扭转疲劳试验机是材料科学试验和研究的关键设备之一,被广泛应用于船舶、汽车、航空、航天等工业部门。扭转疲劳试验机在各种类型的疲劳试验机中,具有结构简单、使用操作方便、效率高、耗能低等特点,可以用来测试各种金属材料和一些非金属材料抵抗疲劳断裂性能,绘制疲劳寿命曲线。电液伺服系统具有精度高、响应快、功率高的特点,所以目前国内外高性能扭转疲劳试验机大多采用电液伺服控制方式。目前国内的扭转疲劳试验机大体上采用电力传动,也有采用液压传动的,但是其试验量程较小,远远达不到±30kN·m的大扭矩疲劳试验要求。而国外少数几个发达国家的产品可以达到这个要求,他们对我国的技术封锁也比较严重,且价格一直居高不下。随着我国经济形势的蓬勃发展,工业(尤其是重工业)部门对该产品的需求日益增大,虽然在常规电液伺服标准材料试验机技术方面,我们有了一定的发展,但是在一些特殊的如大扭矩动态扭转疲劳试验机方面我们距国外某些发达国家的技术水平仍有很大的差距,因此尽快开展这方面的研究并快速形成产品显得十分迫切。本文正是从这一实际需求出发,设计一种可以对弹性联轴器、扭转减振器等弹性元件进行试验分析,检测其动、静态阻尼系数、刚度和耐久性(疲劳寿命)等相关参数的大扭矩多功能扭转试验机。该型试验机可对弹性元件进行静、动态扭转试验及轴向和径向拉压试验,其输出扭矩为0～30kN·m,输出力0～150kN,频率0~12Hz,其值均可控可调,试验机精度1%。本文研究主要包括以下几个方面:①以滚珠螺旋传动理论为基础,初步确定大扭矩多功能扭转试验机的各个参数,以此为基础设计试验机的基本结构;②按照初步的参数使用三维造型软件Pro/E建立大扭矩多功能扭转试验机的实体模型,对模型进行虚拟装配,通过对装配过程的模拟,分析观察各个零件的干涉情况;③使用ADAMS软件对Pro/E中建立的力(运动)转换机构模型进行动力学仿真分析,着重模拟机构中滚珠的运动情况,得到扭矩输出件、滚珠的运动曲线以及滚珠与轴和外套的接触力曲线,通过对曲线进行频谱分析,得到机构的动态响应特性;④使用ANSYS软件对力(运动)转换机构模型进行接触分析,着重分析滚珠与滚道之间的接触应力情况,得到滚珠与滚道之间的应力分布云图,从而推断出机构的主要失效形式;⑤根据仿真分析结果对模型进行修改,在满足试验机各参数的条件下对模型进行优化设计以最终确定各个参数。在优化设计过程中要尽量使试验机的成本最低、结构最简单、零件加工容易、装拆方便、外形美观。优化完成后造出测试样机进行各项测试。本文以滚珠螺旋传动理论为基础,设计一种大扭矩多功能扭转试验机,该型试验机具有结构简单、传动效率高、输出扭矩大、同步性能好等特点。通过对试验机的设计与研究,丰富了试验机的相关理论,如能开发成功,将弥补国内空白。