CN104128872B - 一种复合材料磨样装置 - Google Patents

Abstract

一种复合材料磨样装置，包括第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆和第二支撑杆的顶端通过转动轴连接，转动轴上悬挂连接有磨料筒，磨料筒的上部开设有能够放入物料的窥视孔，下部两侧分别设置有第一撞杆和第二撞杆，第一撞杆和第二撞杆的下方分别设置有与撞杆相配合，用于带动磨料筒转动的第一拨动器和第二拨动器，第一拨动器和第二拨动器与单片机控制系统连接。本发明将若干个切制后的复合材料初样放置于磨料筒内，拨动器带动磨料筒做往复式间歇转动，使得装在磨料筒内的复合材料初样彼此摩擦，实现试样的磨制。本发明能够同时批量磨制多个初样，并且利用单片机控制系统能够对磨制过程进行自动控制，极大的方便了操作，减少了实验人员的工作量。

Description

一种复合材料磨样装置

技术领域

本发明涉及一种材料加工装置，具体涉及一种复合材料磨样装置。

背景技术

碳/碳复合材料也称为碳纤维增强碳复合材料，是由碳纤维(或石墨纤维)为增强体，以碳(或石墨)为基体的复合材料。碳/碳复合材料具有高强度和刚度、高比强度和比模量、耐高温、耐烧蚀、耐热冲击等优点。碳/碳复合材料在航空航天及军事领域、汽车工业、医疗卫生领域、电子工业及热结构材料领域等都有广泛的应用。尽管碳/碳复合材料的综合性能十分优异，但是在高温有氧环境下抗氧化性能却较差，碳/碳复合材料的抗氧化性能已成为该领域研究的热点问题之一。

在实验室为了研究碳/碳复合材料的抗氧化性，需要将碳/碳复合材料的成品，切制成边长大于一厘米的立方块，接着手持该立方块，在磨盘上，用细砂纸磨成边长为一厘米的类球形。磨制后的试样，要求尽量圆滑，没有棱角，以保证后续抗氧化实验的效果。在制样过程中，由于试样尺寸较小，且碳/碳复合材料本身具有耐磨性，所以实验人员在手持试样磨制的过程中费时费力。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种磨制效率高，操作方便，能够批量自动进行打磨的复合材料磨样装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆和第二支撑杆的顶端通过转动轴连接，转动轴上悬挂连接有磨料筒，磨料筒的上部开设有能够放入物料的窥视孔，磨料筒的下部两侧分别设置有第一撞杆和第二撞杆；所述的第一撞杆和第二撞杆的下方分别对应设置有与撞杆相配合，用于带动磨料筒转动的第一拨动器和第二拨动器；所述的第一拨动器和第二拨动器与单片机控制系统连接；通过窥视孔将若干个切制后的复合材料初样放置于磨料筒内，第一拨动器和第二拨动器在转动过程中，碰触磨料筒下方的第一撞杆和第二撞杆，进而带动磨料筒做往复式间歇转动，使得装在磨料筒内部的复合材料初样彼此摩擦，实现试样的磨制。

所述的第一支撑杆和第二支撑杆的顶端均设置有轴承座，轴承座的内部安装有用于支承转动轴两端的轴承。

所述的转动轴与磨料筒之间采用键联接。

所述的磨料筒为球型。

所述的第一拨动器和第二拨动器采用电磁拨动器；

所述的电磁拨动器包括通过导线连接直流电源，电子开关和电枢绕组形成的直流回路；电枢绕组置于成对的磁极之间，且电枢绕组的中心转轴位置通过绕组转动轴在电枢绕组外侧安装有能够跟随电枢绕组转动的拨动杆。

所述的直流回路上还连接有用于调节通过电枢绕组电流大小的可变电阻器。

与现有技术相比，本发明将若干个切制后的复合材料初样通过窥视孔放置于磨料筒内，拨动器在转动过程中，碰触磨料筒下方的撞杆，进而带动磨料筒做往复式间歇转动，使得装在磨料筒内部的复合材料初样彼此摩擦，实现试样的磨制。与传统采用手工磨制初样的方式相比，本发明能够同时批量磨制多个初样，并且拨动器与单片机控制系统相连，在试磨制的过程中确定两个拨动器的拨动间隔时间，利用单片机控制系统，能够对磨制过程进行自动控制，极大的简便了操作，减少了实验人员的工作量。

进一步的，本发明的拨动器采用电磁拨动器，结合电磁感应原理，直流电源提供的电能通过磁极之间的电枢绕组转化为机械能，电枢绕组在电磁力的作用下旋转时，通过绕组转动轴带动外部的拨动杆产生等角度的转动。由于直流电为单方向的恒流电，因此使得电枢绕组上流过的电流大小方向也保持恒定，故而电枢绕组所受的电磁力方向也保持恒定。当电枢绕组旋转至水平位置时，电磁力产生的力矩为零，但是由于惯性的作用，会使电枢绕组继续旋转一定角度，之后才开始向相反的方向转动，当电枢绕组回复至水平位置时，电磁力产生的力矩再次为零，由于惯性的作用继续旋转一定角度，之后又开始向相反的方向转动，如此循环，继而带动拨动杆产生小于180度的拨动。本发明的电磁拨动器通过将机电系统中的执行元件与传动机构进行集成，能够直接将电能转换为间歇式转动量，简化了装置整体的结构，提高了系统的可靠性。

进一步的，本发明电磁拨动器的直流回路上还连接有用于调节通过电枢绕组电流大小的可变电阻器，通过调节可变电阻器的阻值，即能够改变电磁力矩的大小，从而控制电枢绕组回转的角度。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图；

图2本发明电磁拨动器的结构示意图；

图3本发明电磁拨动器工作过程的电磁原理状态图；

图4本发明电磁拨动器电磁力矩的变化规律图；

附图中：1.第一拨动器；2.第一撞杆；3.第一支撑杆；4.轴承座；5.转动轴；6.第二支撑杆；7.窥视孔；8.磨料筒；9.第二撞杆；10.第二拨动器；11.直流电源；12.电子开关；13.电枢绕组；14.磁极；15.拨动杆；16.绕组转动轴；17.可变电阻器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明包括第一支撑杆3和第二支撑杆6，第一支撑杆3和第二支撑杆6的顶端均设置有轴承座4，轴承座4的内部安装有轴承，轴承用于支承连接第一支撑杆3和第二支撑杆6的转动轴5；转动轴5上采用键联接的方式悬挂连接有磨料筒8，磨料筒8的上部开设有能够放入物料的窥视孔7，磨料筒8的下部两侧分别设置有第一撞杆2和第二撞杆9，第一撞杆2和第二撞杆9的下方分别对应设置有与撞杆相配合，用于带动磨料筒8转动的第一拨动器1和第二拨动器10，第一拨动器1和第二拨动器10采用与单片机控制系统相连的电磁拨动器。

参见图2，电磁拨动器包括通过导线相连的直流电源11，电子开关12，可变电阻17和电枢绕组13；电枢绕组13置于成对的磁极14之间，且电枢绕组13的中心转轴位置通过绕组转动轴16在电枢绕组13外侧安装有能够跟随电枢绕组13转动的拨动杆15，拨动杆15采用强度较大的钢材制成。

参见图3，4，电磁拨动器的工作原理为：电流由直流电源11的正极出发，经可变电阻17到S极下的dc边，然后到N极下的ab边，经过电子开关12，再流回电源的负极。这样绕组abcd为载流导体，它在磁场中必然受到电磁力的作用，电磁力的方向用左手定则来判定，其中ab边受到的电磁力向右，而cd边受到的电磁力向左，于是绕组abcd受到一个电磁转矩的作用，使电枢沿顺时针方向旋转，如图3(a)所示。此时，ab边受到的电磁力F＝BIl；

其中：B为磁场的磁通密度(韦/米²)；

I为导线上的电流(安培)；

l为导线在磁场中的长度(米)；

F为导线上所受的电磁力(牛顿)。

同样，cd边受到大小相同，方向相反的另一个电磁力。在这两个电磁力的作用下，绕组abcd受到电磁力矩M的作用：

M＝F·l·sinα，

其中：F为导线所受的电磁力(牛顿)；

α为电磁力与转动轴平面之间的夹角(弧度)；

l为分力作用线到该轴垂直距离(米)。

则F·sinα为电磁力在垂直于该转动轴平面上的分力。因此，当绕组abcd处于垂直位置时，如图3(a)所示，电磁力矩M最大，如图4中a点所示；当绕组abcd转动到与水平位置夹角α时，如图3(b)所示，电磁力矩M会逐渐减小，如图4中a-b段所示；当绕组abcd转动到水平位置时，如图3(c)所示，电磁力矩M为零，如图4中b点所示。

当绕组abcd转动到水平位置时，尽管此时电磁力矩M为零，但是由于惯性作用，绕组abcd依然沿着顺时针方向旋转。当绕组abcd到达图3(d)位置时，由于绕组abcd中通电方向不变，通过左手定则判定，此时ab边受到的电磁力F向右，而cd边受到的电磁力F向左，于是产生逆时针方向的力矩M。当顺时针方向旋转的动能被抵消掉之后，绕组abcd将会在逆时针方向电磁力矩的作用下，开始回转，即逆时针转动。调节可变电阻器17的大小，改变电路中的电流强度，即可改变电磁力矩的大小，从而控制绕组abcd回转的角度。在电枢绕组13中心的转轴OO’上安装拨动杆15，当电枢绕组13在电磁力矩的作用下转动时，带动拨动杆15沿同样方向转动相同角度。

在可变电阻器17的作用下，可以调节拨动杆15的回位时间，使得其更好地满足不同场合的设计要求。如果需要产生反方向的拨动，只需要在安装时，改变直流电源11的正负极即可。如果需要改变拨动杆15的输出力矩，根据电磁感应原理，电磁力矩的大小也与磁极14产生的磁场强度有关，可以调节磁场强度的大小，由此改变电磁力矩的大小，从而改变拨动杆15输出力矩的大小。

本发明磨样装置的使用过程和工作过程如下：首先打开磨料筒8上方的窥视孔7，将若干个切制后的碳/碳复合材料初样放置于磨料筒8内部，给左侧第一电磁拨动器1通电，该电磁拨动器外部的拨动杆在电磁力矩的作用下，沿顺时针偏转一定的角度；在电磁拨动器上的拨动杆转动时，碰触磨料筒8左下方的第一撞杆2，带动磨料筒8绕转动轴5逆时针转动，在重力和摩擦阻力的作用下，磨料筒8的转动速度减慢，当磨料筒8运动一定角度后，启动右侧第二电磁拨动器10，使得其上的拨动杆沿逆时针方向转动，在拨动杆转动时，碰触磨料筒8右下方的第二撞杆9，带动磨料筒8顺时针方向转动，从而实现磨料筒8的间歇转动，即当左侧第一电磁拨动器1通电时，磨料筒8逆时针间歇转动，当右侧第二电磁拨动器10通电时，磨料筒8顺时针间歇转动。磨料筒8内部的初样，在磨料筒8的往复式间歇转动过程中，彼此摩擦，从而实现试样的磨制。

为实现电磁拨动器、磨料筒和撞杆的协调运动，通过实验试制的方法，分析确定左右侧电磁拨动器的通电时间及通电间隔，通过单片机控制系统，完成自动控制。

与传统采用手工磨制初样的方式相比，本发明能够同时批量磨制多个初样，并且利用单片机控制系统，能够对磨制过程进行自动控制，极大的简便了操作，减少了实验人员的工作量。

Claims (4)

1.一种复合材料磨样装置，其特征在于：包括第一支撑杆(3)和第二支撑杆(6)，第一支撑杆(3)和第二支撑杆(6)的顶端通过转动轴(5)连接，转动轴(5)上悬挂连接有磨料筒(8)，磨料筒(8)的上部开设有能够放入物料的窥视孔(7)，磨料筒(8)的下部两侧分别设置有第一撞杆(2)和第二撞杆(9)；所述的第一撞杆(2)和第二撞杆(9)的下方分别对应设置有与撞杆相配合，用于带动磨料筒(8)转动的第一拨动器(1)和第二拨动器(10)；所述的第一拨动器(1)和第二拨动器(10)与单片机控制系统连接；通过窥视孔(7)将若干个切制后的复合材料初样放置于磨料筒(8)内，第一拨动器(1)和第二拨动器(10)在转动过程中，碰触磨料筒(8)下方的第一撞杆(2)和第二撞杆(9)，进而带动磨料筒(8)做往复式间歇转动，使得装在磨料筒(8)内部的复合材料初样彼此摩擦，实现试样的磨制；所述的第一拨动器(1)和第二拨动器(10)采用电磁拨动器；所述的电磁拨动器包括通过导线连接直流电源(11)，电子开关(12)和电枢绕组(13)形成的直流回路；电枢绕组(13)置于成对的磁极(14)之间，且电枢绕组(13)的中心转轴位置通过绕组转动轴(16)在电枢绕组(13)外侧安装有能够跟随电枢绕组(13)转动的拨动杆(15)；所述的直流回路上还连接有用于调节通过电枢绕组(13)电流大小的可变电阻器(17)。

2.根据权利要求1所述的复合材料磨样装置，其特征在于：所述的第一支撑杆(3)和第二支撑杆(6)的顶端均设置有轴承座(4)，轴承座(4)的内部安装有用于支承转动轴(5)两端的轴承。

3.根据权利要求1所述的复合材料磨样装置，其特征在于：所述的转动轴(5)与磨料筒(8)之间采用键联接。

4.根据权利要求1所述的复合材料磨样装置，其特征在于：所述的磨料筒(8)为球型。