1、引言
在机械系统中，机械零件往往承受着循环载荷。当按某一方式加载于零件的循环载荷达到一定次数时，零件就会产生疲劳断裂；当该载荷低于某一数值时零件达到期望的循环次数（多数情况下为107次）而不断裂，高于这一数值则达不到期望的循环次数产生断裂时，该载荷称为该零件的持久极限。据有关资料介绍，大多数钢材的持久极限约为极限强度的0.3-0.7倍，当其他所有因素相同时，拉应力比压应力更不利、更有害；在尺寸、表面粗糙度、横截面发生急剧改变时，温度、残余应力、腐蚀以及涂层等方面的差别对于过早的疲劳破坏都有影响。发动机气门在工作过程中正是受不对称的交变（循环）的纯拉力载荷作用，因此气门的疲劳破坏已引起一些国内发动机厂家的重视，要求气门厂家对气门进行疲劳试验，建立气门的疲劳——寿命曲线，填补气门疲劳试验的空白，提高产品在国际市场的竞争力。我公司正是应客户要求研制了气门疲劳试验夹具并进行了气门的疲劳试验。
2、疲劳试验夹具的研制
（1)疲劳试验夹具结构
发动机气门为回转体零件，气门及其相关件在发动机中的装配关系如图1所示。
设计夹具时，考虑到在不影响夹具试验功能的前提下，应力求使气门与导管的配合长度以及配合位置与发动机的工作实况一致；同时，气门与相配的两个锁夹、弹簧座、导管作为一整套装置与夹具一起参与拉应力疲劳试验，图2为气门疲劳试验夹具的结构图。
该夹具以定位锥孔套1和加载臂11的两端螺纹柱分别与疲劳试验机底座和静态载荷砝码座的螺孔联接，并以杠杆增力机构加力于两端螺纹柱上的锁紧螺母，以保证夹具与试验设备的连接刚度；导管座6内孔与导管7外径的配合为0.02mm的过盈量至0.0l mm的间隙量。整个夹具系统为定位锥孔套1通过15°锥孔对导管座6、导管座6对导管7、导管7对气门杆8、气门杆8对锁夹4和弹簧座3以及气门锥面对座圈9依次进行径向定位。导管座6左孔端面对弹簧座垫块5右端面、弹簧座垫块5左孔端面对弹簧座3右端面、加载臂11内孔右端面对座圈9进行轴向定位并相互平行；施加于加载臂11的向右的交变载荷依次通过座圈9,气门锥面、气门锁夹槽、锁夹4、弹簧座3、弹簧座垫块5、导管座6传给定位锥孔套1，负荷传感器与定位锥孔套1连接在底座上，其弹性体上贴有应力片将负荷量转换成电量输出。
由于锁夹4与弹簧座3是以15°锥度配合，经过疲劳试验后，锁夹4与弹簧座3贴合很紧，气门很难与锁夹4分离开来，故在夹具内放上锁夹顶出器2（锁夹顶出器是形状如“C”字母的开口圆柱套），在加载臂11的方孔内与气门同轴放置一圆棒，当加载臂11向左移动时，加载臂11带动圆棒、气门、与弹簧座3一起向左移动，当弹簧座3与锁夹顶出器2接触后，弹簧座3不再移动，气门与锁夹4继续向左移动，这样锁夹4与弹簧座3就可分开，这时将开口的锁夹顶出器2移出，锁夹4就可拆开取出，气门从加载臂方孔内取出。
(2)夹具设计加工时须注意的几点
整个夹具系统维持长久恒振动有一个条件：气门本身有一定刚度；夹具承受的最大载荷是气门最大负荷的3倍以上，气门与夹具、夹具与试验设备的连接刚度足够。
安装后零件受轴向拉（压）力的各端面的相互平行度要求较高，一般为0.03mm，以尽量减少夹具对，气门产生的弯曲应力，同时也使夹具体与气门等组成的质量体系具有稳定的固有频率，故夹具的加工质量需要保证。
在加工工艺允许的情况下，可将定位锥孔套1与导管座6合二为一，设计成整体式，以增加夹具的刚度，但降低了对不同规格气门的试验通用性。
也可以在导管座6和导管7之间增加一过渡套，以适应不同杆部直径气门的疲劳试验，但须保证加工和装配质量。
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