CN103592216A - 一种密封条及弹簧的应力应变测试仪及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封条及弹簧应力应变测试仪及其测试方法，包括机座和测量机构，机座包括底板和立柱，测量装置包括杠杆和长度量具，待测件放置于底板上并且顶端与杠杆铰接，在杠杆上设有砝码，本发明巧妙地利用杠杆原理将砝码质量施加于待测件上并使待侧件的形变传递给相应的长度量具并指示出来，测试仪既可测量待测件所受压力与发生形变之间的函数关系，也可测量待测件所受拉力与发生形变的函数关系，结构简单可靠，测量过程便捷准确。

Description

一种密封条及弹簧的应力应变测试仪及其测试方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及到一种结构简单、成本低廉的密封条及弹簧的应力应变测试测试仪及其测试方法。

背景技术

在汽车研发制造领域，针对汽车附件性能的测试仪器较少且复杂昂贵，如汽车密封条以及弹簧附件的应力应变性能直接影响到了汽车密封性能以及整车的品质，但却没有针对此类产品的专用测试仪，或因普通的应变测试装置，如公开号为CN101762682.A、名称为一种塑胶拉伸应力应变测试方法及装置的发明专利所公开的一种针对橡胶塑料片材拉伸应力应变测试装置，由压紧系统、位伸系统、测量系统、温控系统和数据处理系统组成，采用非接触式测量方式，虽然测试结果精准、测试过程不会引起试样破坏，却由于装置结构复杂、成本较高、使用不便而得不到普遍应用，影响了此类汽车附件更进一步的质量提升或安全性的提高。

发明内容

本发明主要解决现有技术的应力应变测试方法及装置结构复杂、成本较高和使用不便的技术问题；提供了一种结构简单、成本低廉、使用方便的密封条及弹簧的应力应变测试仪及其测试方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明主要是采用下述技术方案：

本发明的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，用于汽车密封条或弹簧等待测件的应力应变性能的测试，所述测试仪包括

机座，用于固置待测件及测量机构，包括底板和垂直于底板表面的立柱，

待测件的底部与底板活动连接；

测量机构，用于待测件的应力应变测量，包括与立柱顶端连接并以立柱顶端为支点且平置的杠杆和固设于杠杆上的长度量具，待测件的顶端与杠杆活动连接，砝码可设置在杠杆上；

巧妙地利用杠杆原理设计了一个物体应力应变测量机构，将杠杆上的砝码质量施加于待测件上并使待侧件的形变传递给相应的长度量具并指示出来，测试仪既可测量待测件所受压力与发生形变之间的函数关系，也可测量待测件所受拉力与发生形变的函数关系，结构简单可靠，测量过程便捷准确。。

作为优选，所述杠杆的中点活动连接于立柱顶端，杠杆的两侧悬空端分别悬挂有支架，所述砝码放置于支架上，砝码用于对待测件提供压力或拉力，待测件垂直放置于所述底板上，待测件的底部与底板铰接，待测件的顶部与杠杆内侧铰接，砝码质量通过杠杆传递至待测件上，利用杠杆的放大作用，使较轻的砝码质量放大数倍后施加于待测件上并对待测件压紧或拉伸，待测件产生的应力应变又通过杠杆转化传递给长度量具，巧妙地将砝码质量和长度量具结合起来，并通过长度量具的指示得到待测件承受不同压力或拉力时产生的形变大小，从而计算并绘制出待测件的应力应变曲线。

作为优选，所述杠杆的支点与支架连接点之间距离L₁和支点与待测件的铰接点之间距离L₂的比值为4∶1，通过待测件在杠杆上的位置变化并经过力矩计算，使砝码的质量放大4倍后作用于待测件上，待测件所受应力增大，相应提高了应变的程度，扩大了检测指标和检测范围。

作为优选，所述杠杆上设有垂直于杠杆且与杠杆连接的固定杆，所述固定杆与所述待测件分置于所述支点的两侧，固定杆的上端与杠杆固接，所述长度量具固设于固定杆的下端，长度量具呈水平放置，在立柱上对应长度量具测杆顶端的位置设有水平的圆孔，所述圆孔与测杆直径相吻合，长度量具的测杆顶端可插入圆孔并抵住圆孔底面，将长度量具设置在杠杆上，使同样与杠杆连接的待测件的应力应变产生的竖向细小的位移转化为放大且水平的位移，并通过长度量具的测杆检测并反映出来，检测精度高。

作为优选，所述杠杆支点与固定杆连接点之间距离L₃和固定杆长度L₄的比值为1∶5，通过L₃和L₄的变化，将待测件上产生的较小应变可转化为较大的测量位移，长度量具上能更直观清晰地反映并读取数值。

作为优选，所述长度量具为百分表，检测精度高。

一种密封条及弹簧应力应变测试方法，其步骤如下：

A将测试仪放置并固定于工作台上，将待测件安装在相应位置上并与机座和杠杆连接；

B将长度量具与固定杆连接，长度量具的测杆插入立柱上的圆孔，调节固定杆与长度量具的连接点位置，使长度量具的测杆顶端抵住圆孔底面且长度量具圆读数指示为零；

C将所需砝码放置于相应支架上，如测量待测件的受压应力应变，则将砝码放置于与待测件同侧的支架内，如测量待测件的受拉应力应变，则将砝码放置于与待测件不同侧的支架内；

D放置不同质量的砝码，在长度量具上读取相应的应力应变数值；

E制作表格，将每次加载的砝码质量和长度量具读取数值记录至表格中，以备待测件应变应力的静态性能计算和分析。

本发明的有益效果是：巧妙地利用杠杆原理设计了一个物体应力应变测量机构，将杠杆上的砝码质量施加于待测件上并使待侧件的形变传递给相应的长度量具并指示出来，测试仪既可测量待测件所受压力与发生形变之间的函数关系，也可测量待测件所受拉力与发生形变的函数关系，检测仪结构简单可靠，制作成本低廉，测量过程便捷准确。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1结构的俯视示意图。

图3是本发明的一种使用示意图。

图4是本发明的另一种使用示意图。

图5是图3的几何关系示意图。

图6是图4的几何关系示意图。

图中1.待测件，2.机座，21.底板，22.立柱，23.圆孔，3.杠杆，31.支架，32.固定杆，4.长度量具，41.测杆，5.砝码。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例1的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，用于汽车密封条或弹簧等待测件1的受压应变性能测试，如图1和图2所示，测试仪包括：

机座2，用于固置待测件及测量机构，包括底板21和垂直于底板表面的立柱22；

测量机构，用于待测件的应力应变测量，包括与立柱顶端铰接并以立柱顶端为支点且平置的杠杆3和固设于杠杆上的百分表4，

杠杆的中点铰接于立柱顶端，杠杆的两侧悬空端分别悬挂有支架31，砝码5放置于与待测件同侧的支架上，用于对待测件施加压力，待测件垂直放置在底板上，待测件的底部与底板铰接，待测件的顶部与杠杆内侧铰接，杠杆的支点与支架连接点之间距离L₁为200mm，支点与待测件的铰接点之间距离L₂为50mm，两者比值为4∶1；在杠杆上安装有垂直于杠杆的固定杆32，固定杆与待测件分置于支点的两侧，固定杆的上端与杠杆固定连接，百分表固设于固定杆的下端，呈水平放置，在立柱上对应百分表测杆41端头的位置设计有水平的圆孔23，圆孔与测杆直径相吻合，百分表的测杆端头可插入圆孔中并抵住圆孔底面，杠杆支点与固定杆连接点之间距离L₃为25mm，固定杆长度L₄为125mm，两者的比值为1∶5。

如图3所示，测试使用时，首先将测试仪放置并固定在工作台上，将待测件安装在相应位置上并与机座和杠杆连接，将百分表安装在固定杆下端，百分表的测杆端头插入立柱上的圆孔，调节固定杆与百分表的连接点位置，使百分表的测杆端头抵住圆孔底面且百分表指示盘读数指示为零，此为初始值，然后，将砝码F₁放置在与待测件同侧的支架上，如图5的几何关系图所示，根据力矩平衡关系有：

                      M₁=M₂

即                     F₁L₁=F₂L₂

又                   L₁/L₂=200/50=4

故                   F₂=4F₁

此时，通过杠杆的放大作用，砝码质量放大4倍后施加在待测件上使待测件受到较大的压力F₂，产生向下方向的形变S₂，由于杠杆的转动作用，支点另一侧的固定杆随杠杆上移S₃，并相应带动百分表水平移动S₄，百分表的测杆长度发生变化，即可测量并指示出S₄的数值；

根据图5中的几何三角函数关系有：

sinα=S₂/L₂               （1）

ctanθ=L₃/L₄=25/125=0.2

θ=11°

β=90°-（90°-11°-α）=11°+α   （2）

$\sin \mathrm{\β}=\frac{S_4+L_3}{\sqrt{L_3^2+L_4^2}}---\left(3\right)$

综合方程（1）、（2）、（3）求得S2与S4的关系为：

$S_4=(0.19\sqrt{L_2^2-S_2^2}+{0.98S}_2)\frac{\sqrt{L_3^2+L_4^2}}{L_2}-L_3$

由以上可知，砝码的力放大4倍后加载于待测件上，而百分表的水平位移则约等于1.5倍的待测件受压形变位移。

在百分表的指示盘上读取相应的应力应变数值并记录在表格内，以此类推，依次增加砝码，将每次加载的砝码质量和百分表的读取数值均一一记录在表格中，并以上述方程式计算得出待测件的应力应变数值，由此，可绘出待测件所受压力与形变之间的应力应变曲线。

实施例2：本实施例2的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，用于汽车密封条或弹簧等待测件的受拉应力应变性能的测试，测试仪包括机座和测量机构，如图4所示，使用时，砝码放置于与待测件不同侧的支架内，如图6的几何关系图所示，根据力矩平衡关系有：

                         M₁=M₂

即                     F₁L₁=F₂L₂

又                     L₁/L₂=200/50=4

故                     F₂=4F₁

此时，通过杠杆的放大作用，砝码质量放大4倍后施加在待测件上使待测件受到较大的拉力F₂，产生向上方向的形变S₂，由于杠杆的转动作用，支点另一侧的固定杆下移S₃，并相应带动百分表水平移动S₄，百分表的测杆长度发生变化，即可测量并指示出S₄的数值；

根据图6中的几何三角函数关系有：

sinα=S₂/L₂             （1）

ctanθ=L₃/L₄=25/125=0.2

θ=11°

β=90°-θ-（90°-α）=α-11°      （2）

$\sin \mathrm{\β}=\frac{S_4-L_3}{\sqrt{L_3^2+L_4^2}}---\left(3\right)$

综合方程（1）、（2）、（3）求得S2与S4的关系为：

$S_4=(0.98S_2-0.19\sqrt{L_2^2-S_2^2})\frac{\sqrt{L_3^2+L_4^2}}{L_2}+L_3$

由以上可知，砝码的力放大4倍后加载于待测件，而百分表的水平位移则约等于1.5倍的待测件受拉形变位移。

在百分表的指示盘上读取相应的应力应变数值并记录在表格内，以此类推，依次增加砝码，将每次加载的砝码质量和百分表的读取数值均一一记录在表格中，并以上述方程式计算得出待测件的应力应变数值，由此，可绘出待测件所受拉力与形变之间的应力应变曲线。

本实施例2的其它部分均与实施例1的相应部分类同，本文不再赘述。

在本发明的描述中，技术术语“中点”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“内”、“外”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明的技术方案，以上说明并非对本发明作了限制，本发明也不仅限于上述说明的举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、增添或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种密封条及弹簧应力应变测试仪，用于汽车密封条或弹簧等待测件（1）的应力应变性能的测试，其特征在于：所述测试仪包括机座（2），用于固置待测件及测量机构，包括底板（21）和垂直于底板

表面的立柱（22），待测件的底部与所述底板活动连接；

测量机构，用于待测件的应力应变测量，包括与立柱顶端连接并以立柱顶端为支点且平置的杠杆（3）和固设于杠杆上的长度量具（4），待测件的顶端与杠杆活动连接，砝码（5）可设置在杠杆上。

2.根据权利要求1所述的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，其特征在于：所述杠杆（3）的中点活动连接于立柱（22）顶端，杠杆的两侧悬空端分别悬挂有支架（31），所述砝码（5）可放置于支架上，砝码用于对待测件（1）施加压力或拉力，待测件垂直放置于所述底板（21）上，待测件的底部与底板铰接，待测件的顶部与杠杆内侧铰接。

3.根据权利要求2所述的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，其特征在于：所述杠杆（3）的支点与支架连接点之间距离L1和支点与待测件的铰接点之间距离L2的比值为4∶1。

4.根据权利要求1所述的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，其特征在于：所述杠杆（3）上设有垂直于杠杆且与杠杆连接的固定杆（32），所述固定杆与所述待测件（3）分置于所述支点的两侧，固定杆的上端与杠杆固接，所述长度量具（4）固设于固定杆的下端，长度量具呈水平放置，在立柱上对应长度量具测杆（41）顶端的位置设有水平的圆孔（23），所述圆孔与测杆直径相吻合，长度量具的测杆顶端可插入圆孔并抵住圆孔底面。

5.根据权利要求4所述的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，其特征在于：所述杠杆支点与固定杆连接点之间距离L₃和固定杆长度L₄的比值为1∶5。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种密封条及弹簧应力应变测试仪，其特征在于：所述长度量具（4）为百分表。

7.一种基于权利要求1的密封条及弹簧应力应变测试方法，其步骤如下：

A将测试仪放置并固定于工作台上，将待测件安装在相应位置上并与机座和杠杆连接；

B将长度量具与固定杆连接，长度量具的测杆插入立柱上的圆孔，调节固定杆与长度量具的连接点位置，使长度量具的测杆顶端抵住圆孔底面且长度量具读数指示为零；

C将所需砝码放置于相应支架上，如测量待测件的受压应力应变，则将砝码放置于与待测件同侧的支架内，如测量待测件的受拉应力应变，则将砝码放置于与待测件不同侧的支架内；

D放置不同质量的砝码，在长度量具上读取相应的应力应变数值；

E制作表格，将每次加载的砝码质量和长度量具读取的应力应变数值记录至表格中，以备待测件应力应变的静态性能计算和分析。

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