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一种小型疲劳试验装置往复扭转机构的设计

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刘永兴王强

【摘?要】许多零件在实际工作状态中承受动载荷的作用，与受到静载荷作用而产生破坏时会出现明显变形的情况不同，这些零件往往是在并未发生显著变形的情况下出现疲劳破坏现象。针对目前大多数高职院校的实验室都没有疲劳试验设备，无法给学生开展疲劳试验，严重影响了金属材料疲劳过程实验教学的现状，因此，研制一台结构简单、低成本、易操作的小型扭转与轴向拉压疲劳试验装置具有非常必要的现实意义。论文对这种小型疲劳试验装置的往复扭转机构进行设计与研究。

【Abstract】Manycomponentsaresubjecttodynamicloadsintheactualoperatingstate，unlikethosethatexhibitsignificantdeformationwhendamagecausedbystaticloads，andthesepartstendtoexperiencefatiguedamagewithoutsignificantdeformation.Inviewofthefactthatmostofthelaboratoriesinvocationalcollegesanduniversitiesdonothavefatiguetestequipment，theycantcarryoutfatiguetestforstudents，whichseriouslyaffectsthecurrentsituationofexperimentalteachingofmetalmaterialfatigueprocess，soitisofgreatpracticalsignificancetodevelopasmallfatiguetestdevicewithsimplestructure，lowcostandeasyoperation.Thispaperisthedesignandresearchofthereciprocatingtorsionmechanismofthissmallfatiguetestdevice.

【关键词】疲劳试驗装置;往复扭转机构;设计

【Keywords】fatiguetestdevice;reciprocatingtorsionmechanism;design

TH112???????????????????????【文献标志码】A?????????????????????????1673-1069（2021）09-0185-03

1引言

许多小型零部件在实际工作状态中，会受到反复的扭转、拉伸等载荷的作用。当这种循环应力或应变达到一定次数时，零部件会产生疲劳现象，在应力或应变集中处出现裂纹直至发生断裂。目前很少有专门针对小型零部件的小载荷疲劳试验机，且国内大多数高职院校的实验室或实训基地都没有疲劳试验设备，无法给学生开展疲劳试验，严重影响了金属材料疲劳过程实验教学的现状，因此，研制一台结构简单、低成本、易操作的小型扭转与轴向拉压疲劳试验装置具有非常必要的现实意义。本文是对这种小型疲劳试验装置的往复扭转机构的设计与研究。

2往复扭转机构的基本结构与原理

该往复扭转机构旨在尽量通过简单的机械结构来模拟实际工作状态中扭转运动情况，主要实现的机械运动为执行装置完成与铅垂方向左右摆角相等的往复摆动运动，与此同时，该往复摆动运动的摆动频率和摆角大小需要实现可调节性。通过对比凸轮机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构的结构、加工难易程度、经济型等条件，选择使用曲柄摇杆机构来实现往复摆动运动。如图1所示，曲柄AB与减速器连接，以恒定角速度ω进行圆周运动，摇杆CD实现往复摆动运动，曲柄AB转动1周，摇杆CD就跟随摆动1次，摆动幅度为极限位置C1D至极限位置C2D，摆动角度为φ，亦为极位夹角。

3曲柄摇杆机构各杆件的参数关系

本课题往复扭转机构是为了使小型疲劳试验装置实现确定角度的往复摆动，故摆动角度与2个极限位置已知。即在已知曲柄摇杆机构中摇杆极限位置C1D、C2D和极位夹角φ的条件下，利用三角形正弦定理和余弦定理来求出各杆件之间的长度关系。当各个杆件之间的长度关系确定之后，整个曲柄摇杆机构的运动规律也就随之确定。所以应该首先对曲柄摇杆机构进行运动分析。运动分析有如解析法、图解法等多种方法，这里主要采