长期以来,对汽车、动车、航天设备等机械产品的零部件进行动态力学性能试验已经成为零部件制造过程中的必不可少的工艺环节。目的是检验验证零部件的力学性能,确保其服役过程中耐受工作负荷的能力,强化和保证产品的质量。因此以疲劳试验为代表的动态试验装备对于产品的生产制造不但重要,而且市场需求越来越多。理论分析和试验均表明,一般被试验的试件均在弹性工作范围内工作,且内部阻尼较小,因而在对试件施加交变载荷的整个周期中,对试件施加弹性力过程中施力装置对试件做功,而在弹性恢复的半个周期内试件处于对施力装置做功。两者的功之和相互抵消,可见施加交变载荷的疲劳试验可以不需要消耗能量即可以完成试验。因此只要试验装备技术方法得当,即使做不到完全不消耗能量,至少可以大大节约能源消耗。本文结合科研课题选择100kN规格的机械式疲劳试验机系统进行相关研究。主要从以下方面展开研究。1)针对现阶段对疲劳试验机的要求,提出100kN机械式疲劳试验机的技术方案。在四种不同的工况下论证该疲劳试验机在节能方面的可行性。针对该试验机的节能原理,设计出合理的飞轮大小以满足使用要求。同时,对该试验机关键部位的轴承进行寿命计算,确保选型正确。2)通过设计,该机械式疲劳试验机应当和电液式伺服疲劳试验机一样,具有振动小、噪声低的特点。通过对100kN机械式疲劳试验机的振动源分析,提出了振动平衡的解决方案,设计出符合要求的结构。3)由于疲劳试验机在做不同试验的时候,所需要的幅值往往是不同的。因此,本文设计出了一套合理的装置,使得其实现0-10mm范围内的连续调幅。并且确保该试验机在不同幅值都能实现振动平衡。在调幅装置中,计算了牵引力的大小,并结合该牵引力的大小选择合适的伺服电机和减速器。4)用ANSYS对该试验机的关键零部件进行静力学分析和模态分析。静力分析结果表面,结构安全可靠;通过模态分析的结果,表明该试验机的结构在竖直方向不会产生共振,其固有频率远远超过试验机的工作频率。5)针对该疲劳试验机立柱与动横梁的连接问题,提出了动横梁预应力弹性夹紧技术。对所需的过盈量进行计算和分析,并通过HYPERMESH和ANSYS软件进行有限元仿真,验证了该过盈量的完全合理,符合实际的夹紧要求。通过有限元软件计算出动横梁孔和立柱所需的偏心量,保证了该动横梁能够在立柱上自由升降。