专利名称：一种新型材料试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以进行组合实验的材料试验机。特别涉及一种结构简单、功能 齐全且能进行双向加载及复合式加载的材料试验机。
背景技术：
随着工业技术的迅速发展，对于材料的各种力学性能测量，如拉伸、压缩、扭转及 弯曲性能的测量从科研到教学、军事到工业、工业到民用等众多领域中得到广泛的应用，然 而现有的材料试验机由于自身设计、结构尺寸等限制其应用范围，其呈现两个极端，一种是 只能实现单一试验方式的试验设备，而无法满足一些组合性的试验。另一种是多功能材料 试验机，其机构庞大、结构复杂、造价昂贵，严重限制了材料试验机的普及应用。目前典型的材料试验设备是液压式万能材料试验机及电子万能材料试验机。现 有的材料试验机能对材料进行单向拉伸、压缩、扭转和弯曲等实验，可以满足大部分实验要 求，但对双向拉压等有特殊要求的实验却无法实现。且在实际应用中存在如下问题1、设备的机构庞大、占用空间较大、结构复杂，使用过程中设备出现故障率高，需 要专门的技术人员解决。2、设备造价昂贵，使用费用及维护费用较高，在一定场合限制其应用。3、现有的材料试验机无法实现双向拉伸、压缩、扭转等组合性的实验，不能满足某 些特定的实验要求。

发明内容
本发明专利设计了一种占用空间小(约60X30X25)、机构简单、造价低廉且能进 行各种组合性试验机。本实验仪器创造性的实现对试件的双向拉伸、双向压缩及双向扭转 的等各种特定要求的组合性试验。本装置由控制系统、检测系统、拉压扭系统、弯曲系统四大部分组成，控制系统是由工控机通过软件系统控制运动控制卡，使运动控制卡驱动步进电动 机转动经联轴器后分别带动第一蜗杆、第二蜗杆、升降平台运动，实现运动控制。检测系统由STSS-I应力应变模块和加载传感器组成，加载时可通过加载部位的 加载传感器获得应力应变信号，然后传感器将应力应变信号传送给应力应变模块，实现实 时检测出应力应变的变化。拉压扭系统是由两端带有螺纹旋向相反的轴、与轴成螺纹联接的的活动机座、固 定在活动机座上的一对圆形四爪卡盘组成。由于轴两端螺纹旋向相反，即轴的转动轴带动 两端活动机座移动实现双向拉压，通过转动两端活动机座上的蜗杆并带动两端卡盘转动实 现双向扭转。所述圆形四爪卡盘包括夹头，其特征在于夹头设计成拔盘抓手形状，以便对工件 进行拉伸时能有效增加夹持力矩。夹头前端安装有调节螺钉。其功能在于当调节螺钉与工 件表面接触形成铰支点，扭转时直接用夹头直接夹紧即可，调节螺钉远离夹持面以免形成铰点影响夹持力度。弯曲系统是为装夹在固定机座中部上表面的能上下移动的升降平台，升降平台上 设有加载头。所述升降平台是由一个方形平台、四根连杆和加载头组成，连杆上通过螺栓连接 有丝杆，通过转动丝杆上的手轮带动升降平台实现升降，推动连杆上方的圆柱形加载头进 行加载。本发明相较于现有的材料试验机的优点在于1、试验机的结构简单、点用空间小、设备原理简单明晰，故障出现率低。2、设备造价低廉，无需其它的维护和使用费用，能扩展其应用范围和使用场合。3、本发明能在工件的一次装夹中完成一系列的组合试验，无需再调整工件，大大 满足测试要求和提高测量精度。4、创造性的实现材料试验机对工件的双向拉伸、压缩及扭转的试验，而且能实现 各种复合式双、单向试验。解决了现有设备不能实现的问题。


本发明装置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弯曲加载系统主视3弯曲加载系统侧视4四爪卡盘主视5四爪卡盘侧视6试件弯曲加载示意7试件扭转示意8试件拉压示意图1、运动控制卡；2、步进电动机；3、联轴器；4、第一蜗杆；5、第一蜗轮；6、滚动轴 承；7、轴端挡板；8、轴承套；9、套筒；10、第二蜗杆；11、第二蜗轮；12、活动机座；13、升降平 台；14、手轮；15丝杆；16、加载头17、连杆；18、固定螺钉；19、四爪卡盘；20、调节螺钉；21、 夹头；22、旋转齿轮；23、夹紧螺钉；24、固定螺孔；25、滑动导轨；26、加载传感器；27、轴； 28、机座；29、工控机；30 =STSS-I应力应变模块；31、方形平台。
具体实施例方式所述本发明由图1材料试验机整体结构图、图2弯曲加载系统主视图、图3弯曲加 载系统侧视图、图4四爪卡盘主视图、图5四爪卡盘侧视图、图9为试验机断面剖视图组成， 其还包括了图6、图7、图8具体试件夹持方式示意图。其加载方式分为自动控制加载和手 动控制加载两种。本发明专利实验机的具体功能实现方式如下一、控制系统控制系统具体实现方式是通过在工控机29的相应程序界面上输入 所需的实现参数值，然后由软件系统向运动控制卡1发出控制信号，运动控制卡1处理控制信息后驱动步进电动机2旋转，电动机2经联轴器3和传动系统后分别带动第一蜗杆4、第 二蜗杆10、丝杆15转动实现运动控制。二、检测系统检测系统的具体实现方式是由STSS-I应力应变模块30和加载传感 器26组成，加载时可通过加载部位的加载传感器26获得应力应变信号，然后加载传感器26 将应力应变信号传送给STSS-I应力应变模块30，应力应变模块信号处理后在工控制29上 实现实时显示出应力应变的变化。三、拉压扭系统首先须将工件固定在四爪卡盘19上。1)拉压系统的具体实现方式是通过工控机29在相应的程序界面中输入所需测量 数据的大小，并向运动控制卡1传送控制信号，控制信号经运动控制卡1处理后驱动步进电 动机2工作并带动联轴器3 —起旋转工作，经传动系统后驱动第一蜗杆4转动，并带动第一 蜗轮5旋转，第一蜗轮5带动轴27绕两端的滚动轴承6旋转。滚动轴6是经轴端挡板7、轴 承套8和套筒9固定在轴27上。轴27左端为左旋螺纹，右端为右旋螺纹。其旋转时带动 两端方形活动机座同时向内或向外沿滑动导轨25作直线运动。将工件放装夹在四爪卡盘 19上，即可完成对工件的双向拉伸和双向压缩，如图8。手动控制系统的工作路线是旋转 蜗杆4上的手轮。经蜗杆4、蜗轮5、轴27带动活动机座的移动进行双向加载。所加力矩的 大小由加载传感器26经信号处理后在工控机上时时显示出米。2)扭转系统具体实现方式通过工控机29在相应的程序界面中输入所需测量数 据的大小，并向运动控制卡1传送控制信号，控制信号经运动控制卡1处理后驱动步进电动 机2工作并带动联轴器3 —起旋转工作，经传动系统后驱动第二蜗杆10转动并带动第二蜗 轮11旋转，第二蜗轮11固定在方形活动机座内的阶梯轴上，第二蜗轮11带动阶梯轴旋转 同时带动圆形四爪卡盘19转动，对工件实现旋转加载。手动控制系统是旋转第二蜗杆10 上的手轮，带动第二蜗轮11、阶梯轴、圆形四爪卡盘19进行加载。所加力矩的大小由加载传 感器26经信号处理后在工控机29上实时显示出来。四、弯曲加载系统运行路线首先将工件两端固定在圆形四爪卡盘上，自动加载系统是通过工控机29在相应 的程序界面中输入所需测量数据的大小，并向运动控制卡1传送控制信号，控制信号经运 动控制卡1处理后驱动步进电动机2工作并带动联轴器3 —起旋转工作，经传动系统后带 动升降平台13下丝杆15转动，丝杆15转动带动连杆17绕支点转动使升降支架13的位置 上下移动推动方形平台31上的加载探头16进行加载。手动加载系统是旋转手轮14带动 丝杆15转动，丝杆15转动带动连杆17绕支点转动，使升降平台上下移动并带动加载探头 16对工作加载，此次加载分为两种情况1)悬臂梁加载将工件一端固定在活动机座12上的任一个卡盘19上，旋转螺钉 23经齿轮22传动后带动夹头21使其夹紧工件，此时的调节螺钉20避免螺钉端部接触到工 件，这样可使悬臂梁一端被夹紧并使其受固定约束反力，如图7所示。调节升降支架13上 的方形平台高低位置，探头16可对工件加载，左右移动升降支架13可对工件不同位置进行 加载。2)简支梁加载将工件两端固定在活动机座12上的卡盘19上。由于简支梁的一 端是固定一端是铰接。固定的一端调节螺钉20避免接触到工件，旋转螺钉23经齿轮22传 动后带动夹头21使其夹紧工件即可。而铰接的一端使调节螺钉23下端的圆形头顶在工件
5上，使其形成铰接，如图6所示。根据工件长度不同调节活动机座12。左右调节活动机座的 位置可以对简支梁的不同位置加载。所加力矩的大小由探头16上的加载传感器26经信号 处理后在工控机上时时显示出来。 本发明在复合型实验中两种及两种以上的加载系统同时动作即可实现特定的复 合型实验要求。
权利要求
一种新型材料试验机，其特征在于由控制系统、检测系统、拉压扭系统、弯曲系统四大部分组成；控制系统是由工控机(29)通过软件系统控制运动控制卡(1)，使运动控制卡(1)驱动步进电动机(2)转动经联轴器(3)后分别带动第一蜗杆(4)、第二蜗杆(10)、升降平台(13)运动，实现运动控制；检测系统由STSS 1应力应变模块(30)和加载传感器(26)组成，加载时可通过加载部位的加载传感器(26)获得应力应变信号，然后加载传感器(26)将STSS 1应力应变信号传送给应力应变模块(30)，实现实时检测出应力应变的变化；拉压扭系统是由两端带有螺纹旋向相反的轴(27)、与轴成螺纹联接的的活动机座(12)、固定在活动机座(12)上的一对圆形四爪卡盘(19)组成，由于轴(27)两端螺纹旋向相反，即轴(27)的转动轴带动两端活动机座(12)移动实现双向拉压，通过转动两端活动机座(12)上的第二蜗杆(10)并带动两端卡盘(19)转动实现双向扭转；弯曲系统是为装夹在固定机座中部上表面的能上下移动的升降平台(13)，升降平台(13)上设有加载头(16)。
2.权利要求1所述的新型材料试验机，其特征在于所述升降平台(13)是由一个方形 平台(31)、四根连杆(17)和加载头(16)组成，连杆(17)上通过螺栓连接有丝杆(15)，通 过转动丝杆(15)上的手轮(14)带动升降平台(13)实现升降，推动连杆(17)上方的圆柱 形加载头(16)进行加载。
3.权利要求1所述的新型材料试验机，其特征在于所述圆形四爪卡盘(19)包括夹头 (21)，夹头(21)设计成拔盘抓手形状，以便对工件进行拉伸时能有效增加夹持力矩，夹头 (21)前端安装有调节螺钉(20)，当调节螺钉(20)与工件表面接触形成铰支点，扭转时直接 用夹头(21)直接夹紧即可，调节螺钉(20)远离夹持面以免形成铰点影响夹持力度。
全文摘要
一种新型材料试验机，由控制系统、检测系统、拉压扭系统、弯曲系统四大部分组成；控制系统是由工控机通过软件系统控制运动控制卡，使运动控制卡驱动步进电动机转动经联轴器后分别带动第一蜗杆、第二蜗杆、升降平台运动，实现运动控制；检测系统由STSS-1应力应变模块和加载传感器组成；拉压扭系统是由两端带有螺纹旋向相反的轴、与轴成螺纹联接的活动机座、固定在活动机座上的一对圆形四爪卡盘组成；弯曲系统是为装夹在固定机座中部上表面的能上下移动的升降平台，升降平台上设有加载头。本发明实现了材料试验机对工件的双向拉伸、压缩及扭转的试验，而且能实现各种复合式双、单向试验。
文档编号G01N3/00GK101957286SQ20101014993
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者冯爱新, 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