專利名稱：高精度大量程扭角測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于測定工程材料力學(xué)特性的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及 一種高精度大量程扭角測量儀。
技術(shù)背景-扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測定工程材料力學(xué)性能的重要手段之一，試樣在承受扭轉(zhuǎn)變形時(shí) 扭矩和扭轉(zhuǎn)角間的關(guān)系曲線、切變模量G、剪切屈服點(diǎn)應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度等力學(xué)性 能指標(biāo)都可通過扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測取。目前的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)所采用的在變速箱處安裝自整 角發(fā)生器或光電編碼器的方法所記錄的扭轉(zhuǎn)角，是裝卡試樣的兩個(gè)夾頭之間的相 對轉(zhuǎn)角，它只能定性地代表試樣的扭轉(zhuǎn)角，不能用來準(zhǔn)確計(jì)算材料的切變模量G。 采用高精度扭角儀測量試樣的扭轉(zhuǎn)角時(shí)，在材料屈服之前須將扭角儀取下，因而 不能同時(shí)記錄試樣的扭矩一扭轉(zhuǎn)角全曲線。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種高精 度大量程扭角測量儀，該測量儀能夠適應(yīng)目前金屬扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求，不僅可以測 繪^j全曲線，還可較精確地測定材料的切變模量G、剪切屈服點(diǎn)^和抗剪強(qiáng)度^，具有良好的穩(wěn)定和重復(fù)性，其測量精度指標(biāo)符合計(jì)量檢測規(guī)程的技術(shù)要求。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種高精度大量程扭角測量儀，其特征在于由 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光電編碼器和記數(shù)板組成，其中，光電編碼器的輸出端 與記數(shù)板的輸入端連接，記數(shù)板的輸出端與計(jì)算機(jī)連接；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的 兩個(gè)主動(dòng)齒輪安裝在試樣的測量標(biāo)距處，并通過安裝在主動(dòng)齒輪上的夾緊裝置將 測量儀與試樣固聯(lián)；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)從動(dòng)輪分別與測試裝置的光電編碼器連接。上述兩個(gè)從動(dòng)輪分別與光電編碼器采用剛性固定式連接。本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1. 由于本測量儀采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)比恒定，適宜測取扭 轉(zhuǎn)角，因此可精確地測取試樣上標(biāo)距段內(nèi)的相對扭轉(zhuǎn)角，并能夠連續(xù)地測取試樣 標(biāo)距段內(nèi)的大范圍相對扭轉(zhuǎn)角。2. 本測量儀將直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與光電編碼器連接，光電編碼器可將直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)論傳遞的信號(hào)以脈沖信號(hào)輸出，具有良好的穩(wěn)定性和抗干 擾性。3.可以測繪f —-全曲線，同時(shí)可較精確地測定材料的切變模量G、剪切屈 服點(diǎn)、和抗剪強(qiáng)度^。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型測試裝置的原理框圖。圖3是低碳鋼試樣扭矩一扭轉(zhuǎn)角測試曲線圖。圖4是鋁試樣扭矩一扭轉(zhuǎn)角測試曲線圖。圖5是鑄鐵試樣扭矩一扭轉(zhuǎn)角測試曲線圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、 2所示 一種高精度大量程扭角測量儀，由直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 和測試裝置組成；測試裝置由光電編碼器和記數(shù)板組成，其中，光電編碼器4的 輸出端與記數(shù)板的輸入端連接，記數(shù)板的輸出端與計(jì)算機(jī)連接；直齒圓柱齒輪機(jī) 構(gòu)中的兩個(gè)主動(dòng)齒輪1、 2通過螺母7安裝在試樣3兩端，并通過安裝在主動(dòng)齒 輪上的夾緊裝置與試樣固聯(lián)；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)從動(dòng)輪5、 6分別與測 試裝置的光電編碼器采用剛性固定式連接。為了精確地測取試樣上標(biāo)距段內(nèi)的相對扭轉(zhuǎn)角，并能夠連續(xù)地測取試樣標(biāo)距 段內(nèi)的大范圍相對扭轉(zhuǎn)角，設(shè)計(jì)并研制出一套采用齒輪副傳動(dòng)、光電編碼器輸出 脈沖信號(hào)的機(jī)械一數(shù)字式扭角測量儀。采用直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)，可將試樣上的扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行初步放大。由于直齒圓柱 齒輪結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)比恒定，因此傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)和躁聲較小，適宜測取扭轉(zhuǎn) 角。所采用的齒輪副的中心距為!OSwm，模數(shù)為1附附，壓力角為200。本測量儀的工作原理是主動(dòng)齒輪1和主動(dòng)齒輪2分別安裝在試樣兩端，當(dāng)試樣承受一定扭矩時(shí)，試 樣產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，兩齒輪相對位置發(fā)生變化，即主動(dòng)齒輪1相對主動(dòng)齒輪2轉(zhuǎn)過 一個(gè)角度，這個(gè)角度為扭轉(zhuǎn)角氣主動(dòng)齒輪1和主動(dòng)齒輪2將扭轉(zhuǎn)角分別傳遞給 從動(dòng)輪3和從動(dòng)輪4。為了保證傳遞精度，從動(dòng)輪3、 4與兩光電編碼器之間采用 剛性固定式聯(lián)接，兩光電編碼器將所產(chǎn)生的脈沖一并輸入給兩個(gè)記數(shù)板。對于長 為L扭矩r為常數(shù)的等截面圓軸，其兩端橫截面間的相對扭轉(zhuǎn)角為式中-為扭轉(zhuǎn)角，T為作用于軸上的 p扭矩，/為被測試樣的原始標(biāo)距，G為切變模量，^為試樣橫截面的極慣性矩。從式中可知，切變模量G與上述參 數(shù)中-、 r、 /和^相關(guān)，如果己知這些參數(shù)，便可精確求出切變模量G。該扭角 儀實(shí)現(xiàn)了SO"""定標(biāo)距內(nèi)測取高精度扭轉(zhuǎn)角的功能，這樣便可精確測量出材料的切變模量G。為了保證50mm定標(biāo)矩，在主動(dòng)齒輪1和主動(dòng)齒輪2上設(shè)計(jì)安裝了夾 緊裝置。當(dāng)扭角儀需要與試樣加緊時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，螺母推動(dòng)錐面沿軸線移動(dòng)，至 使均布在徑向、同一橫截面上的三個(gè)圓柱銷沿徑向同步運(yùn)動(dòng)，通過錐面實(shí)現(xiàn)扭角 儀與試樣夾緊。其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)。標(biāo)矩長度由兩個(gè)軸承間的位置確 定。如圖3、 4、 5所示本測量儀對3組不同材料的試樣進(jìn)行測試。試樣分別為 低碳鋼、鋁合金和鑄鐵材料，各選5件。以縱坐標(biāo)表示扭矩r (單位Mw)，橫 坐標(biāo)表示扭轉(zhuǎn)角- (單位O)，進(jìn)行了實(shí)時(shí)的扭矩一扭轉(zhuǎn)角曲線圖繪制。從記錄的扭轉(zhuǎn)曲線可以看出低碳鋼有明顯的屈服階段，屈服扭矩為37.03Nm， 剪切屈服點(diǎn)應(yīng)力為141MPa，最大扭矩為88.78Nm，抗剪強(qiáng)度為339 MPa，最大 扭轉(zhuǎn)角為991° 。切變模量G為77.38GPa 。鋁材的屈服扭矩為31.92Nm剪切屈 服點(diǎn)應(yīng)力為121.95MPa，最大扭矩為69.12Nm，抗剪強(qiáng)度為264 MPa，最大扭轉(zhuǎn) 角為232°。切變模量G為25.38GPa。鑄鐵沒有明顯的屈服現(xiàn)象，最大扭矩為 41.69Nm，抗剪強(qiáng)度為159Mpa，最大轉(zhuǎn)角為14。。將上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與査表獲得 數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較高的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求1、一種高精度大量程扭角測量儀，其特征在于由直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光電編碼器和記數(shù)板組成，其中，光電編碼器的輸出端與記數(shù)板的輸入端連接，記數(shù)板的輸出端與計(jì)算機(jī)連接；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)主動(dòng)齒輪安裝在試樣的測量標(biāo)距處，并通過安裝在主動(dòng)齒輪上的夾緊裝置將測量儀與試樣固聯(lián)；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)從動(dòng)輪分別與測試裝置的光電編碼器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度大量程扭角測量儀，其特征在于上述兩個(gè)從動(dòng)輪分別與光電編碼器采用剛性固定式連接。
專利摘要一種高精度大量程扭角測量儀，由直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、光電編碼器和記數(shù)板組成，其中，光電編碼器的輸出端與記數(shù)板的輸入端連接，記數(shù)板的輸出端與計(jì)算機(jī)連接；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)主動(dòng)齒輪安裝在試樣的測量標(biāo)距處，并通過安裝在主動(dòng)齒輪上的夾緊裝置將測量儀與試樣固聯(lián)；直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)從動(dòng)輪分別與測試裝置的光電編碼器連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.可精確地測取試樣上標(biāo)距段內(nèi)的相對扭轉(zhuǎn)角，并能夠連續(xù)地測取試樣標(biāo)距段內(nèi)的大范圍相對扭轉(zhuǎn)角。2.具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性。3.可以測繪T-φ全曲線，同時(shí)可較精確地測定材料的切變模量G、剪切屈服點(diǎn)τ<sub>s</sub>和抗剪強(qiáng)度τ<sub>b</sub>。
文檔編號(hào)G01N3/22GK201166629SQ20082007380
公開日2008年12月17日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者孫建軍, 方陸鵬, 南 楊 申請人:天津工程師范學(xué)院