专利名称：制造材料通用的热疲劳模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在车辆制动鼓或其它产品的失效分析过程中，制造材料通用的热 疲劳模拟试验装置，属于机电一体化试验装置的生产领域。
背景技术：
对于一些工况条件比较复杂的产品，往往需要承受高温的考验，如汽车制动鼓，在一 般情况下，汽车制动时，使得工件表面急剧升温，当温度较高时刹车片制动失效，会发生 安全问题。为了防止制动鼓升温过高，多采用向制动鼓工作表面喷冷却水，强化散热降温。 尤其在汽车频繁制动或下坡时长时间制动，如果不用冷却水冷却，制动鼓热量很难及时导
出，制动鼓吸收的热量累积，很容易造成温升过高而损坏刹车片和制动鼓。采用向制动鼓 工作表面喷冷却水方法，容易使制动鼓的激冷激热，即产生热疲劳。因此，目前市面上的 车辆制动鼓按汽车行业的有关要求，需要进行热疲劳试验，而传统的试验方法是将制动鼓 实物安装在专用热疲劳试验机上，进行模拟刹车试验，或者将制动鼓实物安装在汽车上， 进行实时车载试验。使用这两种传统的试验方法的缺陷在于，购置制动鼓专用热疲劳试验 机费用和试验运行费用较高，将制动鼓实物安装在汽车上的制动鼓热疲劳试验周期较长。 发明内容
本实用新型的目的就在于为了克服现有车辆制动鼓或其它产品试验方法的不足而提 供一种制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，这种试验装置对热疲劳试验试件实施受热厚 度和温度以及冷却条件的精确控制，显著縮短了试件的热疲劳试验周期并降低了试验成 本。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案 本实用新型由机架、高频加热器、控制电路和冷却器组成，其中，在所述机架上方设 置有试件夹紧及松开装置，所述冷却器安装在机架的下方，所述冷却器的上方开口与试件 夹紧及松开装置的试件安装位置相对应；所述高频加热器包括高频电源和感应加热线圈，
感应加热线圈的电源输入端与高频电源的输出端对应连接，感应加热线圈安装在试件夹紧
及松开装置的试件安装位置；所述控制电路的两个控制输出端分别与试件夹紧及松开装置 的电源输入端和感应加热线圈的电源输入端对应串联连接。通过控制电路对试件夹紧及松
3开装置和高频加热器的感应加热线圈进行自动化控制，达到对试件进行定时定温加热以及 定时定温冷却，从而精确完成模拟试验的目的。
作为本实用新型中试件夹紧及松开装置的最佳结构，其结构为在试件安装位置一端 的机架上安装有电磁铁，所述控制电路的其中一个控制输出端与电磁铁的电源输入端串联 连接；在试件安装位置另一端的机架上安装有弹簧，在弹簧靠近试样安装位置的一端安装 有用于夹紧试件的具有磁性的抽板。利用弹簧和电磁铁对试件进行夹紧和松开的控制，可 以非常精确，是最佳的自动化控制方式。
作为本实用新型中试件夹紧及松开装置的进一步改进，在所述电磁铁靠近试件安装位 置的一端安装有螺杆，在螺杆上安装有螺帽，在试件安装位置的下方设置有上板和下板， 在上板和下板的中央均设置有比试件大的孔；以所述弹簧的轴向方向为方向，在上板和下 板的中间设置有槽轨，所述抽板可以在所述槽轨内沿所述弹簧的轴向方向移动。这样可以 根据需要实现更加真实的摩擦运动，达到最佳的试验效果。
作为本实用新型中控制电路的最佳结构，其结构为包括时间控制器、两个继电器、 接触器、市电电源和两个电源开关，其中，市电电源与一个电源开关连接后与时间控制器 的电源输入端连接，时间控制器的两个控制输出端分别与两个继电器连接，其中一个继电 器的输出端与接触器的控制输入端连接，市电电源与另一个电源开关连接后与所述高频加 热器的高频电源的输入端连接；所述控制电路的两个控制输出端分别为接触器和未与接 触器连接的继电器，其中接触器与感应加热线圈的电源输入端串联连接，未与接触器连接 的继电器与试件夹紧及松开装置的电源输入端串联连接。在工作过程中，可以方便地通过 时间控制器以及继电器和接触器对试件受热时间和冷却时间进行精确控制。
本实用新型的有益效果在于
用本实用新型代替传统的试验，无需装车试验，无噪音，具有机架结构紧凑、体积小、 重量轻、操作方便、使用灵活、工作性能良好的优点，而且制造和试验成本低廉，热疲劳 试验周期短。

图l是本实用新型的结构示意图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步具体描述如图1所示，本实用新型由机架8、高频加热器(图1中不可视)、控制电路(图1中 不可视)和冷却器9组成，其中，在机架8的上方设置有试件夹紧及松开装置，其结构为
在试件安装位置19 一端的机架8上安装有电磁铁7，在试件安装位置19另一端的机架8 上安装有弹簧1，在弹簧1靠近试样安装位置19的一端安装有用于夹紧试件的具有磁性的 抽板2，冷却器9安装在机架8的下方，冷却器9的上方开口与试件夹紧及松开装置的i式 件安装位置19相对应；在电磁铁7靠近试件安装位置19的一端安装有螺杆5，在螺杆5 上安装有螺帽6，在试件安装位置19的下方设置有上板3和下板4，在上板3和下板4的 中央均设置有比试件大的孔(图1中不可视)；以弹簧1的轴向方向为方向，在上板3和 下板4的中间设置有槽轨(图1中不可视)，抽板2可以在所述槽轨内沿弹簧1的轴向方 向移动。
如图2所示，所述高频加热器包括高频电源11和感应加热线圈10，感应加热线圈10 的电源输入端与高频电源11的输出端对应连接，感应加热线圈IO安装在试件夹紧及松开
装置的试件安装位置(图2中不可视)；所述控制电路的结构为包括时间控制器12、继
电器13、继电器14、接触器15、市电电源16、电源开关17和电源开关18，其中，市电 电源16与电源开关17连接后与时间控制器12的电源输入端连接，时间控制器12的两个 控制输出端分别与继电器13和继电器14连接，继电器13的输出端与接触器15的控制输 入端连接，市电电源16与电源开关18连接后与所述高频加热器的高频电源11的输入端 连接，接触器15与感应加热线圈IO的电源输入端串联连接，继电器14与电磁铁7的电 源输入端串联连接。时间控制器12由各种系列的微电脑(如单片机和数字处理芯片DSP) 以及它们的外围电路组成，属于成熟技术，再次不再赘述。
下面以对汽车制动鼓的热疲劳模拟试验为例对本实用新型进行进一步说明 结合图1和图2，操作步骤如下接通市电电源16—打开电源开关17和电源开关18 —设置时间控制器12的时间参数一按下时间控制器12的工作键按钮一打开并设置高频电 源11的电流值一把制动鼓安装在试件安装位置19—用手把抽板2向右推，卡住制动鼓一 电磁铁7和感应加热线圈10通电一松开手一制动鼓加热一达到要求温度时，电磁铁7和 感应加热线圈10断电一抽板2瞬间向左移，松开制动鼓一制动鼓掉入水中一安装制动鼓 —重复上述过程一关掉高频电源11的电流(所有制动鼓做完一次热模拟)一从冷却水中 捞起所有制动鼓，观察热疲劳裂纹一用吹风机吹干试样表面的水一打开并设置高频电源11 的电流值一安装制动鼓一重复上述过程。结合图2，在上述过程中，控制电路及其电器元件的工作原理为连接好市电电源16
并合上电源开关17和电源开关18后，由微电脑组成的时间控制器12开始工作，并同时 控制继电器13、继电器14的接通和断开，从而控制电磁铁7的接通和断开以及接触器15 的接通和断开，接触器15的接通和断开控制了感应加热线圈IO的接通和断开。通过时间 控制器12对电磁铁7的通断时间长短和感应加热线圈10的加热时间长短的控制，辅以高 频电源11的电流大小的控制，从而可控制制动鼓材料的加热时间和温度高低。时间控制 器12的控制精度较高，时间范围可任意调节。
如图1所示，冷却器9尽量选择大而高的，增加冷却水的体积，减小进出水的流量， 其尺寸根据口径和高度确定。由于制动鼓的尺寸比较小，制动鼓冷却时放出的热量不会很 多，因此进出水管选择市场上口径最小的水管。弹簧l的作用是在电磁铁7断电后，把抽 板2复位，其力的大小要能克服夹具复位时所受的摩擦力，选用长度和拉力系数为一定量。 电磁铁7在通电后其拉力大小要大于克服抽板2移动时摩擦力和弹簧1伸长后的拉力之和， 根据需要选用拉力。夹具采用抽板2的形式，.其最大口径和最小口径由试样的尺寸决定， 热疲劳模拟试样采用的是拉伸试棒的端头，其尺寸根据制动鼓热疲劳材料确定。
本实用新型还可对其它不同的材料进行热疲劳模拟试验，实现了对试件受热厚度和温 度及冷却条件的精确控制，并方便地实时观察热疲劳裂纹，解决了传统试件(如制动鼓) 热疲劳试验必须购置试件(如制动鼓)专用热疲劳试验机或直接进行真实试验而带来的费 用高、周期长的问题，适合多种条件下的试件(如制动鼓)材料的热疲劳模拟试验研究。
权利要求1、一种制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，其特征在于由机架、高频加热器、控制电路和冷却器组成，其中，在所述机架上方设置有试件夹紧及松开装置，所述冷却器安装在机架的下方，所述冷却器的上方开口与试件夹紧及松开装置的试件安装位置相对应；所述高频加热器包括高频电源和感应加热线圈，感应加热线圈的电源输入端与高频电源的输出端对应连接，感应加热线圈安装在试件夹紧及松开装置的试件安装位置；所述控制电路的两个控制输出端分别与试件夹紧及松开装置的电源输入端和感应加热线圈的电源输入端对应串联连接。
2、 根据权利要求l所述的制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，其特征在于所述试 件夹紧及松开装置的结构为在试件安装位置一端的机架上安装有电磁铁，所述控 制电路的其中一个控制输出端与电磁铁的电源输入端串联连接；在试件安装位置另 一端的机架上安装有弹簧，在弹簧靠近试样安装位置的一端安装有用于夹紧试件的 具有磁性的抽板。
3、 根据权利要求2所述的制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，其特征在于在所述 电磁铁靠近试件安装位置的一端安装有螺杆，在螺杆上安装有螺帽，在试件安装位 置的下方设置有上板和下板，在上板和下板的中央均设置有比试件大的孔；以所述 弹簧的轴向方向为方向，在上板和下板的中间设置有槽轨，所述抽板在槽轨内。
4、 根据权利要求l所述的制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，其特征在于所述控 制电路的结构为包括时间控制器、两个继电器、接触器、市电电源和两个电源开 关，其屮，市电电源与一个电源开关连接后与时间控制器的电源输入端连接，时间 控制器的两个控制输出端分别与两个继电器连接，其中一个继电器的输出端与接触 器的控制输入端连接，市电电源与另一个电源开关连接后与所述高频加热器的高频 电源的输入端连接；所述控制电路的两个控制输出端分别为接触器和未与接触器 连接的继电器，其中接触器与感应加热线圈的电源输入端串联连接，未与接触器连 接的继电器与试件夹紧及松开装置的电源输入端串联连接。
专利摘要本实用新型公开了一种制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，由机架、高频加热器、控制电路和冷却器组成，其中，在所述机架上方设置有试件夹紧及松开装置，所述冷却器安装在机架的下方并与试件夹紧及松开装置的试样安装位置相对应；所述高频加热器包括高频电源和感应加热线圈，感应加热线圈的电源输入端与高频电源的输出端对应连接，感应加热线圈安装在试件夹紧及松开装置的试件安装位置；所述控制电路的两个控制输出端分别与试件夹紧及松开装置的电源输入端和感应加热线圈的电源输入端对应串联连接。利用本实用新型，无需装车试验，无噪音，具有机架结构紧凑、体积小、重量轻、操作方便、使用灵活、工作性能良好、制造和试验成本低廉的优点。
文档编号G01N3/60GK201378134SQ20092011110
公开日2010年1月6日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者刘洪喜, 方 张, 张希俊, 莉 李, 陈永泰 申请人:昆明理工大学