專利名稱：定位加載材料試驗機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全的定 位加載的材料試驗機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對材料的各種力學(xué)性能要求越來越高，這就要求對材料進(jìn) 行精確地試驗的同時。也提高了對材料試驗機(jī)的應(yīng)用性能。結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、現(xiàn)場應(yīng)用 性強(qiáng)和檢測性可靠性高成為人們對材料試驗機(jī)提出新的要求。目前現(xiàn)有的技術(shù)有國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)公告號CN200982938Y，專利名稱一種 彈簧拉壓試驗機(jī)；授權(quán)公告號CN200986512Y，專利名稱彈簧拉壓試驗機(jī)；和國家知識產(chǎn) 權(quán)局公開號CN101042322A，專利名稱一種恒載荷拉壓試驗機(jī)。這些技術(shù)都是針對一些特 定領(lǐng)域和特定方面設(shè)計的，只能進(jìn)行單獨的拉壓試驗，因此使用也有一定的局限性。以及目前投入使用的設(shè)備主要有砝碼式恒載荷拉伸試驗機(jī)(或微機(jī)控制材料拉 伸試驗機(jī)或萬能試驗機(jī))和測力環(huán)(或彈簧裝置)。前者測試精確，但設(shè)備比較昂貴且占地 大，搬運(yùn)和安放不是很方便；后者結(jié)構(gòu)簡單、價格低、適合批量試驗，但裝置的精度低，且需 要大型記載設(shè)備輔助加載，不能自動記錄數(shù)據(jù)、操作不方便。本專利設(shè)計的定位材料試驗機(jī)可以克服這些缺點，不僅可以進(jìn)行單獨的拉壓試驗 和扭轉(zhuǎn)試驗，同時也可以進(jìn)行拉扭或者壓扭組合試驗。加載方式比較靈活，可以自動加載也 可手動加載，并且可以自動記錄數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)處理帶來很大方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過定位加載的多功能材料試驗機(jī)，解決了以往設(shè)備 使用和維護(hù)費用昂貴、占地面積大等缺點，本發(fā)明實現(xiàn)一種能手動加載也能自動加載的結(jié) 構(gòu)簡單、占地面積小(約60X30X25)、自動采集和記錄數(shù)據(jù)的多功能定位材料試驗機(jī)。本裝置由控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、定位加載系統(tǒng)(拉壓扭)三大部分組成。控制系統(tǒng)是由工控機(jī)通過軟件系統(tǒng)控制運(yùn)動控制卡，使運(yùn)功控制卡驅(qū)動步進(jìn)電動 機(jī)轉(zhuǎn)動經(jīng)聯(lián)軸器后帶動法蘭軸實現(xiàn)運(yùn)動控制。檢測系統(tǒng)是由STSS-I應(yīng)力應(yīng)變模塊、加載傳感器、GGD19-LVDT位移傳感器組成， 定位試驗時通過加載部位的傳感器獲得應(yīng)力應(yīng)變信號，然后加載傳感器將應(yīng)力應(yīng)變信號傳 送給STSS-I應(yīng)力應(yīng)變模塊；通過GGD19-LVDT位移傳感器獲得位移信號，實現(xiàn)定位實時檢測 出應(yīng)力應(yīng)變的變化。定位加載系統(tǒng)由固定底座、支撐機(jī)座和加載支撐部分組成，支撐機(jī)座和加載支撐 部分分別位于固定底座的兩端。支撐機(jī)座頂部設(shè)有緊固螺釘，作用是對試件施加固定鉸支 定位，支撐機(jī)座頂部設(shè)有銷孔，用于固定試件；加載支撐部分由定位加載機(jī)座、法蘭軸、超 越離合器、滾動軸承、槽型螺母和兩個滑塊組成。定位加載機(jī)座固定于固定底座上，定位加 載機(jī)座上有三個導(dǎo)向槽，第一導(dǎo)向槽是限制垂直自由度實現(xiàn)拉壓作用，第二導(dǎo)向槽是限制
3水平自由度實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)作用，第三導(dǎo)向槽的作用是通過第三導(dǎo)向槽調(diào)節(jié)槽形螺母鍵槽內(nèi)的滑 塊的左右移動。兩個滑塊分別位于槽形螺母右部外徑兩個鍵槽內(nèi)，超越離合器和滾動軸承 并列固定在定位加載機(jī)座里面，其中超越離合器位于滾動軸承的外側(cè)。法蘭軸兩端帶有螺 紋，左端軸肩處帶有兩個與槽形螺母鍵槽相對應(yīng)的鍵槽，當(dāng)滑塊移動到法蘭軸鍵槽內(nèi)后，使 槽形螺母與法蘭軸一起轉(zhuǎn)動，法蘭軸一端通過螺紋用六角螺母固定，另一端通過螺紋與槽 形螺母連接，法蘭軸通過超越離合器、滾動軸承以及端部的六角螺母在定位加載機(jī)座圓形 空腔中心線處固定。槽型螺母右側(cè)與法蘭軸成螺紋聯(lián)接，左側(cè)是槽形凹腔，在槽形凹腔上 沿徑向有左右分布著兩個通孔，兩上通孔的位置與加載支撐機(jī)座上的第一和第二導(dǎo)向槽對 應(yīng)。拉壓試驗時將試件放入槽型螺母凹腔內(nèi)，用第二圓柱銷穿過定位加載機(jī)座上的第一導(dǎo) 向槽、槽型螺母上與第一導(dǎo)向槽相對應(yīng)的通孔和試件?？刂葡到y(tǒng)驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動經(jīng)聯(lián) 軸器后帶動法蘭軸轉(zhuǎn)動，法蘭軸與槽型螺母形成螺紋運(yùn)動，即由法蘭軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成 槽型螺母的直線運(yùn)動實現(xiàn)對試件的定位拉壓加載試驗。用第三圓柱銷穿過定位加載機(jī)座上 的第二導(dǎo)向槽、槽型螺母上與第二導(dǎo)向槽對應(yīng)的通孔和試件。當(dāng)兩個滑塊移動到法蘭軸鍵 槽內(nèi)后，把法蘭軸與槽型螺母周向固定，使使法蘭軸與槽形螺母無相對運(yùn)動，共同圍繞定位 加載機(jī)座圓形空腔中心線旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對試件的定位扭轉(zhuǎn)試驗。本發(fā)明和現(xiàn)有的材料試驗機(jī)相比有下列優(yōu)點1、試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、設(shè)備原理簡單清晰，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高。2、創(chuàng)造性的實現(xiàn)了材料試驗機(jī)對試件的定位試驗，既可以手動加載也可以自動加 載，自動采取和記錄數(shù)據(jù)，大大提到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。解決了現(xiàn)有試驗機(jī)不能實現(xiàn)的問題。3、本發(fā)明創(chuàng)造性的運(yùn)用定位拉壓扭加載機(jī)座上的水平和垂直兩個方向的導(dǎo)向槽， 能實現(xiàn)一系列的拉壓試驗和扭轉(zhuǎn)試驗。


本發(fā)明的具體實施例的結(jié)構(gòu)框圖及

如下圖1材料試驗機(jī)整體結(jié)構(gòu)2定位加載系統(tǒng)(剖面俯視圖)圖3定位加載機(jī)座(外觀主視圖)圖4法蘭軸主視5法蘭軸側(cè)視圖1、工控機(jī)；2、運(yùn)動控制卡；3、步進(jìn)電動機(jī)；4、STSS-I應(yīng)力應(yīng)變模塊；5、聯(lián)軸器；6、 超越離合器；7、滾動軸承；8、槽型螺母；9、定位加載機(jī)座；10、GGD19-LVDT拉伸位移傳感器； 1UGGD19-LVDT扭轉(zhuǎn)位移傳感器；12、第一加載傳感器；13、第二加載傳感器；14、緊固螺釘； 15、墊鐵；16、支撐機(jī)座；17、固定底座；18、第一圓柱銷；19、試件；20、第二圓柱銷；21、第三 圓柱銷；22、螺釘；23、滑塊(2個)；24、六角螺母；25、法蘭軸；26、手動加載棒。27、第一導(dǎo) 向槽；28、第二導(dǎo)向槽；29、第三導(dǎo)向槽。
具體實施方案所述本發(fā)明由圖1材料試驗機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖、圖2定位加載系統(tǒng)(剖面俯視圖)、圖 3定位加載機(jī)座(外觀主視圖)、圖4法蘭軸主視圖和圖5法蘭軸側(cè)視圖組成。其加載方式
4分為自動控制加載和手動控制加載兩種。本發(fā)明專利材料試驗機(jī)的具體功能實現(xiàn)方式如下一、控制系統(tǒng)自動加載時通過在工控機(jī)1的相應(yīng)程序界面上輸入所需的實現(xiàn)參 數(shù)值，然后由軟件向運(yùn)動控制卡2發(fā)出控制信號，運(yùn)動控制卡2處理控制信息后驅(qū)動步進(jìn)電 動機(jī)3旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動機(jī)3經(jīng)聯(lián)軸器5帶動法蘭軸25轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)自動加載，手動加載時直接 用人力旋轉(zhuǎn)定手動加載棒26帶動法蘭軸25轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手動加載。二、檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式是由GGD19-LVDT拉伸位移傳感器10、 GGD19-LVDT扭轉(zhuǎn)位移傳感器11、STSS-I應(yīng)力應(yīng)變模塊4、第一加載傳感器12、第二加載傳 感器13組成，加載時可通過第一加載傳感器12、第二加載傳感器13獲得應(yīng)力應(yīng)變信號，然 后第一加載傳感器12、第二加載傳感器13將應(yīng)力應(yīng)變信號傳送給STSS-I應(yīng)力應(yīng)變模塊5， 應(yīng)力應(yīng)變模塊信號處理后在工控機(jī)1上實現(xiàn)實時顯示出應(yīng)力應(yīng)變的變化。GGD19-LVDT拉伸 位移傳感器10、GGD19-LVDT扭轉(zhuǎn)位移傳感器11可以檢測到加載后的試件位移變化，將信號 傳送給工控機(jī)1實現(xiàn)實時顯示位移變化。三、定位加載系拉壓試驗時，槽型螺母8和法蘭軸25通過與槽型螺母8的螺紋連 接帶動槽型螺母8前后移動，實現(xiàn)對試件19的拉壓。用第三圓柱銷21通過第二導(dǎo)向槽28 把試件19、槽型螺母8、定位加載機(jī)座9連在一起。試件19的另一端放在支撐機(jī)座16上， 用第一圓柱銷18通過銷孔固定試件19，同時用緊固螺栓14擠壓墊鐵15限制試件19的自 由度。法蘭軸25轉(zhuǎn)動時，由于六角螺母24的軸向限制作用使法蘭軸25帶動槽型螺母8前 后移動，實現(xiàn)對試件的拉壓試驗。其利用了超越離合器的不可逆轉(zhuǎn)特性，實現(xiàn)試驗過程中能 保持加載載荷的恒定。扭轉(zhuǎn)試驗時，當(dāng)滑塊23移動到法蘭軸鍵槽內(nèi)后，使槽形螺母8與法蘭軸25 —起轉(zhuǎn) 動，法蘭軸25的轉(zhuǎn)動帶動槽型螺母8轉(zhuǎn)動，并用第二圓柱銷20通過第一導(dǎo)向槽27把試件 19的一端和槽型螺母8連在一起，試件19的另一端放在支撐機(jī)座16上，用第一圓柱銷18 通過銷孔固定試件19，同時用緊固螺栓14擠壓墊鐵15限制試件19的自由度。法蘭軸25 通過槽型螺母8帶動試件19轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對試件的扭轉(zhuǎn)。由于超越離合器6的限制作用，使 得法蘭軸25只能單向旋轉(zhuǎn)，防止進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗時法蘭軸25的反向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對試件的扭轉(zhuǎn) 試驗。其利用了超越離合器的不可逆轉(zhuǎn)特性，實現(xiàn)試驗過程中能保持加載載荷的恒定。以上實驗若要實現(xiàn)手動加載時，只 轉(zhuǎn)動手動加載棒26帶動法蘭軸25帶動槽型 螺母8 —起運(yùn)動，即可實現(xiàn)一系列的拉壓扭等特定試驗。
權(quán)利要求
一種定位加載材料試驗機(jī)，由控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、定位加載系統(tǒng)三大部分組成；控制系統(tǒng)是由工控機(jī)(1)通過軟件系統(tǒng)控制運(yùn)動控制卡(2)，使運(yùn)功控制卡(2)驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)(3)轉(zhuǎn)動經(jīng)聯(lián)軸器(5)后帶動法蘭軸(25)實現(xiàn)運(yùn)動控制；檢測系統(tǒng)是由STSS-1應(yīng)力應(yīng)變模塊(4)、GGD19-LVDT拉伸位移傳感器(10)、GGD19-LVDT扭轉(zhuǎn)位移傳感器(11)、第一加載傳感器(12)、第二加載傳感器(13)組成，定位試驗時通過加載部位的傳感器獲得應(yīng)力應(yīng)變信號，然后將第一加載傳感器(12)、第二加載傳感器(13)應(yīng)力應(yīng)變信號傳送給STSS-1應(yīng)力應(yīng)變模塊(4)；通過GGD19-LVDT位移傳感器(10)獲得位移信號，實現(xiàn)定位實時檢測出應(yīng)力應(yīng)變的變化；其特征在于定位加載系統(tǒng)由固定底座(17)、支撐機(jī)座(16)和加載支撐部分(I)組成，支撐機(jī)座(16)和加載支撐部分(I)分別位于固定底座(17)的兩端；支撐機(jī)座(16)頂部設(shè)有緊固螺釘(14)，作用是對試件(19)施加固定鉸支定位，支撐機(jī)座(16)中部設(shè)有銷孔，用于固定試件(19)；加載支撐部分(I)由定位加載機(jī)座(9)、法蘭軸(25)、超越離合器(6)、滾動軸承(7)、槽型螺母(8)和兩個滑塊(23)組成；定位加載機(jī)座(9)固定于固定底座(17)上，定位加載機(jī)座(9)上有三個導(dǎo)向槽，第一導(dǎo)向槽(27)是限制垂直自由度實現(xiàn)拉壓作用，第二導(dǎo)向槽(28)是限制水平自由度實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)作用，第三導(dǎo)向槽(29)作用是通過第三導(dǎo)向槽(29)調(diào)節(jié)槽內(nèi)滑塊(23)的左右移動；超越離合器(6)和滾動軸承(7)并列固定在定位加載機(jī)座(9)里面，其中超越離合器(6)位于滾動軸承(7)的外側(cè)，法蘭軸(25)兩端帶有螺紋，左端軸肩處帶有兩個與槽形螺母(8)鍵槽相對應(yīng)的鍵槽，當(dāng)滑塊(23)移動到法蘭軸(25)鍵槽內(nèi)后，使槽形螺母(8)與法蘭軸(25)周向固定在一起并轉(zhuǎn)動，法蘭軸(25)一端通過螺紋用六角螺母(24)固定，另一端通過螺紋與槽形螺母(8)連接，法蘭軸(25)通過超越離合器(6)、滾動軸承(7)以及端部的六角螺母(24)在定位加載機(jī)座(9)圓形空腔中心線處固定；槽型螺母(8)右側(cè)與法蘭軸(25)成螺紋聯(lián)接，左側(cè)是槽形凹腔，在槽形凹腔上沿徑向左右分布著兩個通孔，兩上通孔的位置與加載支撐機(jī)座上的第一導(dǎo)向槽(27)和第二導(dǎo)向槽(28)對應(yīng)。
2.權(quán)利要求1所述的新型材料試驗機(jī)，其特征在于所述定位加載系統(tǒng)中法蘭軸(25) 以滾動軸承(7)和超越離合器(6)為回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動；定位加載系統(tǒng)利用超越離合器(6)的 不可逆轉(zhuǎn)特性，實現(xiàn)試驗過程中能保持加載載荷的恒定。
3.權(quán)利要求1所述的定位加載材料試驗機(jī)的使用方法，其特征在于拉壓試驗時，將試 件(19)放入槽型螺母(8)凹腔內(nèi)，用第二圓柱銷(20)穿過定位加載機(jī)座(9)上的第一導(dǎo) 向槽(27)、槽型螺母(8)上與第一導(dǎo)向槽(27)相對應(yīng)的通孔和試件(19)；控制系統(tǒng)驅(qū)動步 進(jìn)電動機(jī)(3)轉(zhuǎn)動經(jīng)聯(lián)軸器(5)后帶動法蘭軸(25)轉(zhuǎn)動，法蘭軸(25)與槽型螺母(8)形 成螺紋運(yùn)動，即由法蘭軸(25)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成槽型螺母(8)的直線運(yùn)動實現(xiàn)對試件(19) 的定位拉壓加載試驗；扭轉(zhuǎn)試驗時，用第三圓柱銷(21)穿過定位加載機(jī)座(9)上的第二導(dǎo) 向槽(28)、槽型螺母(8)上與第二導(dǎo)向槽(28)相對應(yīng)的通孔和試件；當(dāng)兩個滑塊(23)移 動到法蘭軸(25)鍵槽內(nèi)后，把法蘭軸(25)與槽型螺母(8)周向固定，使法蘭軸(25)與槽 形螺母(8)無相對運(yùn)動，共同圍繞定位加載機(jī)座(9)圓形空腔中心線旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對試件(19) 的定位扭轉(zhuǎn)試驗。
全文摘要
定位加載材料試驗機(jī)，屬材料試驗技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于定位加載系統(tǒng)，定位加載系統(tǒng)的支撐機(jī)座和加載支撐部分分別位于固定底座的兩端；加載支撐部分由定位加載機(jī)座、法蘭軸、超越離合器、滾動軸承、槽型螺母、兩個滑塊組成。定位加載機(jī)座上有三個導(dǎo)向槽，滑塊分別位于槽形螺母右部外徑兩個鍵槽內(nèi)，超越離合器和滾動軸承并列固定在定位加載機(jī)座里面。法蘭軸一端通過螺紋用六角螺母固定，另一端通過螺紋與槽形螺母連接，槽型螺母左側(cè)是槽形凹腔，在槽形凹腔上沿徑向有左右分布著兩個通孔，兩上通孔的位置與加載支撐機(jī)座上的第一和第二導(dǎo)向槽對應(yīng)。本發(fā)明運(yùn)用定位拉壓扭加載機(jī)座上的水平和垂直兩個方向的導(dǎo)向槽，能實現(xiàn)一系列的拉壓試驗和扭轉(zhuǎn)試驗。
文檔編號G01N3/08GK101881710SQ20101019031
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者馮愛新, 卞兆生, 周鵬程, 孫淮陽, 徐傳超, 曹宇鵬, 王俊偉, 聶貴鋒 申請人:江蘇大學(xué)