CN103913386A

CN103913386A - 便携式拉、扭复合材料力学性能试验机

Info

Publication number: CN103913386A
Application number: CN201410140465.7A
Authority: CN
Inventors: 赵宏伟; 郭悦; 李洁莉; 苏志强; 麻冬; 孔德龙
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明涉及一种便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，拉力座组上固定有拉力传感器与夹头，该拉力座组固定在导轨滑块上，与对侧的夹头组配合工作，通过齿轮、蜗轮蜗杆、丝杠螺母等传力机构与电动机的结合使用分别实现单向拉伸和单向扭转功能。采用两个电动机分别控制两种运动，并使用拉力传感器、扭矩传感器与电子尺采集相关数据，所有运动的控制、数据分析以及曲线绘制均由计算机程序控制。可放置于教师投影仪上进行更加清晰的观察，且同时适用于多种工科类课程理论课堂的教学实物演示活动。其整体尺寸小，外形精巧，实用性强。

Description

便携式拉、扭复合材料力学性能试验机

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及一种便携式拉、扭复合材料力学性能试验机。主要应用于《材料力学》、《机械原理》、《工程材料》等工科类课程理论课堂辅助教学。

背景技术

目前，多数工科类院校对于《材料力学》、《机械原理》等课程的教学采取理论课程和实验课程分开授课的方式，因此部分学生对于材料力学课程中相关实验的实验过程、现象等方面的知识衔接存在问题，同时，《机械原理》理论课堂中典型传动机构传动方式的具体化、形象化的想象对于部分学生来说较为抽象、困难，因而将会影响教师授课效率和学生对于基础知识的掌握程度。但是，实验课堂中的绝大部分大型实验设备无法转移至理论课堂，容易造成学生理论知识与具体实践观察不易结合的缺陷，一定程度上影响相关知识的吸收效率和掌握程度。现存相当大部分小型装置只能达到“一物一用”，仅有少部分可达到“一物多用”，并且，现存小型装置普遍无法满足大教室教学的清晰化、直观化要求。亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，解决了现有技术存在的上述问题。不仅可以模拟《材料力学》的拉伸或扭转实验，同时，驱动机构的蜗轮蜗杆、丝杠螺母、齿轮等机构的变速、传力过程可用于《机械原理》理论课堂的实物演示与观察。上述材料力学实验中试件破坏前、后的金相组织结构可供学生于《工程材料》、《金属成型及热处理》理论课堂于显微镜下进行观察，本发明还可与电脑、投影仪、显微镜等教具相结合，方便地实现清晰、直观的动、静态观察，达到一物多用、便携的目的。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，包括拉伸单元及扭转单元，所述拉伸单元及扭转单元分别固定在底座30上；所述拉抻单元是：电动机座a2上固定电动机a1，电动机座a2与底板30固定连接；为输出并达到传递、换向拉力的作用，电动机a1与蜗轮蜗杆a、b3、4、丝杠螺母5以及拉力座组依序相连；其中，蜗轮蜗杆a、b3、4均由蜗轮蜗杆座组31固定，丝杠螺母5通过轴承及丝杠螺母座6固定，蜗轮蜗杆座组31与丝杠螺母座6均固定在底板30上。

所述的扭转单元是：拉力座组的对侧为夹头组22，夹头组22通过轴承座11及轴承定位，夹头组22后部与扭矩传感器12通过螺钉连接，扭矩传感器12通过联轴器a13与轴a14相连；轴a14、轴b17、轴c19均与肋板28通过轴承相连，轴a14、轴b17、轴c19分别与齿轮a15、齿轮b16、齿轮c18通过键连接；轴c19、联轴器b20、电动机座b29和电动机b21依序相连；轴承座11、肋板28、电动机座b29均通过螺钉固定在底板30上，扭矩传感器通过拉簧与底板30固定。

所述的拉力座组由依序相连的拉力座a8、拉力传感器25、拉力座b24、及固定在拉力座b24上的夹头23、轨道组b9、滑块组b27构成，其中，拉力传感器25通过螺钉与拉力座a8相连，并通过自身带有的螺纹头与拉力座b24相连；为保证拉力传感器25受力的精确性，拉力座b24与滑块组b27、轨道组b9通过螺钉固定，固定有滑块组b27的轨道组b9与拉力座a8通过螺钉固定；整个拉力座组与滑块组a26、导轨组a7通过螺钉固定，导轨组a7与底板30固定；同时，为测量位移数据，电子尺10前端的可伸缩头与拉力座a8连接，电子尺10整体通过螺钉与底座30固定。

所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机整体尺寸为440×190×80mm。

所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机机身材质采用45号钢。

本发明的有益效果在于：整体尺寸小，外形精巧，在节能减排的同时也解决了大型试验设备无法转移到理论课堂的问题，将实现《材料力学》中拉伸、扭转两个独立实验的功能集与一体。试验机在模拟《材料力学》实验的同时还将适用于多种机械工程类基础课程群的理论与实践教学。与此同时，试验机与投影仪，显微镜的结合也将分别实现动、静态观察，在最大限度上实现“一物多用”的设计目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的整体轴测图；

图2是本发明的整体俯视图；

图3是本发明的整体后视图；

图4是本发明的第一个实施例第一部分的轴测图；

图5是本发明的第一个实施例第二部分的轴测图；

图6是本发明的第二个实施例中拉力座a的轴测图；

图7是本发明的第二个实施例中拉力传感器的轴测图；

图8是本发明的第二个实施例中拉力座b的轴测图；

图9是本发明的第二个实施例中夹头的轴测图。

图中1.电动机a，2.电动机座a，3.蜗轮蜗杆a，4.蜗轮蜗杆b，5.丝杠螺母，6.丝杠螺母座，7.轨道组a，8.拉力座a，9.轨道组b，10.电子尺，11.轴承座，12.扭矩传感器，13.联轴器a，14.轴a,15.齿轮a,16.齿轮b,17.轴b,18.齿轮c,19.轴c,20.联轴器b,21.电动机b,22.夹头组，23.夹头，24.拉力座b,25.拉力传感器，26.滑块组a， 27.滑块组b，28.肋板，29.电动机座b， 30.底座， 31.蜗轮蜗杆座组。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图3所示，本发明的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，包括拉伸单元及扭转单元，所述拉伸单元及扭转单元分别固定在底座30上；所述拉抻单元是：电动机座a2上固定电动机a1，电动机座a2与底板30固定连接；为输出并达到传递、换向拉力的作用，电动机a1与蜗轮蜗杆a、b3、4、丝杠螺母5以及拉力座组依序相连；其中，蜗轮蜗杆a、b3、4均由蜗轮蜗杆座组31固定，丝杠螺母5通过轴承及丝杠螺母座6固定，蜗轮蜗杆座组31与丝杠螺母座6均固定在底板30上。

参见图1至图9所示，所述的扭转单元是：拉力座组的对侧为夹头组22，夹头组22通过轴承座11及轴承定位，夹头组22后部与扭矩传感器12通过螺钉连接，扭矩传感器12通过联轴器a13与轴a14相连；轴a14、轴b17、轴c19均与肋板28通过轴承相连，轴a14、轴b17、轴c19分别与齿轮a15、齿轮b16、齿轮c18通过键连接；轴c19、联轴器b20、电动机座b29和电动机b21依序相连；轴承座11、肋板28、电动机座b29均通过螺钉固定在底板30上，扭矩传感器通过拉簧与底板30固定。

所述的拉力座组由依序相连的拉力座a8、拉力传感器25、拉力座b24、及固定在拉力座b24上的夹头23、轨道组b9、滑块组b27构成，其中，拉力传感器25通过螺钉与拉力座a8相连，并通过自身带有的螺纹头与拉力座b24相连；为保证拉力传感器25受力的精确性，拉力座b24与滑块组b27、轨道组b9通过螺钉固定，固定有滑块组b27的轨道组b9与拉力座a8通过螺钉固定；整个拉力座组与滑块组a26、轨道组a7通过螺钉固定，轨道组a7与底板30固定；同时，为测量位移数据，电子尺10前端的可伸缩头与拉力座a8连接，电子尺10整体通过螺钉与底座30固定。

为了能够将本试验机置于投影仪下，实现便携的特点，将试验机的整体尺寸设计为440×190×80mm，机身材质采用45号钢。为能够实现拉伸与扭转两个相互独立的实验，采用两个电动机分别控制，所有运动的控制、数据分析以及曲线绘制均由计算机程序控制。

拉伸运动的实现是采用计算机启动电动机a1，通过蜗轮蜗杆传动带动滚珠丝杠转动，进而带动丝杠螺母5沿试件轴线向外方向运动，给试件以沿轴线向外的拉力直至试件被拉断，计算机控制电动机停止转动，运动停止。过程中，分别固定在该运动的拉力座组中间、侧面的拉力传感器25和电子尺10将采集相关数据传入计算机进行分析、绘制图像。

扭转运动的实现是采用计算机启动电动机b21，通过蜗轮蜗杆传动与齿轮传动相结合带动夹头组22转动，对侧拉力座组（夹头23与拉力座组中的拉力座b24用螺钉固定后为一体）静止不动，使试件一端收到扭矩直至试件被扭断，计算机控制电动机停止转动，运动停止。过程中，与夹头组22相连的扭矩传感器12将采集相关数据传入计算机进行分析。同时，与控制扭转运动的伺服电动机相配的编码器将测得电动机转数，经过运算将得到试件转数与转过的角度。

在图4所示第一个实施例中，由于试件尺寸较小，为确保试件在实验过程中部松动，故采用两枚螺钉将两零件相连并压紧V型槽中所要固定的试件。装配完成后便构成夹头组22，在整体结构中，夹头组22后侧与扭矩传感器12相连，使得扭矩传感器12所测得的数据更加精确。本实施例是为了简化大型复杂试验机中的卡盘结构，在符合原理的前提条件下对结构进行简化、优化，达到卡紧试件的目的的同时，实现试验机整体的小型化、便携化等特征。

在图3、图5所示第二个实施例中，由于需要满足运动、装夹、拉力传感器装配等要求，采用将拉力座a8固定在与底座30相固定的滑块组a26上方，其上的拉力座b24则由拉力传感器25和滑块组b27与之相连，以满足拉力传感器25感受拉力的装配和使用要求。为使机构简化、受力明确，在拉力座b24上开V型槽，槽的轴线与对侧的夹头组22中的V型槽相平齐，然后采用与夹头组22一样的设计原理，装配完成固定有夹头组的拉力座组。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，其特征在于：包括拉伸单元及扭转单元，所述拉伸单元及扭转单元分别固定在底座（30）上；所述拉抻单元是：电动机座a（2）上固定电动机a（1），电动机座a(2)与底板（30）固定连接；电动机a（1）与蜗轮蜗杆a、b（3、4）、丝杠螺母（5）以及拉力座组依序相连；其中，蜗轮蜗杆a、b（3、4）均由蜗轮蜗杆座组（31）固定，丝杠螺母（5）通过轴承及丝杠螺母座（6）固定，蜗轮蜗杆座组（31）与丝杠螺母座（6）均固定在底板（30）上。

2.根据权利要求1所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，其特征在于：所述的扭转单元是：拉力座组的对侧为夹头组（22），夹头组（22）通过轴承座（11）及轴承定位，夹头组（22）后部与扭矩传感器（12）通过螺钉连接，扭矩传感器（12）通过联轴器a（13）与轴a（14）相连；轴a（14）、轴b（17）、轴c（19）均与肋板（28）通过轴承相连，轴a（14）、轴b（17）、轴c（19）分别与齿轮a（15）、齿轮b（16）、齿轮c（18）通过键连接；轴c（19）、联轴器b（20）、电动机座b（29）和电动机b（21）依序相连；轴承座（11）、肋板（28）、电动机座b（29）均通过螺钉固定在底板（30）上，扭矩传感器通过拉簧与底板（30）固定。

3.根据权利要求1所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，其特征在于：所述的拉力座组由依序相连的拉力座a（8）、拉力传感器（25）、拉力座b（24）、及固定在拉力座b（24）上的夹头（23）、轨道组b（9）、滑块组b（27）构成，其中，拉力传感器（25）通过螺钉与拉力座a（8）相连，并通过自身带有的螺纹头与拉力座b（24）相连；拉力座b（24）与滑块组b（27）、导轨组2（9）通过螺钉固定，固定有滑块组b（27）的轨道组b（9）与拉力座a（8）通过螺钉固定；整个拉力座组与滑块组a（26）、轨道组a（7）通过螺钉固定，轨道组a（7）与底板（30）固定；电子尺（10）前端的可伸缩头与拉力座a（8）连接，电子尺（10）整体通过螺钉与底座（30）固定。

4.根据权利要求1所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，其特征在于：所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机整体尺寸为440×190×80mm。

5.根据权利要求1所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机，其特征在于：所述的便携式拉、扭复合材料力学性能试验机机身材质采用45号钢。