一种数字式大范围高精度的多功能曲轴疲劳试验机

摘要

本发明公开了一种数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机，包括机械主机、摆臂机构、载荷标定机构、液压控制系统、电磁振动控制系统，可同时满足曲轴试样的弯矩疲劳试验和扭矩疲劳试验。本发明具有载荷控制范围大、控制精度高等优点，先通过载荷标定机构静态标定摆臂机构中试样的应力水平作为基础数据，再通过电磁振动控制系统动态加载，让动态加载的应力水平和静态标定的应力水平数据一致，确保试样所受应力水平的精度。利用机械主机的三维度运动提升机构的行程可调空间，把弯矩疲劳试验模式下的摆臂机构转90°悬挂，之后连接振动台，即可做扭矩疲劳试验，提高了设备的利用率，降低了用户采购成本，操作简单方便，节约时间，降低劳动强度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验机，具体涉及一种数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机。

背景技术

曲轴作为引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。为保证曲轴生产质量，产品应做弯矩疲劳试验和扭矩疲劳试验。目前，市场上通常采用弯曲疲劳试验和扭矩疲劳试验机两种设备来分开做上述两种试验，对用户来说，设备利用率低，采购成本高。同时，曲轴试样的夹紧和松开采用人工装/拆夹持弹性锥套上的若干个螺钉来实现，费时费力，对于试验载荷值在两万牛·米以下的试验工况来说，夹持用的弹性锥套上的螺钉规格小且数量少，装/拆试样的过程中，实验员的劳动强度尚可勉强接受，但对于试验载荷值在两万牛·米至九万牛·米，甚至十万牛·米以上的试验工况，试样的主轴径较粗，再采用人工装/拆螺钉来夹紧和松开曲轴试样的方式话，螺钉的规格大且数量多，装/拆螺钉的劳动强度高，耗费时间久，效率低下。因此，需要对现有的曲轴疲劳试验设备提出改进，满足试验要求同时降低人力提高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机。该试验机的功能既满足曲轴试样的弯矩试验，也满足曲轴试样的扭矩试验，提高了设备利用率，降低了用户采购成本，且主轴的夹紧和松开采用液压控制方式，试验过程操作简单方便，节约时间，降低了劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机，包括：

机械主机，用于固定支撑三维度运动提升机构、摆臂机构、载荷标定机构、振动台；

三维度运动提升机构，用于调节摆臂机构上下左右的行程空间，并且实现摆臂机构转90°悬挂；

摆臂机构，用于试样的夹紧和松开；

液压控制系统，用于控制摆臂机构夹紧和松开试样；

载荷标定机构，用于静态加载摆臂机构中试样的应力；

和电磁振动控制系统，用于动态加载摆臂机构中试样的应力，使动态加载的应力水平和静态标定的应力数据一致。

进一步地，所述的机械主机包括有底座，底座的四角分别竖向安装立柱，立柱的顶部共同支撑着悬挂有三维度运动提升机构的上横梁，所述的上横梁的中心部位安装有蜗杆升降机及其驱动电机，上横梁的四角安装有导套。

进一步地，所述的三维度运动提升机构包括升降横梁，蜗杆升降机通过螺钉连接着升降横梁上平面的中心部位，升降横梁的四角分别竖向安装导柱，导柱随着蜗杆升降机的升降与安装在上横梁内的导套滑动配合做上下方向运动，所述的升降横梁的下平面左右两边平行安装两根直线导轨组，横跨此两根直线导轨组的下平面分别安装有前滑板和后滑板，前滑板和后滑板沿直线导轨组做前后方向运动，在前滑板和后滑板的下平面分别横向平行安装直线导轨组和直线导轨组，再分别在直线导轨组和直线导轨组的四个滑块上安装小滑块，相应的小滑块可沿直线导轨组和直线导轨组做左右方向运动，四个小滑块的下平面分别螺纹连接一个U型拉线架，U型拉线架通过螺纹销轴悬挂着钢丝绳。

进一步地，所述的摆臂机构包括两个左右相对设置的夹具，每个夹具包括摆臂、弹性锥套、活塞杆、油缸体、油缸盖、弯矩吊板和扭矩吊架，所述的活塞杆与油缸体、油缸盖组装后整体固定到摆臂上，所述的弹性锥套嵌在摆臂的锥孔里，并与活塞杆固定，曲轴试样的两端主轴分别装在左右相对设置的弹性锥套内，活塞杆在高压液压油的作用下带着弹性锥套做左右运动，从而夹紧或者松开曲轴试样。

进一步地，所述的摆臂机构通过弯矩吊板与钢丝绳悬挂连接，用于曲轴试样做弯矩疲劳试验。

进一步地，所述的摆臂机构通过扭矩吊架与钢丝绳悬挂连接，利用机械主机的三维度运动提升机构的行程可调空间，把弯矩疲劳试验模式下的摆臂机构转90°，用于曲轴试样做扭矩疲劳试验。

进一步地，所述的摆臂机构的弹性锥套可根据不同规格的曲轴试样，更换不同规格内孔的弹性锥套，即可大范围的满足小载荷和大载荷的疲劳试验需求。

进一步地，所述的载荷标定机构包括有手动减速机，手动减速机固定到减速机支架上，减速机支架固定到机械主机的底座上，所述的手动减速机输出端连接一负荷传感器，驱动手动减速机前进，负荷传感器的球头顶住左侧摆臂的加载点，右侧的挡板支架也固定到机械主机的底座上，挡板支架的球头顶住右侧的摆臂，如此形成封闭的加力系统，所述的负荷传感器为高精度、大量程的应变输出传感器，驱动手动减速机前进，即可对摆臂机构上曲轴试样实施计划载荷值加载，并通过动静态应变伺服控制器记录静态加载应变数据。

进一步地，所述的液压控制系统包括由电机驱动的油泵，油泵出口上连接有出油管，油泵出油管连通至两个电磁换向阀的进油口，所述的电磁换向阀具有双出油口且电磁换向阀双出油口上分别连接有油管，每个电磁换向阀的其中一根油管连通至摆臂机构的油缸盖上，即活塞腔供油，电磁换向阀的另一根油管连通至摆臂机构的油缸体上，即活塞杆腔供油。

进一步地，所述的电磁振动控制系统包括有振动台、功率放大器、动静态应变伺服控制器、冷却风机，所述的振动台固定到机械主机的底座上，通过激振杆组与一侧的摆臂连接，所述的功率放大器和动静态应变伺服控制器通过电缆线连接振动台，动静态应变伺服控制器控制动态加载载荷的大小，并实时显示动态加载应变数据，确保动态加载应变数据与静态加载应变数据一致，所述的冷却风机安装室外，通过风管把振动台体内电磁激振加载产生的热量排到大气中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机，即可满足曲轴试样的弯矩疲劳试验，也可满足曲轴试样的扭矩疲劳试验，方法是利用机械主机的三维度运动提升机构的行程可调空间，把弯矩疲劳试验模式下的摆臂机构转90°悬挂，之后连接振动台，按弯矩疲劳试验的步骤，即可做扭矩疲劳试验，提高了设备的利用率，降低了用户采购成本，且针对不同主轴径规格的曲轴试样，可更换摆臂机构内相应的弹性锥套即可，无需更换摆臂机构，试样的夹紧和松开采用液压控制系统控制，操作简单方便，节约时间，降低了劳动强度，提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机的主视图；

图2是本发明实施例提供的机械主机的右视图；

图3是本发明实施例提供的摆臂机构剖视图；

图4是本发明实施例提供的液压控制系统图；

图5是本发明实施例提供的弹性锥套图；

图6是本发明实施例提供的激振杆组图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-6所示的一种数字式大范围高精度多功能曲轴疲劳试验机，包括机械主机、摆臂机构、载荷标定机构、液压控制系统、电磁振动控制系统。

具体地，如图1所示，所述的机械主机包括有底座1，底座1的四角分别竖向安装立柱2，立柱2的顶部共同支撑着悬挂有三维度运动提升机构的上横梁3，所述的上横梁3的中心部位安装有蜗杆升降机4及其驱动电机5，上横梁3的四角安装有导套6。

如图1-2所示，所述的三维度运动提升机构包括升降横梁7，蜗杆升降机4通过螺钉9连接着升降横梁7上平面的中心部位，升降横梁7的四角分别竖向安装导柱8，导柱8随着蜗杆升降机4的升降与安装在上横梁3内的导套6滑动配合做上下方向运动，所述的升降横梁7的下平面左右两边平行安装两根直线导轨组10，横跨此两根直线导轨组10的下平面分别安装有前滑板11和后滑板12，前滑板11和后滑板12沿直线导轨组10做前后方向运动，在前滑板11和后滑板12的下平面分别横向平行安装直线导轨组13和直线导轨组14，再分别在直线导轨组13和直线导轨组14的四个滑块上安装小滑块15，相应的小滑块15可沿直线导轨组13和直线导轨组14做左右方向运动，四个小滑块15的下平面分别螺纹连接一个U型拉线架16，U型拉线架16通过螺纹销轴17悬挂着钢丝绳18。

如图3和5所示，所述的摆臂机构包括两个左右相对设置的夹具，每个夹具包括摆臂19、弹性锥套20、活塞杆21、油缸体22、油缸盖23、弯矩吊板24和扭矩吊架25，所述的活塞杆21与油缸体22、油缸盖23组装后整体固定到摆臂19上，所述的弹性锥套20嵌在摆臂19的锥孔里，并与活塞杆21固定，曲轴试样26的两端主轴分别装在左右相对设置的弹性锥套20内，活塞杆21在高压液压油的作用下带着弹性锥套20做左右运动，从而夹紧或者松开曲轴试样26。

所述的摆臂机构可利用弯矩吊板24与钢丝绳18悬挂连接，用于曲轴试样26做弯矩疲劳试验；也可利用机械主机的三维度运动提升机构的行程可调空间，把弯矩疲劳试验模式下的摆臂机构转90°，利用扭矩吊架25与钢丝绳18悬挂连接，用于曲轴试样26做扭矩疲劳试验。

所述的摆臂机构的弹性锥套20可根据不同规格的曲轴试样26，更换不同规格内孔的弹性锥套20，即可大范围的满足小载荷和大载荷的疲劳试验需求。

如图1所示，所述的载荷标定机构包括有手动减速机27，手动减速机27固定到减速机支架28上，减速机支架28固定到机械主机的底座1上，所述的手动减速机27输出端连接一负荷传感器29，驱动手动减速机27前进，负荷传感器29的球头顶住左侧摆臂19的加载点，右侧的挡板支架30也固定到机械主机的底座1上，挡板支架30的球头顶住右侧的摆臂19，如此形成封闭的加力系统。

所述的负荷传感器29为高精度、大量程的应变输出传感器，驱动手动减速机27前进，即可对摆臂机构上曲轴试样26实施计划载荷值加载，并通过动静态应变伺服控制器31记录静态加载应变数据。

如图4所示，所述的液压控制系统包括由电机36驱动的油泵37，油泵37出口上连接有出油管，油泵37出油管连通至两个电磁换向阀38的进油口，所述的电磁换向阀38具有双出油口且电磁换向阀38双出油口上分别连接有油管，每个电磁换向阀38的其中一根油管连通至摆臂机构的油缸盖23上，即活塞腔供油，电磁换向阀38的另一根油管连通至摆臂机构的油缸体22上，即活塞杆腔供油。

所述的液压控制系统的油泵37出油管上还串联液压过滤器42，且并联一个手动溢流阀41作为系统安全阀，每个电磁换向阀38下串联节流调速阀39和液控单向阀40，即方便调节夹紧和松开的控制速度，也确保试验过程中夹紧保压性能。

此外，为了避免液压油过热，在系统的回油管上串联一风冷机43。

如图1和6所示，所述的电磁振动控制系统包括有振动台32、功率放大器33、动静态应变伺服控制器31、冷却风机34，所述的振动台32固定到机械主机的底座1上，通过激振杆组35与一侧的摆臂19连接，所述的功率放大器33和动静态应变伺服控制器31通过电缆线连接振动台32，动静态应变伺服控制器31控制动态加载载荷的大小，并实时显示动态加载应变数据，确保动态加载应变数据与静态加载应变数据一致，设备的加载采用伺服控制，载荷值的控制精度高，示值相对误差和重复误差均≤1％。所述的冷却风机34安装室外，通过风管把振动台32体内电磁激振加载产生的热量排到大气中。

本发明可满足曲轴试样的弯矩疲劳试验，也可满足曲轴试样的扭矩疲劳试验，方法是利用机械主机的三维度运动提升机构的行程可调空间，把弯矩疲劳试验模式下的摆臂机构转90°悬挂，之后连接振动台，按弯矩疲劳试验的步骤，即可做扭矩疲劳试验，提高了设备的利用率，降低了用户采购成本。本发明具有载荷控制范围大、控制精度高等优点，先通过载荷标定机构的高精度大量程负荷传感器静态标定摆臂机构中试样的应力水平作为基础数据，再通过电磁振动控制系统动态加载，让动态加载的应力水平和静态标定的应力水平数据一致，确保试样所受应力水平的精度。同时针对不同主轴径规格的曲轴试样，更换摆臂机构内相应的弹性锥套即可，无需更换摆臂机构，试样的夹紧和松开采用液压控制系统控制，操作简单方便，节约时间，降低劳动强度，提高效率。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。