權(quán)利要求書： 1.一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：包括：上定板導(dǎo)柱法蘭螺栓（1）；上定板導(dǎo)柱法蘭（2）；上定板螺栓（3）；上定板（4）；上定板柱法蘭螺栓（5）；上定板柱法蘭（6）；定板柱（7）；動板（8）；下定板柱法蘭（9）；下定板柱法蘭螺栓（10）；下定板（11）；下定板螺栓（12）；套筒蓋螺栓（13）；套筒蓋（14）；滾珠（15）；轉(zhuǎn)柱（16）；力傳感器盤（17）；力傳感器（18）；壓桿（19）；套筒（20）；導(dǎo)軌（21）；下定板導(dǎo)柱法蘭（22）；下定板導(dǎo)柱法蘭螺栓（23）；三爪卡盤（24）；卡盤螺栓（25）；試件（26）；機架（27）；導(dǎo)柱法蘭螺栓（28）；導(dǎo)柱法蘭（29）；機架螺栓（30）；導(dǎo)柱（31）；機架底座（32）；機架底座墊（33）；

導(dǎo)柱螺栓（34）；機架底座螺栓（35）；施力柱（36）；施力柱螺栓（37）；整體結(jié)構(gòu)分為五部分：壓板裝置部分、加載荷裝置部分、三爪卡盤部分、試件部分以及試驗機機架部分；其中壓板裝置部分的上定板（4）和下定板（11）通過定板柱（7）進行固定，并利用上定板導(dǎo)柱法蘭（2）及下定板導(dǎo)柱法蘭（22）固定在試驗機機架部分的導(dǎo)柱（31）上；使上定板（4）和下定板（11）兩塊板子的位置保持固定不動；動板（8）與施力柱（36）被施力柱螺栓（37）連接固定；加載荷裝置部分為六個相同的裝置組合，每個裝置由壓桿（19）、力傳感器（18）、力傳感器盤（17）、滾珠（15）、轉(zhuǎn)柱（16）、滾珠（15）依次裝入套筒（20），并由套筒蓋（14）以及套筒蓋螺栓（13）密封構(gòu)成；套筒（20）的表面留有通孔，可供力傳感器（18）零件上的導(dǎo)線伸出套筒（20）外側(cè)；三爪卡盤部分中的三爪卡盤（24）被卡盤螺栓（25）固定在試驗機機架部分的機架（27）上；試驗開始前用三爪卡盤（24）將試件（26）夾持、固定；試驗機機架部分由導(dǎo)柱（31）從下方依次穿過機架底座（32）及機架（27），并將機架底座（32）與機架底座墊（33）組合在一起構(gòu)成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：加載荷裝置部分為六個相同的裝置的組合，各裝置分別通過導(dǎo)軌（21）與壓板裝置部分連接，各裝置在對試件施加載荷時運動相互獨立，互不影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：每個加載荷裝置中均在套筒蓋（14）與轉(zhuǎn)柱（16）間以及力傳感器盤（17）與轉(zhuǎn)柱（16）間加入了球形滾珠（15）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：有六個電機分別與六個加載荷裝置部分中的轉(zhuǎn)柱（16）連接，各個電機的轉(zhuǎn)動被控制器控制，各個電機的轉(zhuǎn)動情況相互獨立；同時控制器記錄每個工件的疲勞次數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：當(dāng)力傳感器（18）檢測到對某一試件上施加的載荷達到預(yù)定值時，控制器控制與該試件相對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)動，進而控制轉(zhuǎn)柱（16）的轉(zhuǎn)動；由于轉(zhuǎn)柱（16）與動板（8）配合處攻有螺紋，因此轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)動時可以相對動板（8）向上運動，使加載荷裝置離開試件，達到撤去該試件上的載荷的目的，從而實現(xiàn)對試件施加的載荷為等應(yīng)力。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：電機驅(qū)動轉(zhuǎn)柱（16）轉(zhuǎn)動時，加載荷裝置內(nèi)部的滾珠（15）和方形套筒（20）的組合結(jié)構(gòu)確保轉(zhuǎn)柱（16）旋轉(zhuǎn)時壓桿（19）不旋轉(zhuǎn)，從而保證壓桿（19）只有上下方向的運動。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，其特征在于：通過結(jié)合動板（8）帶動六個壓桿（19）整體向下運動，和單個壓桿（19）在施加的載荷達到預(yù)定值后的向上回撤運動，實現(xiàn)六個試件同時進行等應(yīng)力的彎曲疲勞試驗；試驗過程中壓桿（19）的回撤運動是豎直向上的直線運動，而沒有自身旋轉(zhuǎn)，保證了單個壓桿單次施力后卸載時不會和試件產(chǎn)生磨損。

說明書： 一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明為一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機，用于金屬彎曲疲勞壽命的定量檢測。

[0002] 本發(fā)明使一次試驗可以同時檢測六個試件，可以替換傳統(tǒng)的一機一件疲勞試驗機。

[0003] 本發(fā)明適用于高鐵列車高速轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的彎曲疲勞壽命檢測，以驗證該種材料的性能是否符合要求。

背景技術(shù)[0004] 傳統(tǒng)的彎曲疲勞試驗機分為三點彎曲疲勞試驗機和四點彎曲疲勞試驗機：其中三點彎曲疲勞試驗機的工作原理為對試件兩點進行固定，一點施加載荷，使試件發(fā)生純彎曲

變形，并因此進行彎曲疲勞壽命的定量檢測；四點彎曲疲勞試驗機的工作原理為對試件兩

點進行固定，兩點施加載荷，此時試件為懸臂梁結(jié)構(gòu)模型。

[0005] 傳統(tǒng)的彎曲疲勞試驗的加載荷方法分為等應(yīng)力加載和等應(yīng)變加載兩種加載荷方法：等應(yīng)力加載即控制施加的載荷為固定值，試件的應(yīng)變值并不固定；等應(yīng)變加載即保持試

件的應(yīng)變?yōu)槎ㄖ?，而每次施加的載荷大小并不固定。

[0006] 傳統(tǒng)的彎曲疲勞試驗機為一機一件式疲勞試驗機，即每次只能對一個試件進行彎曲疲勞試驗。

[0007] 本發(fā)明選用了力傳感器來精確控制試驗過程中加載的載荷大小，以確保每次試驗的應(yīng)力相等。

[0008] 本發(fā)明的力傳感器(18)與控制器相連，控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的實時顯示、反饋與控制。當(dāng)壓力機施加的載荷大小超過許用值時，轉(zhuǎn)柱(16)上的電機會控制轉(zhuǎn)柱(16)旋轉(zhuǎn)并

相對動板(8)向上運動，使壓桿(19)離開試件(26)，從而撤去施加在試件(26)上的載荷。

[0009] 中國專利：一種鐵路聲屏障疲勞試驗機，申請公布號：CN109883679A，公開了一種拉壓循環(huán)疲勞試驗的疲勞試驗機，用于鐵路聲屏障試件的拉壓疲勞試驗。該疲勞試驗機為

傳統(tǒng)的一機一件式疲勞試驗機。

[0010] 高鐵轉(zhuǎn)向架是動車組的最重要的組成部分，其質(zhì)量與性能直接關(guān)系到列車運行過程中的安全性。隨著列車速度的不斷提高，轉(zhuǎn)向架的性能要求也越來越嚴(yán)格，因此高鐵轉(zhuǎn)向

架選用的材料性能一定要符合要求。工業(yè)上常用疲勞試驗機來檢測轉(zhuǎn)向架材料的彎曲疲勞

壽命。

發(fā)明內(nèi)容[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種可同時供六個試件進行彎曲試驗的疲勞試驗機。[0012] 本發(fā)明設(shè)計了一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機。其解決的技術(shù)問題是：

[0013] (1)使試件發(fā)生等應(yīng)力彎曲變形，并保證對試件施加的載荷大小固定。[0014] (2)使試件的彎曲方式為三點彎曲：兩點夾持固定；一點施加載荷。并對試件的彎曲疲勞壽命進行定量的檢測。

[0015] (3)當(dāng)對某一試件撤去外加載荷時，不影響其他的試件進行疲勞試驗。[0016] (4)利用力傳感器(18)和控制器來檢測并記錄試驗過程中施加在試件上的載荷的大小。

[0017] (5)六個試件中有一個試件施加的載荷達到預(yù)定值時，利用控制器來控制與該試件相對應(yīng)的轉(zhuǎn)柱(16)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)柱(16)與動板(8)間配合的螺紋使整個加載裝置豎直向

上運動，從而撤去外加載荷，保證施加在每一根試件上的最大載荷為預(yù)先設(shè)定好的固定值。

[0018] (6)在撤去載荷達到預(yù)定值的試件上的加載荷裝置時，通過套筒(20)內(nèi)部的滾珠(15)保證整個加載荷裝置只有豎直方向上的運動，不會被電機帶動繞軸旋轉(zhuǎn)。

[0019] 該一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機具有如下優(yōu)點：[0020] (1)本發(fā)明使一次試驗可供六個試件(26)同時進行彎曲試驗，提高了試驗效率。[0021] (2)本發(fā)明可以用于同時對六個試件進行對照實驗。[0022] (2)本發(fā)明采用三點彎曲疲勞方式進行疲勞壽命的定量檢測，試件發(fā)生純彎曲變形，試驗原理簡單，便于試驗結(jié)果的分析、計算。

[0023] (3)本發(fā)明在電機控制轉(zhuǎn)柱(16)旋轉(zhuǎn)的過程中，為防止轉(zhuǎn)柱(16)帶動壓桿(19)一同旋轉(zhuǎn)對試件(26)造成磨損，因此在轉(zhuǎn)柱(16)和套筒蓋(14)、轉(zhuǎn)柱(16)和力傳感器盤(17)

之間均加入了球形滾珠(15)，保證撤去載荷時壓桿(19)離開試件(26)的方式為垂直向上移

動，取代壓桿螺旋向上的運動方式，從而避免了壓桿(19)與試件(26)之間的摩擦。

[0024] (4)本發(fā)明在對一個試件撤去載荷的同時壓板裝置仍繼續(xù)向下運動，不影響其他試件的疲勞試驗的進行。

[0025] (5)本發(fā)明實現(xiàn)了用力傳感器(18)和控制器進行實時采集和顯示以及記錄脈沖壓力的次數(shù)和最大值。

[0026] (6)本發(fā)明中的控制器可以實現(xiàn)對0～100N的壓力信號進行實時采集顯示，利用串口實現(xiàn)與電腦的通信并通過上位機程序進行“脈沖”壓力的實時記錄并顯示峰值和次數(shù)。

附圖說明[0027] 圖1：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機整體結(jié)構(gòu)軸測圖。[0028] 圖2：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機整體結(jié)構(gòu)主視圖。[0029] 圖3：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的加載荷裝置部分爆炸圖。[0030] 圖4：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的加載荷裝置部分剖視圖。[0031] 圖5：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的試驗機機架部分機架底座仰視圖。

[0032] 圖6：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的試驗機機架部分軸測圖。[0033] 圖7：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的三爪卡盤部分軸測圖。[0034] 圖8：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的試件部分軸測圖。[0035] 圖9：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的加載荷裝置部分軸測圖。[0036] 圖10：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的壓板裝置部分軸測圖。[0037] 圖11：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的轉(zhuǎn)柱主視圖。[0038] 圖12：一種一機六件的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗機的轉(zhuǎn)柱局部放大圖。[0039] 附圖標(biāo)記說明：[0040] 1—上定板導(dǎo)柱法蘭螺栓；2—上定板導(dǎo)柱法蘭；3—上定板螺栓；4—上定板；5—上定板柱法蘭螺栓；6—上定板柱法蘭；7—定板柱；8—動板；9—下定板柱法蘭；10—下定板柱

法蘭螺栓；11—下定板；12—下定板螺栓；13—套筒蓋螺栓；14—套筒蓋；15—滾珠；16—轉(zhuǎn)

柱；17—力傳感器盤；18—力傳感器；19—壓桿；20—套筒；21—導(dǎo)軌；22—下定板導(dǎo)柱法蘭；

23—下定板導(dǎo)柱法蘭螺栓；24—三爪卡盤；25—卡盤螺栓；26—試件；27—機架；28—導(dǎo)柱法

蘭螺栓；29—導(dǎo)柱法蘭；30—機架螺栓；31—導(dǎo)柱；32—機架底座；33—機架底座墊；34—導(dǎo)

柱螺栓；35—機架底座螺栓；36—施力柱；37—施力柱螺栓。

具體實施方式[0041] 下面結(jié)合圖1～5，對本發(fā)明做進一步說明：[0042] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明由壓板裝置部分、加載荷裝置部分、三爪卡盤部分、試件部分以及試驗機機架部分組成。

[0043] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明的壓板裝置部分包括如下零件：上定板導(dǎo)柱法蘭螺栓(1)、上定板導(dǎo)柱法蘭(2)、上定板螺栓(3)、上定板(4)、上定板柱法蘭螺栓(5)、上定板柱法蘭

(6)、定板柱(7)、動板(8)、下定板柱法蘭(9)、下定板柱法蘭螺栓(10)、下定板(11)、下定板

螺栓(12)、下定板導(dǎo)柱法蘭(22)、下定板導(dǎo)柱法蘭螺栓(24)、施力柱(36)、施力柱螺栓(37)。

[0044] 如圖3所示，本發(fā)明的加載荷裝置部分包括如下零件：套筒蓋螺栓(13)、套筒蓋(14)、滾珠(15)、轉(zhuǎn)柱(16)、力傳感器盤(17)、力傳感器(18)、壓桿(19)、套筒(20)、導(dǎo)軌

(21)。

[0045] 如圖1所示，本發(fā)明的三爪卡盤部分包括如下零件：三爪卡盤(24)、卡盤螺栓(25)。[0046] 如圖1所示，本發(fā)明的試件部分包括如下零件試件：試件(26)。[0047] 如圖1、圖5所示，本發(fā)明的試驗機機架部分包括如下零件：機架(27)、導(dǎo)柱法蘭螺栓(28)、導(dǎo)柱法蘭(29)、機架螺栓(30)、導(dǎo)柱(31)、機架底座(32)、機架底座墊(33)、導(dǎo)柱螺

栓(34)、機架底座螺栓(35)。

[0048] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明的壓板裝置部分中上定板(4)和下定板(11)通過定板柱(7)進行固定，并利用上定板導(dǎo)柱法蘭(2)及下定板導(dǎo)柱法蘭(22)固定在試驗機機架部分的

導(dǎo)柱(31)上。使上定板(4)和下定板(11)兩塊板子的位置保持固定不動。動板(8)與施力柱

(36)被施力柱螺栓(37)連接固定，壓力機通過對施力柱(36)施加壓力，從而使動板(8)運

動，進而驅(qū)動壓板裝置部分做垂直方向上的上下運動。動板(8)上有通孔并攻有內(nèi)螺紋，與

加載荷裝置部分的轉(zhuǎn)柱(16)上的外螺紋相配合。

[0049] 如圖3、圖4所示，本發(fā)明的加載荷裝置部分由壓桿(19)、力傳感器(18)、力傳感器盤(17)、滾珠(15)、轉(zhuǎn)柱(16)、滾珠(15)依次裝入套筒(20)，并由套筒蓋(14)以及套筒蓋螺

栓(13)密封構(gòu)成。其中力傳感器盤(17)的上表面、轉(zhuǎn)柱(16)的上下表面以及套筒蓋(14)的

下表面均有與滾珠(15)相配合的溝槽，可供滾珠(15)滾動。此外套筒(20)的表面留有通孔，

可供力傳感器(18)零件上的導(dǎo)線等伸出套筒(20)外側(cè)。

[0050] 如圖1所示，本發(fā)明的三爪卡盤部分中的三爪卡盤(24)被卡盤螺栓(25)固定在試驗機機架部分的機架(27)上。試驗開始前用三爪卡盤(24)將試件(26)夾持、固定。

[0051] 如圖1、圖5所示，本發(fā)明的試驗機機架部分由導(dǎo)柱(31)從下方依次穿過機架底座(32)及機架(27)，并將機架底座(32)與機架底座墊(33)組合在一起構(gòu)成。

[0052] 機架底座墊(33)兩端留有一排通孔，用以與地腳螺栓連接。[0053] 試驗開始前，將試件(26)夾持在三爪卡盤(24)上，并通過程序設(shè)定好施加在試件(26)上的許用載荷值大小。

[0054] 試驗開始時，壓力機將會通過對施力柱(36)施加壓力，進而推動動板(8)向下運動，此時由于動板(8)與轉(zhuǎn)柱(16)為螺紋連接，動板(8)將推動轉(zhuǎn)柱(16)一同向下運動。轉(zhuǎn)柱

(16)推動壓桿(19)向下運動，從而對試件(26)施加載荷。

[0055] 力傳感器(18)實時記錄并檢測載荷值的大小，當(dāng)檢測到某一試件(26)上的載荷值達到了許用載荷值時，控制器將啟動與該試件(26)相匹配的加載荷裝置中的轉(zhuǎn)柱(16)上的

電機，使轉(zhuǎn)柱(16)旋轉(zhuǎn)，并利用轉(zhuǎn)柱(16)與動板(8)上的螺紋，使該轉(zhuǎn)柱(16)帶動該加載荷

裝置相對動板(8)向上運動，試驗過程中，控制器同時記錄對每個試件的疲勞次數(shù)。

[0056] 在轉(zhuǎn)柱旋轉(zhuǎn)的過程中，由于有滾珠(15)的存在，套筒蓋(14)和力傳感器盤(17)將不隨著轉(zhuǎn)柱(16)一同旋轉(zhuǎn)。這樣就保證了套筒蓋(14)、力傳感器(18)、壓桿(19)以及套筒

(20)相對試件(26)只有垂直方向上的上下運動，壓桿不會在試件(26)上旋轉(zhuǎn)，因此避免了

加載荷裝置運動過程中壓桿(19)對試件(26)的磨損。

[0057] 電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)柱(16)轉(zhuǎn)動，帶動相應(yīng)的加載荷裝置回到最初位置，使施加在該試件(26)上的載荷完全被撤除。同時重復(fù)操作[0047]～[0049]。

[0058] 當(dāng)六個試件(26)的加載荷裝置中的壓桿(19)均離開了試件(26)表面后，控制器將驅(qū)動壓力機帶動動板(8)向上運動。此時，一次應(yīng)力循環(huán)完成，并準(zhǔn)備進入下一次應(yīng)力循環(huán)，

重復(fù)操作[0047]～[0050]。

[0059] 當(dāng)所有試件(26)均因彎曲疲勞而造成破壞后，疲勞試驗結(jié)束。[0060] 本發(fā)明通過力傳感器(18)及控制器來實時檢測施加的載荷大小，保證施加的載荷值不超過許用載荷值。實現(xiàn)了等應(yīng)力彎曲疲勞試驗，同時確保了試驗的精確度。

[0061] 本發(fā)明一次試驗可供六個試件同時進行彎曲疲勞壽命的檢測，各個試件間互相獨立，互不影響，有效提高了試驗效率。

[0062] 本發(fā)明利用套筒(20)內(nèi)部的滾珠(15)保證加載荷裝置只做豎直方向上的運動而不會繞軸旋轉(zhuǎn)，避免了撤載過程中對試件表面的磨損。

[0063] 本發(fā)明可以用于對六根試件同時進行相同載荷的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗，或?qū)α嚰M行不同載荷的等應(yīng)力三點彎曲疲勞試驗。試驗的六個試件在材料、規(guī)格和受力

的設(shè)定值上都允許不相同，根據(jù)用戶的需要選定。