拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置及測量方法，測量裝置包括帶定位桿和測量夾持刀口的電阻應(yīng)變式U形傳感器、U形支架、若干標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的標(biāo)準(zhǔn)器和裝有測量軟件的數(shù)據(jù)采集儀。傳感器在定位桿和支架的配合下安裝在標(biāo)準(zhǔn)圓柱體或拉伸斷裂試樣上，將含有標(biāo)準(zhǔn)直徑值或試樣徑縮部位最小直徑值和測量夾持刀口觸點(diǎn)偏移量的測量信號傳給數(shù)據(jù)采集儀；測量軟件的標(biāo)定算法給出直徑擬合公式，并消除因各標(biāo)準(zhǔn)圓柱體直徑不同造成的觸點(diǎn)偏移誤差；測量軟件的測量算法給出試樣的直徑值，并消除因試樣直徑不同造成的觸點(diǎn)偏移誤差。
【專利說明】拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種斷后直徑測量裝置及方法，用于材料力學(xué)性能試驗(yàn)中圓截面金屬拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑的測量、曲線變截面疲勞試樣中央截面直徑的測量以及母線為曲線的軸和臺階軸等圓軸類零件直徑的測量，屬傳感器、力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)及機(jī)械測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬材料拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)中，為了得到材料的斷面收縮率，需要測量試樣斷裂后徑縮部位的最小直徑，目前普遍使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。游標(biāo)卡尺的分辨力一般為0.02毫米，測量數(shù)據(jù)容易引入人工操作誤差，其測量方法不適合于配接數(shù)據(jù)采集儀。雙懸臂梁式直徑測量儀(CN101329159公開的“一種電阻應(yīng)變式直徑測量裝置及其使用方法”和“雙懸臂梁直徑測量傳感器性能分析”，浙江大學(xué)學(xué)報工學(xué)版，Vol.46，N0.6，Jun.2012，1060-1066)具有小于0.002毫米的分辨力，可以測量材料拉伸試樣的原始直徑以及其它類似等截面圓軸類零件的直徑，測量精度不受人工操作因素的影響，適合于配接數(shù)據(jù)采集儀。但是，這種測量儀由于受到所采用的試樣定位方法的限制，不適合測量金屬拉伸試樣斷裂后徑縮部位的最小直徑，并且存在觸點(diǎn)偏移誤差。觸點(diǎn)偏移誤差是指對于不同直徑的被測試樣，因測量刀刃與試樣的接觸點(diǎn)不一致而引起的測量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的，是為材料力學(xué)性能試驗(yàn)提供一種能夠消除觸點(diǎn)偏移誤差的測量拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑的裝置及方法。
[0004]本發(fā)明的拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置包括傳感器、支架、壓縮彈簧、標(biāo)準(zhǔn)器和數(shù)據(jù)采集儀；
[0005]傳感器具有一個U形彈性體、兩個刃塊、一個定位柱、一個導(dǎo)桿和四枚單軸電阻應(yīng)變計(jì)RpRyR3和R4 ；U形彈性體形狀對稱，其結(jié)構(gòu)包括基座B和固聯(lián)于基座B兩端的左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2,左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2的橫截面為矩形，且從自由端a到根部e分為頭部ac和頸部ce兩段，頭部ac段的橫截面面積大于頸部ce段的橫截面面積，基座B的中部沿U形彈性體的軸線O加工有一個圓柱形通孔，左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2靠近自由端a處各加工有一個矩形通孔，這兩個矩形通孔處于同軸位置；每個刃塊的結(jié)構(gòu)分為三角形頭部C1和矩形根部C2兩段，三角形頭部C1的前端為直線刀刃；定位柱的上部為三角形，三角形的頂端為垂直于柱軸線的直線刀刃，定位柱的下部由下端面E1起沿柱軸線加工有內(nèi)螺紋；導(dǎo)桿的結(jié)構(gòu)分為上、中、下三段，上段加工有螺紋，中段為等截面圓軸，下段為圓柱形平帽，中段的直徑大于上段的直徑，中段在與上段銜接的截面處形成垂直于導(dǎo)桿軸線的臺階面E2 ;兩個刃塊通過其矩形根部C2與左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2的矩形通孔的過盈配合，分別嵌裝在左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2上，且處于U形彈性體的內(nèi)側(cè)；兩個刃塊上直線刀刃相互平行，構(gòu)成傳感器的測量夾持刃口 ；單軸電阻應(yīng)變計(jì)R1和R2分別粘貼在左變截面懸臂梁B1頸部ce的內(nèi)外兩側(cè)，其柵軸與左變截面懸臂梁B1的軸線平行；單軸電阻應(yīng)變計(jì)R3和R4分別粘貼在右變截面懸臂梁B2頸部ce的內(nèi)外兩側(cè)，其柵軸與右變截面懸臂梁B2的軸線平行；四枚電阻應(yīng)變計(jì)R1、R2、R3和R4通過導(dǎo)線連接成全橋電路；
[0006]支架為U形結(jié)構(gòu)，形狀對稱；在支架底部的正中央，沿支架的軸線O同軸加工有一個矩形槽和一個圓柱形通孔，矩形槽位于支架U形結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，并且沿與支架的中面垂直的方向貫通，在支架兩臂的上端，各加工有一個V形槽，這兩個V形槽形狀和朝向相同，且處于同軸位置，其軸線位于支架的中面內(nèi)；
[0007]導(dǎo)桿穿過支架底部的圓柱形通孔 、壓縮彈簧和U形彈性體基座B上的圓柱形通孔，U形彈性體與支架共軸，U形彈性體的中面與支架的中面相互垂直；導(dǎo)桿上段螺紋與位于U形彈性體內(nèi)側(cè)的定位柱下部的內(nèi)螺紋旋緊，定位柱下端面E1與U形彈性體基座B的上表面E3壓緊配合，導(dǎo)桿中段的臺階面E2與U形彈性體基座B的下表面E4壓緊配合；壓縮彈簧位于導(dǎo)桿的中段，其兩端分別與U形彈性體和支架接觸，導(dǎo)桿下段圓柱形平帽抵住支架底部下表面，導(dǎo)桿中段與支架底部圓柱形通孔的滑動配合以及U形彈性體的基座B兩側(cè)面與支架底部的矩形槽的滑動配合，共同構(gòu)成一副沿傳感器和支架公共軸線O方向的直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，使傳感器相對于支架具有沿二者公共軸線O方向的移動自由度，同時，此導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)存在一定的配合間隙，使傳感器相對于支架具有繞二者公共軸線O轉(zhuǎn)動的微小自由度；定位柱的直線刀刃位于刃塊下方，并且與兩個刃塊的直線刀刃共面、垂直；
[0008]標(biāo)準(zhǔn)器由若干不同直徑的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體和一個基準(zhǔn)直徑規(guī)組成，基準(zhǔn)直徑規(guī)的直徑值Cltl定義為基準(zhǔn)直徑；標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的數(shù)量η >4;標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的直徑Clpd2,…，dn按從小到大的順序排列，其中的最小直徑值Cl1大于傳感器兩個刃塊的原始間距s ;基準(zhǔn)直徑規(guī)的直徑值Cltl滿足關(guān)系C^dZdn ；
[0009]數(shù)據(jù)采集儀包括應(yīng)變信號采集-調(diào)理電路和裝有測量軟件的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，測量軟件中含有標(biāo)定程序和測量程序，標(biāo)定程序和測量程序各含有一個觸點(diǎn)偏移誤差修正計(jì)算公式。
[0010]應(yīng)用上述的拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置進(jìn)行測量的方法，包括測量裝置安裝、標(biāo)定和測量，操作步驟如下:
[0011]I)測量裝置安裝:將傳感器的測量夾持刃口和定位柱的直線刀刃對準(zhǔn)試樣的測量截面或標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的標(biāo)準(zhǔn)直徑段，在支架底部圓柱形通孔的兩側(cè)推壓支架，使支架兩臂的V形槽分別與試樣測量截面兩側(cè)的圓柱部分接觸，同時傳感器在壓縮彈簧的彈性壓力作用下抵靠試樣，測量夾持刃口垂直夾緊試樣，定位柱的直線刀刃與試樣垂直接觸，左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2產(chǎn)生一定的撓曲變形；
[0012]2)測量裝置標(biāo)定:將傳感器的全橋電路接入數(shù)據(jù)采集儀的應(yīng)變信號采集-調(diào)理電路，將測量裝置按標(biāo)準(zhǔn)器直徑值從小到大的順序先后安裝在的各標(biāo)準(zhǔn)圓柱體上，記下數(shù)據(jù)采集儀的各次讀數(shù)er2,…，，然后用線性擬合方法得出數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)^與直徑值d的函數(shù)關(guān)系式，即擬合方程
[0013]ε r = Ad+B(a)
[0014]式(a)中，A和B是常數(shù)，分別按公式(b)和(c)計(jì)算:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置，其特征是包括傳感器(I)、支架(2)、壓縮彈簧(3)、標(biāo)準(zhǔn)器和數(shù)據(jù)采集儀； 傳感器(I)具有一個U形彈性體(4)、兩個刃塊(5)、一個定位柱(6)、一個導(dǎo)桿(7)和四枚單軸電阻應(yīng)變計(jì)R1、R2、R3和R4 ；U形彈性體(4)形狀對稱，其結(jié)構(gòu)包括基座B和固聯(lián)于基座B兩端的左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2，左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2的橫截面為矩形，且從自由端a到根部e分為頭部ac和頸部ce兩段，頭部ac段的橫截面面積大于頸部ce段的橫截面面積，基座B的中部沿U形彈性體(4)的軸線O加工有一個圓柱形通孔(8)，左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2靠近自由端a處各加工有一個矩形通孔(9)，這兩個矩形通孔(9)處于同軸位置；每個刃塊(5)的結(jié)構(gòu)分為三角形頭部C1和矩形根部C2兩段，三角形頭部C1的前端為直線刀刃(10);定位柱(6)的上部為三角形，三角形的頂端為垂直于柱軸線的直線刀刃(11)，定位柱(6)的下部由下端面E1起沿柱軸線加工有內(nèi)螺紋(12);導(dǎo)桿(7)的結(jié)構(gòu)分為上、中、下三段，上段加工有螺紋(13)，中段為等截面圓軸，下段為圓柱形平帽(14)，中段的直徑大于上段的直徑，中段在與上段銜接的截面處形成垂直于導(dǎo)桿軸線的臺階面E2 ;兩個刃塊(5)通過其矩形根部C2與左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2的矩形通孔(9)的過盈配合，分別嵌裝在左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2上， 且處于U形彈性體(4)的內(nèi)側(cè)；兩個刃塊(5)上直線刀刃(10)相互平行，構(gòu)成傳感器(I)的測量夾持刃口 ；單軸電阻應(yīng)變計(jì)R1和R2分別粘貼在左變截面懸臂梁B1頸部ce的內(nèi)外兩側(cè)，其柵軸與左變截面懸臂梁B1的軸線平行；單軸電阻應(yīng)變計(jì)R3和R4分別粘貼在右變截面懸臂梁B2頸部ce的內(nèi)外兩側(cè)，其柵軸與右變截面懸臂梁B2的軸線平行；四枚電阻應(yīng)變計(jì)％、R2、R3和R4通過導(dǎo)線連接成全橋電路； 支架(2)為U形結(jié)構(gòu)，形狀對稱；在支架(2)底部的正中央，沿支架(2)的軸線O同軸加工有一個矩形槽(15)和一個圓柱形通孔(16)，矩形槽(15)位于支架U形結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，并且沿與支架(2)的中面垂直的方向貫通，在支架(2)兩臂的上端，各加工有一個V形槽(17)，這兩個V形槽(17)形狀和朝向相同，且處于同軸位置，其軸線位于支架(2)的中面內(nèi)；導(dǎo)桿(7)穿過支架(2)底部的圓柱形通孔(16)、壓縮彈簧(3)和U形彈性體(4)基座B上的圓柱形通孔(8)，U形彈性體(4)與支架⑵共軸，U形彈性體(4)的中面與支架(2)的中面相互垂直；導(dǎo)桿(7)上段螺紋(13)與位于U形彈性體(4)內(nèi)側(cè)的定位柱(6)下部的內(nèi)螺紋(12)旋緊，定位柱(6)下端面E1與U形彈性體基座B的上表面E3S緊配合，導(dǎo)桿(7)中段的臺階面E2與U形彈性體(4)基座B的下表面E4S緊配合；壓縮彈簧(3)位于導(dǎo)桿(7)的中段，其兩端分別與U形彈性體(4)和支架(2)接觸，導(dǎo)桿(7)下段圓柱形平帽(14)抵住支架(2)底部下表面，導(dǎo)桿(7)中段與支架(2)底部圓柱形通孔(16)的滑動配合以及U形彈性體(4)的基座B兩側(cè)面與支架底部的矩形槽(15)的滑動配合，共同構(gòu)成一副沿傳感器(I)和支架(2)公共軸線O方向的直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，使傳感器(I)相對于支架(2)具有沿二者公共軸線O方向的移動自由度，同時，此導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)存在一定的配合間隙，使傳感器(I)相對于支架(2)具有繞二者公共軸線O轉(zhuǎn)動的微小自由度；定位柱(6)的直線刀刃(11)位于刃塊(5)下方，并且與兩個刃塊(5)的直線刀刃(10)共面、垂直； 標(biāo)準(zhǔn)器由若干不同直徑的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體和一個基準(zhǔn)直徑規(guī)組成，基準(zhǔn)直徑規(guī)的直徑值Cltl定義為基準(zhǔn)直徑；標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的數(shù)量η > 4 ;標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的直徑Clpd2,…，dn按從小到大的順序排列，其中的最小直徑值Cl1大于傳感器(I)兩個刃塊(5)的原始間距s ;基準(zhǔn)直徑規(guī)的直徑值Cltl滿足關(guān)系C^dZdn ； 數(shù)據(jù)采集儀包括應(yīng)變信號采集-調(diào)理電路和裝有測量軟件的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，測量軟件中含有標(biāo)定程序和測量程序，標(biāo)定程序和測量程序各含有一個觸點(diǎn)偏移誤差修正計(jì)算公式。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置的測量方法，其特征是包括測量裝置安裝、標(biāo)定和測量，操作步驟如下: 1)測量裝置安裝:將傳感器(I)的測量夾持刃口和定位柱出)的直線刀刃(11)對準(zhǔn)試樣(18)的測量截面或標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的標(biāo)準(zhǔn)直徑段，在支架(2)底部圓柱形通孔(16)的兩側(cè)推壓支架(2)，使支架(2)兩臂的V形槽(17)分別與試樣(18)測量截面兩側(cè)的圓柱部分接觸，同時傳感器(I)在壓縮彈簧(3)的彈性壓力作用下抵靠試樣(18)，測量夾持刃口垂直夾緊試樣(18)，定位柱(6)的直線刀刃(11)與試樣(18)垂直接觸，左變截面懸臂梁B1和右變截面懸臂梁B2產(chǎn)生一定的撓曲變形； 2)測量裝置標(biāo)定:將傳感器(I)的全橋電路接入數(shù)據(jù)采集儀的應(yīng)變信號采集-調(diào)理電路，將測量裝置按標(biāo)準(zhǔn)器直徑值從小到大的順序先后安裝在的各標(biāo)準(zhǔn)圓柱體上，記下數(shù)據(jù)采集儀的各次讀數(shù)er2,…，，然后用線性擬合方法得出數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)^與直徑值d的函數(shù)關(guān)系式，即擬合方程 er = Ad+B(a) 式(a)中，A和B是常數(shù)，分別按公式(b)和(C)計(jì)算:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉伸試樣斷裂后徑縮部位最小直徑測量裝置的測量方法，其特征是所述的拉伸斷裂試樣(18)包括材料力學(xué)性能試驗(yàn)的拉伸斷裂試樣、變截面純彎曲疲勞試樣，以及母線為曲線的變截面軸和臺階軸軸類零件。
【文檔編號】G01B7/12GK103994715SQ201410245433
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】魯陽, 高文通, 呂榮坤 申請人:寧波市鄞州富春精密鑄造有限公司