专利名称：负荷试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别用于疲劳试验的负荷试验机以便通过在试件上施加循环的压缩或拉伸负荷而获得试件的疲劳特性。
背景技术：
参照图10，将说明一种常规的负荷试验机。图10是总体表示常规负荷试验机的示意图。该试验机具有一个基座101，从该基座立起一对支柱103。在该对支柱103之间，横向头104跨在二支柱103之间。该横向头104由板材制成以便限定一中空体。该两个支柱103用螺栓等与横向头104连接。此外，在基座101上安装一个致动器111。在基座101和横向头104之间，一个试件112用一对卡头106可移动地固定于其上。在疲劳试验的过程中，致动器111在试件112上施加循环的压缩或拉伸的负荷。该循环负荷的频率大约为50Hz。
这种试验机也被用于得到橡胶垫的动态特性以便了解其弹性常数和阻尼系数。从橡胶垫的实际使用观点出发，在试验过程中，要求比较高的循环频率。因此，如在日本专利申请公开No.57-48632所公开的，在中空横向头与支柱之间设置一个空气垫以便将组件的共振频率降到0到5Hz。用于试验的实际的循环负荷频率是10到500Hz以获得橡胶垫的弹性常数和阻尼系数。
通常使用的常规疲劳试验机达到对应近似107循环负荷的材料疲劳极限。但是，最近，为获得用于提供涡轮结构构件的材料的疲劳极限强度要求109循环负荷。它需要一种负荷试验机允许在较短期间实现109循环负荷的较高频率的循环负荷。
通常使用的常规负荷试验机用于大约50Hz的疲劳试验。此频率要花56个小时以完成107循环负荷的疲劳试验。但是，它要花232天以完成109循环负荷。因此，要求一种增加频率的疲劳试验以实现一个实际上较短的试验期间。例如，如果疲劳试验频率从50Hz变化到1000Hz，则一个109循环负荷的疲劳试验将在12天中完成，明显地改进其试验效率。
常规负荷试验机的共振频率高于其试验频率，但是实际上难以将共振频率增加到大于200Hz。为了允许1000Hz频率的负荷，常规负荷试验机将需要结构强度明显高于现在的试验机的强度，特别有关两个支柱103在尺寸与成本上有很大增加。
同时如上所述，动态特性测量试验机使用10到500Hz(不是50Hz而是高达500Hz)的循环频率负荷以获知如上所述的橡胶垫的弹性常数和阻尼系数。但是，这种试验机也不是构造成能达1000Hz的循环负荷。在公开申请中披露的常规试验机的情况中，空气垫放在支柱和横向头之间以达到大约3Hz的低共振频率。这允许一个10到500Hz循环负荷但是不能实现静态负荷(大约0Hz)。此外，这样一个空气垫需要更具有另一弹性常数的空气垫来更换以改变其共振频率。这需要一个所要求数量的具有彼此不相同的弹性常数的空气垫以改变共振频率。此外，空气垫具有不易控制的重量，这要花费额外的时间以改变共振频率。

发明内容
本发明的一个目是提供一种负荷试验机以消除上述现有技术负荷试验机的缺点。所提供的试验机允许较高频率循环负荷的疲劳试验，在该试验机中其共振频率能易于改变并且也可用于静止负荷试验。
根据本发明的负荷试验机包括基座，从基座上立起的至少一对支柱，跨在一对支柱之间的横向头，和一个安装在其座或横向头上的致动器。该致动器能够对放置在横向头和基座之间的试件施加负荷。该横向头通过一个弹性构件固定到两个支柱的每一个上，同时该弹性构件构造成能在其与横向头或每个支柱的连接位置中变化以改变试验机的共振频率。
横向头可以通过由金属制成的弹性构件固定到两个支柱的每一根上，这样该弹性构件被结合到两个支柱的每一根的上部以从支柱横向地延伸同时横向头被连接到弹性构件的一个臂上。
该横向头可以通过一支座件固定到弹性构件上，该支座件在其与横向头的结合位置中是可变化的。
弹性构件的臂的横截面可以是渐进地减小。弹性构件的臂的深度可以是渐进地减小。横向头可以是实心块状。


图1是总的表示根据本发明负荷试验机的一个实施例的说明视图；图2是表示图1的试验机的主要部件的放大视图；图3A是表示弹性构件的透视图以及图3B是表示支座件的透视图；图4A和4B是表示弹性构件的说明视图，图4A是平面视图，而图4B是剖视图；图5是沿图4A的箭头V取的侧视图；图6A和6B是表示支座件的说明视图，该两视图依次为顶视图和正视图；图7是表示可应用到试验机的循环负荷频率的说明图；图8是表示试验机的试验循环频率和增益之间的关系的曲线图；图9A和9B是表示每一个彼此不同的弹性构件的说明视图，图9A是具有圆底的一个臂的弹性构件的正视图，而图9B是具有矩形臂的另一个弹性构件的正视图；图10是总的表示常规负荷试验机的一个视图；和图11是表示具有空气垫的动态特性测量试验机的试验循环频率和增益之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
参照图1至图9，将讨论根据本发明的负荷试验机的实施例。
如图1所示，负荷试验机具有一个底座1，它通过多个支脚2安装在其础上。在该底座1上立起一对支柱3，和一个横向头4设置成跨过一对支柱3。该横向头4被确定成实心金属块并通过金属弹性构件(弹性杆或支架)6固定在每个支柱3的顶部。也就是，该横向头4不直接结合到支柱3上但通过弹性构件6与支柱3弹性地连接。该弹性构件6将在后面详细讨论。在基座1上，安装一个液压致动器11，它具有一个通过下卡盘14可移动地与试件12连接的致动杆。同时，在横向头4上，设置一负荷传感器13以便测量作用到试件12上的负荷。试件12通过上卡盘16可移动地安装到横向头12的底部。因此，该试件12可移动地固定在基座1和横向头4之间，使致动器11可在试件12上加载。
该致动器11经伺服阀22接受来自带液压泵的液压装置21的压力油。负荷传感器13测量负荷以通过负荷信号放大器23输出对应于负荷的信号到伺服控制器24。致动器11的杆的位移(也就是试件12下端的位移)由位移传感器26测量，和测量数据通过位移信号放大器27输送到伺服控制器24。该伺服控制器24与输出指示信号的指令信号发生器31电连接以控制杆或负荷阀的位移。伺服控制器24向伺服阀22输出操作信号以便基于由负荷传感器13测量的负荷值或者由位移传感器26获得的对应于由指令信号发生器31产生的指令信号的位移信号进行反馈控制。在疲劳试验中，指令信号发生器31，例如，输出正弦波形的循环信号以对试件12施加循环的压缩或拉伸负荷。
弹性构件6由金属制成并具有一支柱结合部分41以及从支柱结合部分41横向(如图1所示的向右或向左)延伸的臂42。该支柱结合部分41固定到支柱3的上部并通常在顶视图中限定为圆形。除去其延伸端弹性构件6具有垂直的圆周壁。支柱结合部分41具有形成带接受支柱3的顶面的结合凹穴46的底表面。在该凹穴46中，支柱结合部分41设有多个螺栓通孔47以用螺栓固定支柱3。支柱3具有多个和螺栓通孔47相关的拧螺栓的孔(未表示)。支柱3与弹性构件6沿点划线48被螺栓连接起来。
臂42具有导向凹穴52，该导向凹穴52在臂42的延伸方向在凹穴的上表面滑动地引导支座件51。臂42设有多个(在实施例中为10个)螺栓通孔53。该臂42的横截面积为渐进地减小。也就是，该臂42具有水平的上表面和向上倾斜的底表面，在延伸的方向逐渐减小其深度。该臂42具有如图4A所示的渐进小的宽度B。
图6所示，本实施例的支座件51设有4个螺栓通孔56。横向头4具有带螺栓通孔(未表示)的底表面，这些通孔对准弹性构件6的臂42的相关螺栓孔53。横向头4通过支座件51用螺栓拧到弹性构件6上，在该支座中使用4个螺栓通孔53而弹性构件6的其它孔没有使用。图2所示情况使用图的向左方向的第二和第三螺栓通孔53。螺栓沿点划线57向上插入臂42的螺栓孔53和支座件51的螺栓通孔56以被拧入横向头4的螺栓孔中，因此，通过支座件51横向头4被螺栓固定到弹性构件6上。
支座件51在其固定位置是可变化的，因此可以改变支座件51用螺栓连接到横向头4的连接位置。本实施例允许4个连接位置。连接位置的位移改变弹性构件6的弹性常数。连接位置距臂42的根部较近可达到较大的弹性常数。如图8的一个箭头所示，整个负荷试验机的共振频率移向右而变得较大。共振频率主要随横向头4和弹性构件6的弹性常数而变化。随着横向头重量的增加共振频率降低以及随着弹性构件6的弹性常数的增加共振频率增加。
图9A和9B表示弹性构件6的变型实例。图9A所示的第一变型实例具有带圆底的一个臂42，而图9B所示的第二变型实例具有带一通常为水平底面的矩形臂42。
因此构成的试验机包括具有大于常规空气垫的弹性常数的弹性构件6，使得该试验机的共振频率可以是100到200Hz(如图8所示)。因此，该试验机允许具有零负荷频率的静负荷试验。
此外，弹性构件6的弹性常数随着弹性构件6和横向头4的连接位置而变化。因此，试验机的共振频率是可调节的以便允许用于疲劳试验的一个循环负荷频率。图7表示可允许的循环负荷频率的范围。标号A、B和C依次表示讨论的实施例，带空气垫的负荷试验机、和常规试验机的可允许的范围。在实施例中，负荷试验机具有100到200Hz的共振频率，但是通过变化横向头4与弹性构件6的连接位置以改变试验机的共振频率，一个宽的如标号A指示的试验负荷频率范围是可允许的。例如，当试验机具有150Hz的共振频率时，可允许的试验频率为小于100Hz或大于200Hz。当试验机具有100Hz的共振频率时，可允许的试验频率变成小于50Hz或大于150Hz。同时，当试验机具有200Hz的较高共振频率时，可允许的试验频率变成小于150Hz或大于250Hz。
相反，具有空气垫的负荷试验机因为空气垫的较小弹性常数所以具有较低的共振频率，因此，静态负荷试验或具有近于0的十分低的频率的负荷试验不可应用于如图7中标号B所示的试验机。常规的试验机仅允许不大于100Hz的负荷频率并且不可应用于具有如图7中标号C所示的较高频率的疲劳试验。
实施例的试验机具有通过变化横向头4和弹性构件6的连接位置而改变的共振频率，该弹性构件不需要另外的弹性构件6，减少了试验机零件的数目。支座件51能够容易地被移动以改变连接位置。该弹性构件6具有设有导向凹穴52的上表面，沿该凹穴可滑动地移动支座件51以便容易地改变其连接位置。
在图8中表示负荷频率和增益之间关系的曲线图。实线的曲线与图9相关，在该图9中弹性构件6的臂42通常为矩形，而虚线的曲线与图2相关，在该图2中弹性构件6的臂42是渐进地变小。图8的曲线图表示当循环负荷试验使用共振频率附近的一个频率时渐进变小的臂42对减少试验机共振频率的影响是较好的。此外，臂42具有渐进变小的深度比一个渐进变小的宽度对减小共振的影响更有利。
由实心金属块限定的横向头4允许一个最大的坚实性以提供横向头4的较高固有频率，例如，高于通常试验频率的约1500Hz。这就防止横向头4本身与试验循环负荷谐振。
此外，试验机设置至少一对支柱3，和4个支柱的方案可能是实际的。液压致动器可以由另一种型式来代替。致动器可以不被设置在基座1上但设置在横向头4上。
弹性构件6与支柱3之间或者弹性构件6和横向头4之间的连接结构可以用另一方式构成。例如，螺栓拧紧可以用另一种固定装置来代替。弹性构件6可以在形状和材料上改变。此外，螺栓通孔53和连接位置在数量上可以适当地变化。
在此讨论的实施例中，弹性构件6和横向头4的连接位置是可变化的。另一方面，弹性构件6与支座3的连接位置可以被构造成是可变化的。但是，连接位置的前一构形要比后者在结构上较容易。
负荷试验机可以用于不是疲劳测量的负荷试验。渐进变小的臂42可以具有渐进变小的深度或宽度。渐进变小的深度比渐进变小的宽度更有利。
下面总结本发明的有利影响。根据本发明，弹性构件与横向头或者弹性构件与支柱的连接位置是可变化的，使得试验机的共振频率是可调节的。因此，该弹性构件就可能这样放置，使其共振频率在100Hz至200Hz变化以允许进行疲劳试验的1000Hz的循环负荷频率。但共振频率干扰负荷波形时，改变弹性构件的连接位置以变化共振频率从而修正波形以获得精确的试验结果。
由金属制造的并从支柱横向延伸的弹性构件可以具有一个大于空气垫的弹性常数以提供较高的共振频率。该弹性构件6易于改变与横向头的连接位置。这样，除了易于调节试验机的共振频率外允许静态负荷试验和低频循环试验。
通过在位置上可调节的支座件与弹性构件上的横向头连接能够容易地改变试验机的共振频率。
当负荷频率接近共振频率时，弹性构件具有渐进的变小的臂就减小共振频率的影响。
由实心金属块确定的横向头有最大的坚实性以提供较高的横向头4的固有频率，例如，大约1500Hz也就是高于通常1000Hz的试验频率。这防止横向头自身与试验循环负荷的谐振，改善试验的精确度。
权利要求
1.一种负荷试验机，包括一个基座，从该基座立起的至少一对支柱，跨在一对支柱之间的横向头，和安装在基座或横向头上的致动器，该致动器可以对放置在横向头与基座之间的试件施加一负荷。其中该横向头通过弹性构件固定到二支柱的每一个上，和该弹性构件构造成使其与横向头或二支柱的每一个的连接位置是可变化的以便改变试验机的共振频率。
2.如权利要求1所述的负荷试验机，其特征在于所述的横向头是一个实心块。
3.一种负荷试验机，包括一个基座，从该基座立起的至少一对支柱，跨在一对支柱之间的一个横向头，和安装在该基座或横向头上的一个致动器，该致动器能对放置在横向头与基座之间的试件施加一负荷，其中横向头通过一个金属制成的弹性构件固定到两个支柱的每一个上，这样该弹性构件与两个支柱的每一个的上部相连接以便从支柱横向延伸而限定一个臂，同时横向头被连接到该弹性构件的臂上，该弹性构件与横向头的连接位置是可变化的。
4.如权利要求3所述的负荷试验机，其特征在于所述的弹性构件的臂的横截面是渐进地变小的。
5.如权利要求4的负荷试验机，其特征在于所述的弹性构件的臂的深度是渐进地减小的。
6.如权利要求3至5中任一项的负荷试验机，其特征在于所述的横向头是一实心块。
7.一种负荷试验机，包括一个基座，从该基座立起的至少一对支柱，跨在该一对支柱之间的一横向头，和安装在基座或横向头上的一致动器，该致动器可以对放置在横向头和基座之间的试件施加一负荷，其中横向头通过一个金属制成的弹性构件固定到两个支柱的每一根上，这样该弹性构件被连接到两个支柱的每一根的上部以便从支柱横向延伸以确定一个臂，同时横向头通过一支座件与该弹性构件的臂连接，该支座件与横向头的连接位置是可变化的。
8.如权利要求7所述的负荷试验机，其特征在于所述的弹性构件的横截面是渐进地减小的。
9.如权利要求8所述的负荷试验机，其特征在于所述的弹性构件的臂的深度是渐进地减小的。
10.如权利要求7至9中任一项所述的负荷试验机，其特征在于所述的横向头是一个实心块。
全文摘要
一种负荷试验机，包括一个基座，至少一对从该基座立起的支柱，跨在一对支柱之间的一个横向头和安装在基座或横向头上的致动器。该致动器可以对放置在横向头与基座之间的试件施加一负荷。该横向头通过一弹性构件被固定到两个支柱的每一根上，同时该弹性构件被构造成在其与横向头或与两个支柱的每一根的连接位置是可变化的以改变该试验机的共振频率。
文档编号G01N3/02GK1517693SQ20041000225
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者高田进, 古谷桂一, 一 申请人:株式会社鹭宫制作所