专利名称：材料试验装置的制作方法
技术领域：
材料试验装置
技术领域：
本实用新型涉及测量设备，特别涉及一种材料试验装置。背景技术：
工程中实际使用材料的性能参数与标准手册上的参数是有一定差别的，有时差别 还会很大，尤其是一些铸造材料、热处理后的材料及合金材料等更是差别很大。在精密机床 行业对材料的性能参数值的准确性要求很高，因为对结构件的几个微米的变形也会对机床 性能产生很大的影响，尤其是大型零件更应保证性能参数的准确性。精密机床行业主要关注的是组成机床材料在受到拉力与弯矩的作用下材料的弯 曲变形问题。因此需对每批来料都做常规标准化的材料拉伸等测试，而对于金属材料因对 试件的加工精度很高，会给制造业带来了很大的负担，但对于非金属材料，如人造石，现有 的常规测试设备都很难测准，需要针对具体材料作专用工装。

实用新型内容基于此，有必要提供一种材料试验装置，能够准确测量材料的抗拉强度。一种材料试验装置，包括底座、设置在所述底座上的支架和试料支撑块、设置在所 述支架上的工作压力轴和防止所述工作压力轴绕自身轴向旋转的定位键组件、设置在所述 工作压力轴朝向所述底座的一端的试料测头、设置在所述工作压力轴和试料测头之间的压 力传感器、与所述试料测头相对设置的位移传感器、设置在所述支架上且驱动所述工作压 力轴沿自身轴向移动的驱动组件及与所述驱动组件和工作压力轴分别相连的传动组件，所 述工作压力轴的轴向垂直于所述底座所在的平面，所述试料支撑块的支撑面位于所述试料 测头与所述位移传感器之间。优选地，还包括设置在所述工作压力轴与压力传感器之间校正所述压力传感器误 差的压力传感器预紧力块。优选地，所述定位键组件包括定位键和与所述定位键相连的定位键手柄，所述工 作压力轴上设有导向槽，所述定位键插入所述导向槽。优选地，所述定位键组件还包括套于所述定位键上且为所述定位键提供回弹力的 定位键弹簧。优选地，所述驱动组件包括进给手轮、与所述进给手轮相连的进给手轮杆，所述进 给手轮杆与传动组件相连。优选地，所述传动组件包括带内螺纹的轴承座、卡住所述轴承座两端的固定夹、依 次啮合的输入轴齿轮、中间齿轮组件和工作压力轴齿轮，所述工作压力轴带有外螺纹，所述 轴承座套于所述工作压力轴上，所述外螺纹与内螺纹相适配，所述输入轴齿轮套于所述进 给手轮杆上，所述工作压力轴齿轮套于所述轴承座上。优选地，所述中间齿轮组件包括中间轴杆、与所述输入轴齿轮啮合的第一传动齿 轮和与所述工作压力轴齿轮啮合的第二传动齿轮，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮套于所述中间轴杆上。优选地，所述支架包括相对设置的两个立柱和连接所述两个立柱的横梁，所述横 梁上设有所述轴承座。优选地，所述试料支撑块包括相对设置的两个试料支撑分块，且所述两个试料支 撑分块分别靠近所述两个立柱，所述位移传感器位于所述两个试料支撑分块之间。优选地，所述试料支撑块上设有凹槽。上述材料试验装置，采用定位键组件防止工作压力轴绕轴向旋转，驱动组件和传 动组件配合带动工作压力轴沿轴向方向移动，使得试料测头逐步对材料进行挤压，压力传 感器和位移传感器配合检测材料发生变形时的加载力及变形量，从而准确测得材料的抗拉 强度。

图1为一个实施例中材料实验装置的立体结构示意图；图2为图1的正视图；图3为图1的俯视图；图4为图2的B-B剖面图；图5为图3的A-A剖面图；图6为图5的局部C的放大图；图7为另一个实施例中材料实验装置的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例及附图对技术方案进行详细描述。如图1至图5所示，一种材料试验装置，包括底座10、设置在底座10上的支架20 和试料支撑块30、设置在支架20上且带外螺纹的工作压力轴40和与工作压力轴40相连且 防止工作压力轴40绕自身轴向旋转的定位键组件50、设置在工作压力轴40 —端的试料测 头60、设置在工作压力轴40与试料测头60之间的压力传感器70、与压力传感器70相对设 置且位于底座10上的位移传感器80、设置在支架20上且驱动工作压力轴40沿自身轴向 移动的驱动组件90及与驱动组件90和工作压力轴40相连的传动组件92。试料支撑块30 的支撑面位于试料测头60与位移传感器70之间，工作压力轴40的轴向垂直于底座10所 在的平面。优选的实施例中，上述材料试验装置还包括设置在工作压力轴40与压力传感器 70之间的压力传感器预紧力块72。压力传感器预紧力块72用于对压力传感器70进行零 位校正，即消除压力传感器70自身的误差，提高测量压力的准确性。在一个实施例中，如图1至5所示，上述材料试验装置中，底座10上设有凹口 100。 凹口 100与位移传感器80相对，可容置位移传感器80的一部分。如图1所示，支架20包 括相对设置的两个立柱200和连接两个立柱200的横梁210。该实施例中，立柱200由两 个矩形块及两个矩形块之间夹住一个梯形块一体成型而成，梯形块斜面上设有槽。试料支 撑块30包括相对设置的两个试料支撑分块300，两个试料支撑分块300分别靠近两个立柱 200，位移传感器80位于两个试料支撑分块300之间。试验时，将试料放置在试料支撑分块300上。待测试的材料为试料，若试料为平板材料时，如图1所示，试料支撑块30的表面为 平面；若试料为棒状材料时，如图7所示，试料支撑块30上设有凹槽，棒状材料放置在凹槽 内。如图2和图4所示，定位键组件50包括定位键500和与定位键500相连的定位键 手柄510。工作压力轴40上设有导向槽410。定位键500在工作压力轴40移动到某一位置 时，定位键500插入导向槽410防止工作压力轴40绕自身轴向旋转。优选的，定位键组件 50还包括套在定位键500上且提供回弹力的定位键弹簧520。在工作压力轴40距离试料 较远时，拉出定位键手柄510并旋转90度使定位键500脱离工作压力轴40的导向槽410， 使工作压力轴40快速移动接近试料，然后再拉出定位键手柄510并旋转90度使定位键500 与导向槽410对正，定位键500在定位键弹簧520的弹力下自动弹入导向槽定位，工作压力 轴40不旋转。如图2所示，试料测头60截面呈三角形。试料测头60与试料接触，并对试料进行 挤压。如图3、图5和图6所示，驱动组件90包括进给手轮900、与进给手轮相连的进给 手轮杆902。进给手轮杆902与传动组件92相连。该实施例中，进给手轮900每转一周，试 料测头60进给0. 25毫米，进给手轮900每转5度进给3. 4微米。传动组件92包括依次啮合的输入轴齿轮920、中间齿轮组件922和工作压力轴齿 轮924、带内螺纹的轴承座926、卡住轴承座拟6两端的固定夹(图中未标示)。输入轴齿轮 920套于进给手轮杆902上，工作压力轴齿轮拟4套于轴承座拟6上，轴承座拟6套于工作 压力轴40上，工作压力轴40的外螺纹与轴承座926的内螺纹相适配。因固定夹卡住轴承 座926的两端，轴承座拟6可绕自身轴心线旋转，但不能沿轴心线方向移动，迫使工作压力 轴40沿自身轴向方向移动。其中，中间齿轮组件922包括中间轴杆9220、与输入轴齿轮920 啮合的第一传动齿轮9222和与工作压力轴齿轮拟4啮合的第二传动齿轮92 ，且第一传动 齿轮9222和第二传动齿轮92M套于中间轴杆9220上，两个传动齿轮随着中间轴杆9220 转动一起转动。另外，在给进手轮杆902、中间轴杆9220和轴承座拟6上套有轴承(图中未 标示)。传动组件92设置在支架20的横梁210上，即输入轴齿轮920、中间齿轮组件922、 工作压力轴齿轮924、带内螺纹的轴承座拟6和固定夹均设置在横梁210上。该实施例中，输入轴齿轮920与第一传动齿轮9222的传动比为1 2，第二传动齿 轮92 与工作压力轴齿轮的传动比为1 3。试料可为金属材料，如铸铝、铸铁、铝合金； 也可为非金属材料，如花岗石等等。另外，进给手轮900每转一周，工作压力轴40沿竖直 方向移动的距离为某一定值，根据传动比可将该距离等分为多个小段距离，即进给手轮900 每转动一度，工作压力轴40移动一小段距离，传动比越大，等分的小段越多，精度越高。上述材料试验装置的工作过程是将试料放置在试料支撑块30上，此时，试料的 中心线与工作压力轴40的中心线相交并垂直，拉出定位键手柄510并旋转90度使定位键 500脱离工作压力轴40的导向槽410，工作压力轴40与传动组件92脱离，旋转工作压力轴 40使其快速接近试料，再拉出定位键手柄510并旋转90度使定位键500与工作压力轴40 的导向槽410相对，定位键弹簧520自动将定位键500弹入导向槽410定位，工作压力轴40 将不能旋转，能够沿竖直方向移动。然后转动进给手轮900带动进给手轮杆902转动，进而 带动输入轴齿轮920、中间齿轮组件922和工作压力轴齿轮9M转动，工作压力轴齿轮9M带动轴承座拟6转动，由于轴承座拟6的内螺纹与工作压力轴40的外螺纹配合，轴承座拟6 受到固定夹卡住而不能沿竖直方向移动，迫使工作压力轴40沿竖直方向向下移动。进给手 轮900每转一周，工作压力轴40向下移动0. 25毫米，设置在工作压力轴40 —端的试料测 头60进给0. 25毫米，对试料进行挤压测试，测试过程中，压力传感器70检测实时加载力大 小，当试料的屈服点小于加载力时，试料弯曲发生变形，此时位移传感器80检测变形值。上述材料试验装置对试料进行测试后，压力传感器70获取了加载力的曲线，位移 传感器80获取了变形值，将加载力的曲线作为仿真输入项，得出仿真输出项，将仿真输出 项与测试的变形值对比，计算出杨氏模量E、材料屈服极限Ss、材料强度极限Sb等值。上述材料试验装置，采用定位键组件50防止工作压力轴40绕自身轴向旋转，驱动 组件90和传动组件92配合带动工作压力轴40沿工作压力轴40的轴向移动，使得试料测 头60逐步对材料进行挤压，压力传感器70和位移传感器80配合检测材料发生变形时的加 载力及变形量，从而准确测得材料的抗拉强度。另外，采用压力传感器预紧力块72可校正压力传感器70的自身误差，进一步提 高测量的加载力的准确性；采用定位键手柄510，方便从导向槽410中拉出定位键500 ；采 用定位键弹簧520方便拉出的定位键500自动弹回导向槽410中；采用啮合的输入轴齿轮 920、中间齿轮组件922和工作压力轴齿轮拟4可细分进给手轮900转动产生力矩导致工作 压力轴40需移动的位移大小，当进给手轮900移动一周转换为工作压力轴40移动的距离 不变，齿轮之间的传动比越大，进给手轮900每转动1度，工作压力轴40移动的距离越小， 测量得到的精确度越高；试料支撑块30上设凹槽便于放置棒状材料。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属 于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种材料试验装置，其特征在于包括底座、设置在所述底座上的支架和试料支撑 块、设置在所述支架上的工作压力轴和防止所述工作压力轴绕自身轴向旋转的定位键组 件、设置在所述工作压力轴朝向所述底座的一端的试料测头、设置在所述工作压力轴和试 料测头之间的压力传感器、与所述试料测头相对设置的位移传感器、设置在所述支架上且 驱动所述工作压力轴沿自身轴向移动的驱动组件及与所述驱动组件和工作压力轴分别相 连的传动组件，所述工作压力轴的轴向垂直于所述底座所在的平面，所述试料支撑块的支 撑面位于所述试料测头与所述位移传感器之间。
2.根据权利要求1所述的材料试验装置，其特征在于还包括设置在所述工作压力轴 与压力传感器之间校正所述压力传感器误差的压力传感器预紧力块。
3.根据权利要求1所述的材料试验装置，其特征在于所述定位键组件包括定位键和 与所述定位键相连的定位键手柄，所述工作压力轴上设有导向槽，所述定位键插入所述导 向槽。
4.根据权利要求3所述的材料试验装置，其特征在于所述定位键组件还包括套于所 述定位键上且为所述定位键提供回弹力的定位键弹簧。
5.根据权利要求1所述的材料试验装置，其特征在于所述驱动组件包括进给手轮、与 所述进给手轮相连的进给手轮杆，所述进给手轮杆与传动组件相连。
6.根据权利要求5所述的材料试验装置，其特征在于所述传动组件包括带内螺纹的 轴承座、卡住所述轴承座两端的固定夹、依次啮合的输入轴齿轮、中间齿轮组件和工作压力 轴齿轮，所述工作压力轴带有外螺纹，所述轴承座套于所述工作压力轴上，所述外螺纹与内 螺纹相适配，所述输入轴齿轮套于所述进给手轮杆上，所述工作压力轴齿轮套于所述轴承 座上。
7.根据权利要求6所述的材料试验装置，其特征在于所述中间齿轮组件包括中间轴 杆、与所述输入轴齿轮啮合的第一传动齿轮和与所述工作压力轴齿轮啮合的第二传动齿 轮，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮套于所述中间轴杆上。
8.根据权利要求6所述的材料试验装置，其特征在于所述支架包括相对设置的两个 立柱和连接所述两个立柱的横梁，所述横梁上设有所述轴承座。
9.根据权利要求8所述的材料试验装置，其特征在于所述试料支撑块包括相对设置 的两个试料支撑分块，且所述两个试料支撑分块分别靠近所述两个立柱，所述位移传感器 位于所述两个试料支撑分块之间。
10.根据权利要求1所述的材料试验装置，其特征在于所述试料支撑块上设有凹槽。
专利摘要一种材料试验装置，包括底座、设置在所述底座上的支架和试料支撑块、设置在所述支架上的工作压力轴和防止所述工作压力轴绕自身轴向旋转的定位键组件、设置在所述工作压力轴朝向所述底座的一端的试料测头、设置在所述工作压力轴和试料测头之间的压力传感器、与所述试料测头相对设置的位移传感器、设置在所述支架上且驱动所述工作压力轴沿自身轴向移动的驱动组件及与所述驱动组件和工作压力轴分别相连的传动组件，所述工作压力轴的轴向垂直于所述底座所在的平面，所述试料支撑块的支撑面位于所述试料测头与所述位移传感器之间。上述材料试验装置，采用压力传感器和位移传感器配合检测材料发生变形时的加载力及变形量，从而准确测得材料的抗拉强度。
文档编号G01N3/08GK201917493SQ201020632578
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者廉成, 高云峰 申请人:深圳市大族数控科技有限公司, 深圳市大族激光科技股份有限公司