专利名称：定位加载材料试验机的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料试验技术领域，特别是提供了一种结构简单、功能齐全的定 位加载的材料试验机。
背景技术：
随着工业技术的发展，对材料的各种力学性能要求越来越高，这就要求对材料进 行精确地试验的同时。也提高了对材料试验机的应用性能。结构简单、功能齐全、现场应用 性强和检测性可靠性高成为人们对材料试验机提出新的要求。目前现有的技术有国家知识产权局授权公告号CN200982938Y，专利名称一种 弹簧拉压试验机；授权公告号CN200986512Y，专利名称弹簧拉压试验机；和国家知识产 权局公开号CN101042322A，专利名称一种恒载荷拉压试验机。这些技术都是针对一些特 定领域和特定方面设计的，只能进行单独的拉压试验，因此使用也有一定的局限性。以及目前投入使用的设备主要有砝码式恒载荷拉伸试验机(或微机控制材料拉 伸试验机或万能试验机)和测力环(或弹簧装置)。前者测试精确，但设备比较昂贵且占地 大，搬运和安放不是很方便；后者结构简单、价格低、适合批量试验，但装置的精度低，且需 要大型记载设备辅助加载，不能自动记录数据、操作不方便。本专利设计的定位材料试验机可以克服这些缺点，不仅可以进行单独的拉压试验 和扭转试验，同时也可以进行拉扭或者压扭组合试验。加载方式比较灵活，可以自动加载也 可手动加载，并且可以自动记录数据给数据处理带来很大方便。

发明内容
本发明的目的在于提供一种通过定位加载的多功能材料试验机，解决了以往设备 使用和维护费用昂贵、占地面积大等缺点，本发明实现一种能手动加载也能自动加载的结 构简单、占地面积小(约60X30X25)、自动采集和记录数据的多功能定位材料试验机。本装置由控制系统、检测系统、定位加载系统(拉压扭)三大部分组成。控制系统是由工控机通过软件系统控制运动控制卡，使运功控制卡驱动步进电动 机转动经联轴器后带动法兰轴实现运动控制。检测系统是由STSS-I应力应变模块、加载传感器、GGD19-LVDT位移传感器组成， 定位试验时通过加载部位的传感器获得应力应变信号，然后加载传感器将应力应变信号传 送给STSS-I应力应变模块；通过GGD19-LVDT位移传感器获得位移信号，实现定位实时检测 出应力应变的变化。定位加载系统由固定底座、支撑机座和加载支撑部分组成，支撑机座和加载支撑 部分分别位于固定底座的两端。支撑机座顶部设有紧固螺钉，作用是对试件施加固定铰支 定位，支撑机座顶部设有销孔，用于固定试件；加载支撑部分由定位加载机座、法兰轴、超 越离合器、滚动轴承、槽型螺母和两个滑块组成。定位加载机座固定于固定底座上，定位加 载机座上有三个导向槽，第一导向槽是限制垂直自由度实现拉压作用，第二导向槽是限制
3水平自由度实现扭转作用，第三导向槽的作用是通过第三导向槽调节槽形螺母键槽内的滑 块的左右移动。两个滑块分别位于槽形螺母右部外径两个键槽内，超越离合器和滚动轴承 并列固定在定位加载机座里面，其中超越离合器位于滚动轴承的外侧。法兰轴两端带有螺 纹，左端轴肩处带有两个与槽形螺母键槽相对应的键槽，当滑块移动到法兰轴键槽内后，使 槽形螺母与法兰轴一起转动，法兰轴一端通过螺纹用六角螺母固定，另一端通过螺纹与槽 形螺母连接，法兰轴通过超越离合器、滚动轴承以及端部的六角螺母在定位加载机座圆形 空腔中心线处固定。槽型螺母右侧与法兰轴成螺纹联接，左侧是槽形凹腔，在槽形凹腔上 沿径向有左右分布着两个通孔，两上通孔的位置与加载支撑机座上的第一和第二导向槽对 应。拉压试验时将试件放入槽型螺母凹腔内，用第二圆柱销穿过定位加载机座上的第一导 向槽、槽型螺母上与第一导向槽相对应的通孔和试件。控制系统驱动步进电动机转动经联 轴器后带动法兰轴转动，法兰轴与槽型螺母形成螺纹运动，即由法兰轴的旋转运动转换成 槽型螺母的直线运动实现对试件的定位拉压加载试验。用第三圆柱销穿过定位加载机座上 的第二导向槽、槽型螺母上与第二导向槽对应的通孔和试件。当两个滑块移动到法兰轴键 槽内后，把法兰轴与槽型螺母周向固定，使使法兰轴与槽形螺母无相对运动，共同围绕定位 加载机座圆形空腔中心线旋转，实现对试件的定位扭转试验。本发明和现有的材料试验机相比有下列优点1、试验机的结构简单、占用空间小、设备原理简单清晰，设备结构紧凑，性价比高。2、创造性的实现了材料试验机对试件的定位试验，既可以手动加载也可以自动加 载，自动采取和记录数据，大大提到的数据的准确性。解决了现有试验机不能实现的问题。3、本发明创造性的运用定位拉压扭加载机座上的水平和垂直两个方向的导向槽， 能实现一系列的拉压试验和扭转试验。


本发明的具体实施例的结构框图及

如下图1材料试验机整体结构2定位加载系统(剖面俯视图)图3定位加载机座(外观主视图)图4法兰轴主视5法兰轴侧视图1、工控机；2、运动控制卡；3、步进电动机；4、STSS-I应力应变模块；5、联轴器；6、 超越离合器；7、滚动轴承；8、槽型螺母；9、定位加载机座；10、GGD19-LVDT拉伸位移传感器； 1UGGD19-LVDT扭转位移传感器；12、第一加载传感器；13、第二加载传感器；14、紧固螺钉； 15、垫铁；16、支撑机座；17、固定底座；18、第一圆柱销；19、试件；20、第二圆柱销；21、第三 圆柱销；22、螺钉；23、滑块(2个)；24、六角螺母；25、法兰轴；26、手动加载棒。27、第一导 向槽；28、第二导向槽；29、第三导向槽。
具体实施方案所述本发明由图1材料试验机整体结构图、图2定位加载系统(剖面俯视图)、图 3定位加载机座(外观主视图)、图4法兰轴主视图和图5法兰轴侧视图组成。其加载方式
4分为自动控制加载和手动控制加载两种。本发明专利材料试验机的具体功能实现方式如下一、控制系统自动加载时通过在工控机1的相应程序界面上输入所需的实现参 数值，然后由软件向运动控制卡2发出控制信号，运动控制卡2处理控制信息后驱动步进电 动机3旋转，步进电动机3经联轴器5带动法兰轴25转动，实现自动加载，手动加载时直接 用人力旋转定手动加载棒26带动法兰轴25转动，实现手动加载。二、检测系统检测系统的具体实现方式是由GGD19-LVDT拉伸位移传感器10、 GGD19-LVDT扭转位移传感器11、STSS-I应力应变模块4、第一加载传感器12、第二加载传 感器13组成，加载时可通过第一加载传感器12、第二加载传感器13获得应力应变信号，然 后第一加载传感器12、第二加载传感器13将应力应变信号传送给STSS-I应力应变模块5， 应力应变模块信号处理后在工控机1上实现实时显示出应力应变的变化。GGD19-LVDT拉伸 位移传感器10、GGD19-LVDT扭转位移传感器11可以检测到加载后的试件位移变化，将信号 传送给工控机1实现实时显示位移变化。三、定位加载系拉压试验时，槽型螺母8和法兰轴25通过与槽型螺母8的螺纹连 接带动槽型螺母8前后移动，实现对试件19的拉压。用第三圆柱销21通过第二导向槽28 把试件19、槽型螺母8、定位加载机座9连在一起。试件19的另一端放在支撑机座16上， 用第一圆柱销18通过销孔固定试件19，同时用紧固螺栓14挤压垫铁15限制试件19的自 由度。法兰轴25转动时，由于六角螺母24的轴向限制作用使法兰轴25带动槽型螺母8前 后移动，实现对试件的拉压试验。其利用了超越离合器的不可逆转特性，实现试验过程中能 保持加载载荷的恒定。扭转试验时，当滑块23移动到法兰轴键槽内后，使槽形螺母8与法兰轴25 —起转 动，法兰轴25的转动带动槽型螺母8转动，并用第二圆柱销20通过第一导向槽27把试件 19的一端和槽型螺母8连在一起，试件19的另一端放在支撑机座16上，用第一圆柱销18 通过销孔固定试件19，同时用紧固螺栓14挤压垫铁15限制试件19的自由度。法兰轴25 通过槽型螺母8带动试件19转动，实现对试件的扭转。由于超越离合器6的限制作用，使 得法兰轴25只能单向旋转，防止进行扭转试验时法兰轴25的反向转动，实现对试件的扭转 试验。其利用了超越离合器的不可逆转特性，实现试验过程中能保持加载载荷的恒定。以上实验若要实现手动加载时，只 转动手动加载棒26带动法兰轴25带动槽型 螺母8 —起运动，即可实现一系列的拉压扭等特定试验。
权利要求
一种定位加载材料试验机，由控制系统、检测系统、定位加载系统三大部分组成；控制系统是由工控机(1)通过软件系统控制运动控制卡(2)，使运功控制卡(2)驱动步进电动机(3)转动经联轴器(5)后带动法兰轴(25)实现运动控制；检测系统是由STSS-1应力应变模块(4)、GGD19-LVDT拉伸位移传感器(10)、GGD19-LVDT扭转位移传感器(11)、第一加载传感器(12)、第二加载传感器(13)组成，定位试验时通过加载部位的传感器获得应力应变信号，然后将第一加载传感器(12)、第二加载传感器(13)应力应变信号传送给STSS-1应力应变模块(4)；通过GGD19-LVDT位移传感器(10)获得位移信号，实现定位实时检测出应力应变的变化；其特征在于定位加载系统由固定底座(17)、支撑机座(16)和加载支撑部分(I)组成，支撑机座(16)和加载支撑部分(I)分别位于固定底座(17)的两端；支撑机座(16)顶部设有紧固螺钉(14)，作用是对试件(19)施加固定铰支定位，支撑机座(16)中部设有销孔，用于固定试件(19)；加载支撑部分(I)由定位加载机座(9)、法兰轴(25)、超越离合器(6)、滚动轴承(7)、槽型螺母(8)和两个滑块(23)组成；定位加载机座(9)固定于固定底座(17)上，定位加载机座(9)上有三个导向槽，第一导向槽(27)是限制垂直自由度实现拉压作用，第二导向槽(28)是限制水平自由度实现扭转作用，第三导向槽(29)作用是通过第三导向槽(29)调节槽内滑块(23)的左右移动；超越离合器(6)和滚动轴承(7)并列固定在定位加载机座(9)里面，其中超越离合器(6)位于滚动轴承(7)的外侧，法兰轴(25)两端带有螺纹，左端轴肩处带有两个与槽形螺母(8)键槽相对应的键槽，当滑块(23)移动到法兰轴(25)键槽内后，使槽形螺母(8)与法兰轴(25)周向固定在一起并转动，法兰轴(25)一端通过螺纹用六角螺母(24)固定，另一端通过螺纹与槽形螺母(8)连接，法兰轴(25)通过超越离合器(6)、滚动轴承(7)以及端部的六角螺母(24)在定位加载机座(9)圆形空腔中心线处固定；槽型螺母(8)右侧与法兰轴(25)成螺纹联接，左侧是槽形凹腔，在槽形凹腔上沿径向左右分布着两个通孔，两上通孔的位置与加载支撑机座上的第一导向槽(27)和第二导向槽(28)对应。
2.权利要求1所述的新型材料试验机，其特征在于所述定位加载系统中法兰轴(25) 以滚动轴承(7)和超越离合器(6)为回转中心转动；定位加载系统利用超越离合器(6)的 不可逆转特性，实现试验过程中能保持加载载荷的恒定。
3.权利要求1所述的定位加载材料试验机的使用方法，其特征在于拉压试验时，将试 件(19)放入槽型螺母(8)凹腔内，用第二圆柱销(20)穿过定位加载机座(9)上的第一导 向槽(27)、槽型螺母(8)上与第一导向槽(27)相对应的通孔和试件(19)；控制系统驱动步 进电动机(3)转动经联轴器(5)后带动法兰轴(25)转动，法兰轴(25)与槽型螺母(8)形 成螺纹运动，即由法兰轴(25)的旋转运动转换成槽型螺母(8)的直线运动实现对试件(19) 的定位拉压加载试验；扭转试验时，用第三圆柱销(21)穿过定位加载机座(9)上的第二导 向槽(28)、槽型螺母(8)上与第二导向槽(28)相对应的通孔和试件；当两个滑块(23)移 动到法兰轴(25)键槽内后，把法兰轴(25)与槽型螺母(8)周向固定，使法兰轴(25)与槽 形螺母(8)无相对运动，共同围绕定位加载机座(9)圆形空腔中心线旋转，实现对试件(19) 的定位扭转试验。
全文摘要
定位加载材料试验机，属材料试验技术领域，其特征在于定位加载系统，定位加载系统的支撑机座和加载支撑部分分别位于固定底座的两端；加载支撑部分由定位加载机座、法兰轴、超越离合器、滚动轴承、槽型螺母、两个滑块组成。定位加载机座上有三个导向槽，滑块分别位于槽形螺母右部外径两个键槽内，超越离合器和滚动轴承并列固定在定位加载机座里面。法兰轴一端通过螺纹用六角螺母固定，另一端通过螺纹与槽形螺母连接，槽型螺母左侧是槽形凹腔，在槽形凹腔上沿径向有左右分布着两个通孔，两上通孔的位置与加载支撑机座上的第一和第二导向槽对应。本发明运用定位拉压扭加载机座上的水平和垂直两个方向的导向槽，能实现一系列的拉压试验和扭转试验。
文档编号G01N3/08GK101881710SQ20101019031
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者冯爱新, 卞兆生, 周鹏程, 孙淮阳, 徐传超, 曹宇鹏, 王俊伟, 聂贵锋 申请人:江苏大学