵盒2的材料為鋁合金。
[0016]如圖2所示，控制系統(tǒng)包括加速度傳感器5、力傳感器6、信號采集器9、上位機(jī)10、信號發(fā)生器11和功率放大器12。兩個加速度傳感器5分別固定在兩個永磁鐵盒2的外側(cè)壁，兩個力傳感器6的頂部分別與一塊電磁鐵4的底部固定；兩個加速度傳感器5及兩個力傳感器6的信號輸出端并聯(lián)接入信號采集器9的信號輸入端；信號采集器9通過USB 口接入上位機(jī)10，上位機(jī)10通過USB 口輸出至信號發(fā)生器11 ;信號發(fā)生器11根據(jù)上位機(jī)發(fā)來的指令和參數(shù)生成模擬調(diào)制信號，傳給功率放大器12的輸入端；模擬調(diào)制信號包括正相電流信號和反相電流信號；功率放大器12的正相電流輸出端與一個電磁鐵4的電流輸入端連接，反相電流輸出端與另一個電磁鐵4的電流輸入端連接。
[0017]如圖3所示，永磁鐵盒2的底部固定有底蓋2-1，永磁鐵3設(shè)置在底蓋2_1上。試件夾持臂I的頂部側(cè)壁開設(shè)有試件安裝孔1-1，頂部端面開設(shè)有吊索伸入槽1-2和試件緊定螺紋孔1-3 ;試件安裝孔1-1的橫截面為方形；吊索伸入槽1-2和試件緊定螺紋孔1-3的底部均與試件安裝孔1-1的孔壁貫通。
[0018]該懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置的工作原理:
[0019]試件7的兩端分別嵌入兩個試件夾持臂的試件安裝孔1-1內(nèi)，兩個試件夾持臂的試件緊定螺紋孔1-3內(nèi)均設(shè)置緊定螺釘，緊定螺釘壓緊試件7 ;兩條吊索8的底端分別伸入對應(yīng)試件夾持臂的吊索伸入槽1-2內(nèi)，并分別與試件7的一端固定；兩條吊索8的頂端均與機(jī)架固定。
[0020]控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，信號采集器9采集加速度傳感器5的加速度和力傳感器6的激勵力，來獲取反饋信號，上位機(jī)10根據(jù)試驗(yàn)要求和反饋信號對加載信號進(jìn)行調(diào)制，并通過信號發(fā)生器11將信號輸出，再通過功率放大器12接入兩塊電磁鐵4。
[0021]電磁鐵4中通入經(jīng)功率放大器12放大之后的交變電流，使其與永磁鐵3之間產(chǎn)生推拉作用，從而對由試件夾持臂I和試件7共同構(gòu)成的諧振體產(chǎn)生激振力。在該激振下，諧振體產(chǎn)生受迫共振，試件受到足以引起疲勞斷裂的動載荷作用。利用加速度反饋和激振力反饋對交變電流的頻率、方向和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。該試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)兩種加載方式，可實(shí)現(xiàn)正弦信號加載和組合波形加載，可實(shí)現(xiàn)恒載荷和變載荷加載。
[0022]該懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置的諧振系統(tǒng)動力學(xué)特性獲取:
[0023]試件夾持臂I剛度遠(yuǎn)大于試件剛度，而系統(tǒng)的慣量主要集中于兩個試件夾持臂I上，故在滿足工程精度要求的前提下，可將諧振系統(tǒng)近似為二自由度一剛度的振動模型，諧振系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可獲取解析解，傳遞函數(shù)中所需的阻尼參數(shù)可通過間歇掃頻，根據(jù)掃頻響應(yīng)頻譜圖特性，利用半功率法計(jì)算得到。掃頻激勵強(qiáng)度控制在較低水平，確保不會對試件產(chǎn)生額外的疲勞損傷。
[0024]該懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:
[0025]1、激振:在電磁鐵4中通入由上位機(jī)10調(diào)制、經(jīng)功率放大器12放大的交變電流，使電磁鐵4與永磁鐵3之間產(chǎn)生受調(diào)制信號控制的交變推拉作用，兩塊電磁鐵4的電流互為反相，作用于試件7的交變載荷同相疊加。
[0026]2、載荷控制:試驗(yàn)過程中對試件夾持臂I的振動加速度和激勵力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過系統(tǒng)動力學(xué)建模分析和掃頻試驗(yàn)獲取由試件7和試件夾持臂I共同構(gòu)成的諧振系統(tǒng)的動力學(xué)特性。以實(shí)測振動加速度、激勵力和系統(tǒng)的動力學(xué)特性參數(shù)為基礎(chǔ)，對試驗(yàn)過程中試件所受的載荷進(jìn)行實(shí)時分析，據(jù)此調(diào)制驅(qū)動電流的頻率、方向和強(qiáng)度，按試驗(yàn)要求控制加載力以及試件的應(yīng)力。
[0027]3、組合波形載荷的加載:激勵力可通過對通入電磁鐵4的電流方向和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)諧振系統(tǒng)的動力學(xué)特性，通過實(shí)時計(jì)算得組合波形載荷對應(yīng)的電流隨時間變化的規(guī)律，并將其輸入至驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)組合波形加載。
[0028]4、彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn):彎曲疲勞試驗(yàn)時，兩塊永磁鐵3放置在試件7的兩側(cè)；扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)時，兩塊永磁鐵3放置在試件7的前后位置。
[0029]該懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置的體積小、噪聲低、耗能低、試驗(yàn)精度高、試驗(yàn)頻率高、操作方便。
【權(quán)利要求】
1.一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，包括試件夾持臂、永磁鐵盒、永磁鐵、電磁鐵和控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述兩個試件夾持臂的底部分別與一個永磁鐵盒固定；兩個永磁鐵盒的內(nèi)部均設(shè)有永磁鐵；所述的兩塊電磁鐵分別設(shè)置在兩個永磁鐵盒的正下方； 所述的控制系統(tǒng)包括加速度傳感器、力傳感器、信號采集器、上位機(jī)、信號發(fā)生器和功率放大器；所述的兩個加速度傳感器分別固定在兩個永磁鐵盒的外側(cè)壁，兩個力傳感器的頂部分別與一塊電磁鐵的底部固定；所述兩個加速度傳感器及兩個力傳感器的信號輸出端并聯(lián)接入信號采集器的信號輸入端；信號采集器通過USB 口接入上位機(jī)，上位機(jī)通過USB 口輸出至信號發(fā)生器；信號發(fā)生器根據(jù)上位機(jī)發(fā)來的指令和參數(shù)生成模擬調(diào)制信號，傳給功率放大器的輸入端；所述的模擬調(diào)制信號包括正相電流信號和反相電流信號；功率放大器的正相電流輸出端與一個電磁鐵的電流輸入端連接，反相電流輸出端與另一個電磁鐵的電流輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的試件夾持臂的材料為合金鋼，永磁鐵盒的材料為鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸浮電磁激勵諧振式疲勞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述永磁鐵盒的底部固定有底蓋，永磁鐵設(shè)置在底蓋上；所述試件夾持臂的頂部側(cè)壁開設(shè)有試件安裝孔，頂部端面開設(shè)有吊索伸入槽和試件緊定螺紋孔；所述試件安裝孔的橫截面為方形；所述吊索伸入槽和試件緊定螺紋孔的底部均與試件安裝孔的孔壁貫通。
【文檔編號】G01N3/38GK203941068SQ201420223253
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】周迅, 陳大為, 楊柳青, 胡明, 陳文華 申請人:浙江理工大學(xué)