压电驱动型高频疲劳试验机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于疲劳检测与试验领域，具体涉及一种小振幅、高频受力状态下的硬脆材料以及微小零部件的疲劳试验装置。
【背景技术】
[0002]高频疲劳试验机广泛应用于对金属与非金属构件的拉压、扭转、弯曲、点蚀等疲劳性能的检测，属于疲劳检测与试验中应用范围最广、数量最多的一类设备，在机械、电子、航空、航天、冶金等领域有着广泛应用。但是，随着科学技术与工业水平的不断发展，硬脆材料所构成的机械零部件或微小结构件，大多工作于200Hz以上的小振幅、高频受力状态。这些特殊性能构件的出现，使得其相应的能够模仿其实际工况、并具有较高效率的疲劳检测机的开发变得日益重要。而现有高频疲劳试验机均是采用电磁驱动或电液伺服驱动，由于均需在系统谐振状态下工作，受系统阻抗与磁阻的限制，一般工作频率不大于100Hz，同时普遍存在振幅控制性差、谐振稳定性不好、加载精度不高等问题，目前均不适于对微小与硬脆材料构件、高频受力构件的检测。
[0003]本实用新型提出利用压电振子(PZT、PLZT或PMN)作为高频疲劳试验机的驱动力源，由此构造形成一种可提供较小振幅、较高频率而适用于对微小与硬脆材料构件、高频受力构件进行检测的疲劳试验装置。
【发明内容】
[0004]本实用新型的压电驱动型高频疲劳试验机，其特征在于采用压电振子作为驱动力源，同时设置有预置载荷调整机构6、弹性加载器5等，处于工作状态时，它们与被测试样4、弯曲试验夹具3等共同构成谐振系统。其中，预置载荷调整机构6通过连接环8与压电振子7相连接，压电振子7通过传振杆9与弹性加载器5相连接，弹性加载器5通过加载头10将载荷作用于被测试样4之上，被测试样4由夹具3夹持而固定，夹具3的下部加装载荷传感器11。由此当有外部交变的激励电压作用于压电振子7上时，压电振子7的变形通过系统谐振放大并转化为交变载荷后作用于试样4上，从而实现疲劳试验。
[0005]压电振子7依靠自身具有的逆压电效应将交变电压转化为交变变形或交变载荷，进而对系统提供振动激励，但其本身的交变变形或交变载荷并不直接作用于试样之上。压电振子7可以采用一般的单晶片或双晶片弯曲振子结构，也可以采用多个单晶片振子、双晶片振子等并接或串接的组合结构。
[0006]预置载荷调整机构是为了预先对试样进行静加载而设置，其主要部件包括轮盘606、预置载荷调整螺杆604、顶梁605、导柱601、加载座602、锁紧螺钉603等。
[0007]弹性加载器是为了对试样进行交变的动态加载而设置，其主要部件包括惯性块503、上下板弹簧501以及紧固螺钉504等。
[0008]本实用新型的优点在于:根据系统预置状态，可模拟形成较低频率的交变加载，也可以形成300Hz以上的高频、小幅加载工况，实现更高的交变加载速度与控制精度，结构简单体积小，完全不产生磁干扰也不接受磁干扰，比传统的电磁驱动型高频疲劳试验机更适合对微小与精密构件的交变加载与高频高周疲劳性能检测。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的一个较佳实施例；
[0010]图2是本实用新型的压电振子结构示意图；其中图2a为双晶片振子结构，图2b是单晶片振子结构。
[0011]图3a是本实用新型的预置载荷调整机构示意图，图3b是本实用新型的载荷锁定机构示意图；
[0012]图4是本实用新型的弹性加载器示意图；
[0013]1-减震橡胶，2-基座，3-夹具，4-试样，5-弹性加载器，6-预置载荷调整机构，7-压电振子，8-连接环，9-传振杆，10-加载头，11-载荷传感器，501-弹性板簧，502-加载头紧固螺帽，503-惯性块，504-板簧紧固螺钉，601-导柱，602-加载座，603-锁紧螺钉，604-调整螺杆，605-顶梁，606-轮盘，607-压电振子紧固螺钉，701-压电陶瓷，702-弹性基板
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图给出的实施例对本实用新型结构及原理作进一步详细描述。
[0015]参照图1，本实用新型的高频疲劳试验机由一个将电能转换成机械能的压电振子7作为驱动力源，与预置载荷调整机构6、弹性加载器5、被测试样4、弯曲试验夹具3等共同构成谐振系统。基座2由4个减震橡胶I支撑，用于夹持弯曲试样4的夹具3，按试样4的装卡要求，可以在基座2的滑槽内移动并固定；旋转轮盘606使加载座602沿导柱601上下滑动，并通过连接环8、压电振子7、弹性加载器5、加载头10向试样4施加预紧力，从而提供对试样的初期载荷。当将锁紧螺钉603拧紧时，初期载荷转化为对试样4的静态载荷，参与对试样4的疲劳试验。由此当有外部交变的激励电压作用于压电振子7时，压电振子7的变形通过系统谐振放大并转化为交变载荷后作用于试样4上，并由载荷传感器11提取静态与动态受力数据，从而实现疲劳检测与试验。
[0016]参照图2，本实用新型的压电振子结构示意图。压电振子7可以采用上下两面均贴置压电陶瓷的双晶片弯曲振子结构(图2a)，也可以采用单面贴置压电陶瓷的单晶片弯曲振子结构(图2b)，为了增加驱动力，也可以采用多个单晶片振子或双晶片振子等并接或串接的组合结构。
[0017]参照图3a，本实用新型的预置载荷调整机构示意图。其中顶梁605固定于导柱601的顶端，旋转轮盘606可使调整螺杆604旋转并借助与顶梁605的螺纹连接，驱动加载座602沿导柱601上下滑动，从而形成对试样4的初期加载。
[0018]参照图3b，本实用新型的载荷锁定机构示意图。通过前述方法将规定的初期载荷加到试样4之上后，旋紧锁紧螺钉603使加载座602固定在导柱601的某一位置，则初期载荷被锁定在试样4上。在加载座602的下方，通过联接环8连接着压电振子7的周缘，而压电振子7又通过传振杆9与弹性加载器5连接；
[0019]参照图4，本实用新型的弹性加载器示意图。弹性加载器5由上、下弹性板簧501与惯性块503用螺钉504联接而成，其上板簧501通过传振杆9与压电振子7相连接，下板簧与加载头10相连接。弹性加载器5的弹性可由板簧501的材料、厚度、直径与固定方式等调整，惯性量可由惯性块503的质量与结构方式进行调整。弹性加载器是本实用新型高频疲劳试验装置系统谐振状态的主要调整机构，最终加于试样4上的动载荷、振幅与频率等，均是由弹性加载器5的弹性力与惯性力决定的。
【主权项】
1.一种压电驱动型高频疲劳试验机，其特征在于它主要是由压电振子(7)、预置载荷调整机构(6)、弹性加载器(5)、夹具(3)与载荷传感器(11)构成，其中，预置载荷调整机构(6)通过连接环⑶与压电振子(7)相连接，压电振子(7)通过传振杆(9)与弹性加载器(5)相连接，弹性加载器(5)通过加载头(10)将载荷作用于被测试样⑷之上，被测试样(4)由夹具(3)夹持而固定，夹具(3)的下部加装载荷传感器(11)。
2.根据权利要求1所述的压电驱动型高频疲劳试验机，其特征在于:压电振子采用一般的双晶片弯曲振子结构或单晶片弯曲振子结构，也可以采用单晶片振子、双晶片振子并接或串接的组合结构。
3.根据权利要求1所述的压电驱动型高频疲劳试验机，其特征在于:预置载荷调整机构是为预先对试样进行静态加载而设置，其主要结构包括预置载荷调整机构与载荷锁定机构两部分。
4.根据权利要求1所述的压电驱动型高频疲劳试验机，其特征在于:弹性加载器是为了对试样进行交变动态加载而设置；其主要结构包括惯性调整块、弹性机构两部分。
【专利摘要】一种高频疲劳试验机，采用压电振子7作为驱动力源，与预置载荷调整机构6、弹性加载器5、被测试样4、夹具3等共同构成谐振系统，在外部交变电压下，压电振子7的变形通过系统谐振放大并转化为交变载荷后作用于试样上，从而实现疲劳检测与试验。压电振子7可以采用一般的双晶片弯曲振子结构或单晶片弯曲振子结构(图2)，也可以采用单晶片振子、双晶片振子并接或串接的组合结构。
【IPC分类】G01N3-38
【公开号】CN204330509
【申请号】CN201120187897
【发明人】杨志刚, 接勐, 雷青
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2011年6月7日