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一种应用于广告牌的疲劳试验机构设计

发布时间:2023年07月01日

0 引言

目前比较常用的是电液伺服疲劳试验机, 能在正弦波、三角波、梯形波、矩形波、斜波等动态载荷下进行拉压疲劳特性试验, 能无极调速。虽然电液伺服疲劳试验机功能多, 但是结构复杂、价格昂贵、维修不便, 而对于广告牌的试验只需改变振幅和频率, 电液伺服疲劳试验机显然有点大材小用。鉴于此, 本文提出了一种结构简单、调节方便, 同时经济实惠的疲劳试验机。

1 疲劳试验机组成及工作原理

该疲劳试验机主要利用曲柄滑块机构的工作原理进行设计, 将曲柄的圆周运动转化成滑块的往复运动, 从而带动广告牌周期性往复运动。

1.1 疲劳试验机的组成

疲劳试验机组成如图1所示, 整个疲劳试验机由伺服电机、减速器、同步带、带座轴承、同步带轮、曲柄、两个连杆、滑块和直线导轨等组成。改变伺服电机的转速, 就可改变广告牌的振动频率。其中两个连杆可以根据需要改变总长度, 从而改变广告牌的振幅。疲劳试验机的主要受力部件为连杆, 这也是本文重点分析的部件。

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1—伺服电机2—减速器3—同步带4—带座轴承5—同步带轮6—曲柄7—右连杆8—左连杆9—连接块10—滑块11—直线导轨12—连接杆13—广告牌

1.2 疲劳试验机的工作原理

伺服电机通过减速器输出合适的转速, 同步带带动同步带轮以一定速度旋转, 同步带轮与曲柄连接, 曲柄和同步带轮以相同的转速旋转, 通过左连杆和右连杆带动滑块左右移动。

2 疲劳试验机设计与计算

2.1 疲劳试验机工作状态分析

由于疲劳试验机的工作是一个动态过程, 在运动过程中连杆受力不断变化, 所以本文就两种极限状态进行分析[1]:第一种状态是曲柄与连杆共线且滑块在最左端, 如图2所示;第二种状态是曲柄与连杆共线且滑块在最右端, 如图3所示。

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图2 第一种状态   


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图3 第二种状态   


2.2 疲劳试验机振幅计算

如图4所示, 假设曲柄的长度为L1, 连杆的总长为L2。当处于第一种状态时, A和B两点的距离最长即L1ab=L1+L2, 滑块末端距离直线导轨右端的距离为H1;当处于第二种状态时, A和B两点的距离最长即L2ab=L2-L1, 滑块末端距离直线导轨右端的距离为H2;振幅

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图4 疲劳试验机振幅计算   


3 疲劳试验机受力分析

对于桁架中的杆件, 不是受拉便是受压[2]。因此, 当处于第一种状态时, 连杆受拉应力;当处于第二种状态时, 连杆受压应力。根据材料力学的知识, 压缩强度极限远高于拉伸强度极限 (为3~4倍) [3], 因此只需要校核抗拉强度即可, 受力分析如图5所示。

假设所受拉力F为1 000 N, 最大应力为71.3 MPa, 小于碳钢的屈服极限210 MPa, 满足设计要求[4]

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图5 疲劳试验机受力分析图   


4 结语

目前, 该疲劳试验机已经实际应用, 在应用中没有出现任何问题, 实践证明, 此种疲劳试验机设计可靠。

本文提出的此种新颖的疲劳试验机为广告牌的疲劳试验提供了一种思路, 目前该机构已经应用于工厂生产中。