金屬材料在工程領(lǐng)域中扮演著重要的角色，然而在使用過程中，由于外部環(huán)境和載荷作用等因素的影響，金屬材料往往會產(chǎn)生疲勞損傷，這將導(dǎo)致材料失效甚至引發(fā)事故。因此，研究金屬材料的疲勞性能及其疲勞壽命是非常必要的。

金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗是一種常用的疲勞試驗方法，該方法主要用于評估金屬材料在旋轉(zhuǎn)彎曲載荷作用下的疲勞性能。該試驗方法能夠模擬金屬材料在實際使用中的受力情況，具有較高的可靠性和準確性，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機械制造等領(lǐng)域。

本文科準測控小編將介紹金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法的原理、設(shè)備、操作步驟和數(shù)據(jù)處理方法。

一、測試原理

1、原理

試樣旋轉(zhuǎn)并承受一彎矩，產(chǎn)生彎矩的力F恒定不變且不轉(zhuǎn)動。試樣可裝成懸臂，在一點或兩點加力,或裝成橫梁，在四點加力。試驗一直進行到試樣失效或超過預(yù)定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

注：失效——試樣出現(xiàn)肉BS可見疲勞裂紋或完全斷裂。在特殊應(yīng)用中，可用試樣的塑性變形成裂紋擴展速率確定試驗的終止。

2、測試相關(guān)內(nèi)容

a、疲勞——材料在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，產(chǎn)生局部累積損傷，經(jīng)一定循數(shù)而失效。

b、疲勞壽命，N——在規(guī)定應(yīng)力或應(yīng)變作用下，材料失效前所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)。

c、S-N曲線圖——應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線圖形。

d、應(yīng)力比，R——最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值，（見圖1）。

e、疲勞極限——對應(yīng)于規(guī)定循環(huán)次數(shù)的中值疲勞強度。

f、疲勞極限——當(dāng)N為無窮大時的中值疲勞強度。

g、理論應(yīng)力集中系數(shù)，Kt——根據(jù)彈性理論計算的應(yīng)力集中區(qū)最大應(yīng)力與該區(qū)標稱應(yīng)力的比值。

h、存活率，P——疲勞壽命高于規(guī)定值的百分率。

二、測試儀器

可用不同類型旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機，但應(yīng)滿足如下要求：

Pin

1、所施彎矩誤差不大于土1%。

2、將檢驗棒裝于試驗機上，慢慢轉(zhuǎn)動試驗機主軸，用百分表沿檢驗棒的試驗部分或沿其自由端測得的徑向跳動量不大于0.02mm。裝上標準試樣空載運轉(zhuǎn)時，在主軸筒加力部位測得的徑向跳動量最小于0.06mm。

3、初始彎矩應(yīng)盡可能小。對于最大彎矩大于3kgf?m(29.4N?m)的純彎曲疲勞試驗機，其初始彎矩不大于最大彎矩的10%，對于最大彎矩小于3kgf?m(29.4N?m)的純彎曲疲勞試驗機，其初始彎矩不大于最大彎矩的5%。

4、試驗速度范圍為900~10000rpm,并分級或無級連續(xù)可調(diào)。

三、測試流程

1、試樣的制備

試樣形狀如圖2~8所示，可為圓柱形、圓錐形和漏斗形，其試驗截面均為圓形。

試驗部分形狀應(yīng)根據(jù)所用試驗機的加力方式設(shè)計，夾持部分形狀應(yīng)根據(jù)所用試驗機的夾持方式設(shè)計。各種情況下試樣所承受的彎矩M圖和標稱應(yīng)力S圖如圖2~8所示。

2、操作步驟

1）安裝試樣

將試樣裝入試驗機，牢固夾緊，并使其與試驗機主軸保持良好同軸。當(dāng)用手慢慢轉(zhuǎn)動試驗機主軸時，用百分表在純彎曲試驗機的主軸上或在懸臂彎曲試驗機中試樣自由端上測得的徑向跳動量均應(yīng)不大于0.03mm。啟動試驗機后，空載正常運轉(zhuǎn)時，在主軸筒加力部位測得的徑向跳動量應(yīng)不大于0.06mm。加力前，必須檢定上述值，使之符合要求。裝樣時切忌接觸試樣試驗部分表面。

2）獲得試驗速度

開動試驗機，并使試驗速度達規(guī)定值。

推薦試驗速度范圍為900~10000rpm。同一批試驗的試驗速度應(yīng)相同。不得采用引起試樣共振的試驗速度。

3）加力

以遞増或連續(xù)的方式，平穩(wěn)而無沖擊地將力加到規(guī)定值。

4）終止試驗

試驗一直進行到試樣失效或達規(guī)定循環(huán)次數(shù)時終止。試驗原則上不得中斷。

試樣失效如發(fā)生在最大應(yīng)力部位之外、或斷口有明顯缺陷、或中途停試產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)，則試驗結(jié)果無效。

5）測定條件疲勞極限

采用升降法測定條件疲勞極限。有效的試樣數(shù)量一般在十三根以上。應(yīng)力增量一般為預(yù)計條件疲勞極限的35%。試驗一般在35級應(yīng)力水平下進行。第-根試樣的應(yīng)力水平應(yīng)略高于預(yù)計的條件疲勞極限。根據(jù)上一根試樣的試驗結(jié)果（破壞或通過），決定下一根試樣的應(yīng)力（降低或升高），直至完成全部試驗。第一對相反結(jié)果以前的數(shù)據(jù)，如在以后數(shù)據(jù)的應(yīng)力波動范圍之內(nèi)，則作為有效數(shù)據(jù)加以利用，即在試驗過程中應(yīng)陸續(xù)將它們平移到第一對相反結(jié)果之后，作為該試樣所在應(yīng)力水平下的第-個有效數(shù)據(jù)。

條件疲勞極限按下式計算：

6）測定S-N曲線

測定S-N曲線時，通常至少取45級應(yīng)力水平。用升降法測得的條件疲勞極限作為S-N曲線的低應(yīng)力水平點。其他34級較高應(yīng)力水平下的試驗，則用成組試驗法，每組試樣數(shù)量的分配，取決于試驗數(shù)據(jù)的分散度和所要求的置信度，并一般隨應(yīng)力水平的降低而逐漸増加，通常一組需五根左右試樣。

用上述方法測定的S-N曲線認為具有50%的存活率。

3、試驗結(jié)果的表示方法

試驗結(jié)果以下列兩種方法表示

1）列表法

表中應(yīng)包括如下內(nèi)容：

試驗順序、試樣號、試樣形狀尺寸及表面光潔度、試驗應(yīng)力、經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)、成組法測得的平均疲勞壽命或升降法測得的條件疲勞極限。

2）圖示法

S-N曲線圖是常用的一種圖示疲勞試驗結(jié)果的方法，其繪制方法如下：

以最大應(yīng)力或?qū)?shù)最大應(yīng)力為縱座標，以對數(shù)疲勞壽命為橫座標，將試驗數(shù)據(jù)一一標注在取對數(shù)或雙對數(shù)座標紙上，用直線或曲線進行最佳擬合，即成S-N曲線圖，如圖11所示。在S-N曲線圖中，應(yīng)注明材料牌號、試樣形狀尺寸、表面質(zhì)最（光潔度等）、抗張強度、試驗速度、試繪環(huán)境氣氛等。

以上就是小編介紹的金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗的檢測設(shè)備和測試流程等內(nèi)容，希望可以給大家?guī)韼椭∪绻€想了解更多關(guān)于金屬材料三點彎曲疲勞測試法、軸承鋼旋轉(zhuǎn)疲勞測試性能和旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度等問題，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，科準測控技術(shù)團隊為您免費解答！

審核編輯 黃宇