十九世纪工业革命以来,微机电系统、生物医学、新能源、仿生等领域的各种小尺度器件层出不穷,这些小尺度器件均受到交变载荷的作用,疲劳破坏是它们主要的失效形式。目前而言,不论是国内还是国外应对疲劳破坏问题的主要方式是对材料进行疲劳测试,绘制疲劳曲线,从而计算疲劳寿命。疲劳试验机是疲劳检测的重要工具,传统的疲劳试验机主要有四种驱动方式:机械式、气动式、电液伺服式与电磁共振式。其中机械式和气动式疲劳试验机加载频率较低,电液伺服式与电磁共振式则是目前应用较多的高频加载方式,但是它们加载载荷均大于500N,且成本昂贵。因此设计一种对工作在交变微小载荷工况下试件普遍适用的疲劳试验机意义重大。本文是在国家自然科学基金项目《压电驱动式高频疲劳试验机构设计理论与性能试验研究》支持下,利用压电陶瓷作为驱动元件,设计的一种针对高频、微小载荷受力器件的新型压电式疲劳试验机(以下简称―压电式微小载荷疲劳机‖或―疲劳机‖),并对其进行了机械结构设计、动力学分析、模态分析、样机制作与实验测试等相关工作,主要内容有以下几方面:1、阅读相关文献和查阅有关专著后,明确了传统疲劳试验机的分类、应用与研究现状,在深入探讨了压电驱动技术在疲劳检测领域应用的基础上,提出了本文选题的意义与应用前景。2、对本文所用的驱动源—压电振子进行了详细说明,明确了压电陶瓷性能评价相关参数。确定矩形双晶片式压电振子(以下简称压电振子)作为疲劳机的驱动元件,对其固定方式、接线形式、振动模态进行了逐一探讨。实际制作了压电振子,并对其进行阻抗特性分析,为疲劳机设计奠定基础。3、对疲劳机工作原理进行了详细分析,明确了疲劳机预加载调整模块、弹性摆动梁、底座、导柱等各个模块的设计原理、功能以及其中各个零件的尺寸、材料要求,完成整机结构设计;针对本文载荷特点选定了微型悬臂梁式载荷传感器,设计了疲劳机的检测模块,实现对施加的交变载荷的实时监测、记录与处理。4、利用三维软件SOLIDWORKS装配模型,并通过ANSYS软件对其进行了模态仿真分析;简化疲劳机机械结构,建立了动力学模型,然后给出了动力学微分方程;通过求解微分方程,得到了振动系统的振幅放大比与在实验过程中施加的动载荷大小的理论表达式,明确了它们的影响因素与变化规律。5、实际加工装配了疲劳机,对疲劳机的输出位移与输出力性能进行测试,并探究了外部施加的激励频率与幅值大小对它们的影响;制作试件,并对试件进行了循环特性R=0.1的拉伸疲劳试验,处理、分析试验数据,绘制了S-N曲线,获得了试件在循环应力下的疲劳特性,这也进一步验证了疲劳机的可行性与准确性。