CN106001895A - 一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置 - Google Patents

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田煜
尹维
刘哲瑜
郑叶龙
孟永钢
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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Abstract

一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，属于木材加工及测试技术领域。该装置包括传动机构、旋转焊接机构和定位机构；旋转焊接机构包括电机II、扭矩传感器和木榫夹套；扭矩传感器和电机II通过座板安装在传动机构上；定位机构包括纵向运动机构、横向运动机构和木块夹具。该装置能够通过压力传感器和扭矩传感器实时采集摩擦焊接过程中的动态扭矩和正压力信号，实现木榫不同旋转速度和压入速度条件下测量木榫的正压力和界面摩擦力，同时木榫夹套采用内锥形套和外锥形套锥形结构，可增强对木榫的夹紧力，降低木榫的表面损伤和挠度变形，进而提高了对旋转式摩擦焊接关键参数的测试精度。

Description

一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置
技术领域
本发明涉及一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，属于木材加工及测试技术领域。
背景技术
木材摩擦焊接是木材在一定的外力作用下，木质素、纤维素和半纤维素等聚合物发生熔融、变形和打结后形成稳定的粘结缠绕网络，冷却后实现木材焊接的一项技术。1996年，德国专利(专利号：DE 19620273C2)首次公开了一种木材摩擦焊接技术。之后，出现了木材线性振动摩擦焊接、木榫旋转摩擦焊接和超声波焊接等摩擦焊接方法。关于木材线性振动摩擦焊接的研究，主要集中在焊接频率、压力、振幅、焊接时间、温度以及焊后压力、保压时间等参数对焊接界面组织、化学成分、力学性能和水分敏感性等的影响规律。关于木榫旋转摩擦焊接的研究，主要集中在木榫的旋转速率、压入速度和时间等参数对焊接结果的影响。
目前，摩擦试验台一般针对金属之间的摩擦磨损，中国专利文献(CN 102426152B)公开了一种金属木材摩擦试验台，针对木材自身的结构特点，测量不同横截面的摩擦系数。对木材摩擦焊接过程中界面的摩擦学特征研究还较少，尤其是对木榫的旋转摩擦应力测试设备；现有设备主要是在相对稳定的压力下、且施加压力方向上除磨损产生的位移外，没有其它位移产生的条件下测试摩擦力，另外，还未有木榫和木块的专用夹持设计。在木榫旋转压入到木材内部时，由于摩擦热的作用使摩擦界面发生炭化，木榫直径、化学成分等发生变化；现有设备未能实现木榫不同旋转速度和压入速度条件下，测试木榫的压入压力和摩擦界面的摩擦力。因此，随着木材摩擦焊接技术的快速发展，急需一种结构简单、通用性强、同时实现木榫不同旋转速度和压入速度条件下，压入压力和界面摩擦力的测量装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，以克服现有技术的缺陷，使其能够在木材摩擦焊接中实现木榫不同旋转速度和压入速度条件下，测量木榫的压入压力和界面摩擦力。
本发明的技术方案如下：
一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，其特征在于：该装置包括机架、旋转焊接机构、传动机构和定位机构；
所述的旋转焊接机构从上至下依次包括电机II、扭矩传感器和木榫夹套，扭矩传感器安装在电机II的输出轴上；扭矩传感器和电机II通过座板安装在传动机构上；
所述定位机构包括纵向运动机构、横向运动机构和木块夹具；纵向运动机构包括纵向滑台和纵向滑轨；横向运动机构包括横向滑台和横向滑轨；纵向滑轨安装在连接板上，连接板的下方安装有压力传感器，压力传感器固定在横向滑台上；横向滑台上安装至少两根导向螺杆，连接板安装在导向螺杆上，使纵向运动机构和连接板沿着导向螺杆上下移动；木块夹具固定在纵向滑台上。
上述技术方案中，所述的传动机构包括电机I、联轴器、滑杆和丝杠；电机I的输出轴通过联轴器与丝杠连接；扭矩传感器和电机II通过座板安装在滑杆和丝杠上。
其特征在于：所述的木榫夹套包括内锥形套和外锥形套，内锥形套通过轴套与电机II连接，内锥形套的外部与外锥形套内部通过螺纹连接；内锥形套的材料采用塑料。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①该装置能够通过压力传感器和扭矩传感器实时采集摩擦焊接过程中的动态扭矩和正压力信号，实现木榫不同旋转速度和压入速度条件下测量木榫的正压力和界面摩擦力。②内锥形套和外锥形套通过锥形结构增强对木榫的夹紧力，可增强对木榫的夹紧力，降低木榫的表面损伤和挠度变形，进而提高了对旋转式摩擦焊接关键参数的测试精度。③定位机构中的横向滑台和纵向滑台可实现对带孔木块在平面内的准确定位。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的传动机构的正视图。
图3是本发明的木榫夹套局部放大剖视图。
图4是本发明的定位机构的结构示意图。
其中：1-机架；2-电机I；3-联轴器；4-传动机构；5-座板；6-电机II；7-旋转焊接机构；8-扭矩传感器；9-木榫夹套；10-夹具；11-纵向滑台；12-纵向滑轨；13-连接板；14-压力传感器；15-导向螺杆；16-横向滑台；17-定位机构；18-滑杆；19-丝杠；20-轴套；21-内锥形套；22-短螺栓；23-外锥形套；24-横向滑轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，其包括该装置包括机架1、旋转焊接机构7、传动机构4和定位机构17；所述的旋转焊接机构从上至下依次包括电机II、扭矩传感器8和木榫夹套9，扭矩传感器8安装在电机II6的输出轴上；扭矩传感器8和电机II6通过座板5安装在传动机构4上；该传动机构包括电机I、联轴器3、滑杆18和丝杠19；电机I的输出轴通过联轴器3与丝杠19连接(如图2所示)；扭矩传感器8和电机II通过座板5安装在滑杆18和丝杠19上。
图3是本发明的木榫夹套局部放大剖视图，所述的木榫夹套9包括内锥形套21和外锥形套23，内锥形套21通过轴套20与电机II6连接，内锥形套21的外部与外锥形套23内部通过螺纹连接；内锥形套21的材料采用塑料；该木榫夹套可增强对木榫的夹紧力，降低木榫的表面损伤和挠度变形。
图4是本发明的定位机构的结构示意图。定位机构17包括纵向运动机构、横向运动机构和木块夹具10；纵向运动机构包括纵向滑台11和纵向滑轨12；横向运动机构包括横向滑台16和横向滑轨24；纵向滑轨12安装在连接板13上，连接板的下方安装有压力传感器14，压力传感器14固定在横向滑台16上；横向滑台16上安装至少两根导向螺杆15，连接板13安装在导向螺杆15上，使纵向运动机构和连接板13沿着导向螺杆15上下移动；木块夹具10固定在纵向滑台11上。
本发明的工作原理如下：
摩擦焊接开始之前，首先进行定位工序，将带孔木块放置在夹具10中，通过纵向滑台11调节带孔木块的纵向位置，通过横向滑台16调节带孔木块的横向位置，使带孔木块与木榫中心对齐；启动电机I2，带动丝杠19转动，实现旋转焊接机构的垂直方向的高度变化，通过调节电机I 2的旋转速度，调节木榫的压入速度和压力；启动电机II6，带动木榫转动，通过调整电机II 6的旋转速度调节木榫的旋转速度；此时，木榫同时具备高度方向的进给和平面内的自转，当其与带孔木块接触时，能够直接对木榫进行旋转摩擦焊接。随着焊接过程的进行，在木榫压力的作用下，纵向滑台11、纵向滑轨12和连接板13沿着导向螺杆15上下移动，使压力传感器14采集垂直方向上的正压力信号。同时，扭矩传感器8采集木榫的旋转扭矩。通过调节电机I 2和电机II 6的转速，调节向下焊入速度和焊接过程中木榫的旋转速度。

Claims (3)

1.一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，其特征在于：该装置包括机架(1)、旋转焊接机构(7)、传动机构(4)和定位机构(17)；
所述的旋转焊接机构(7)从上至下依次包括电机II(6)、扭矩传感器(8)和木榫夹套(9)，扭矩传感器(8)安装在电机II(6)的输出轴上；扭矩传感器(8)和电机II(6)通过座板(5)安装在传动机构(4)上；
定位机构(17)包括纵向运动机构、横向运动机构和木块夹具(10)；纵向运动机构包括纵向滑台(11)和纵向滑轨(12)；横向运动机构包括横向滑台(16)和横向滑轨(24)；纵向滑轨(12)安装在连接板(13)上，连接板(13)的下方安装有压力传感器(14)，压力传感器(14)固定在横向滑台(16)上；横向滑台(16)上安装导向螺杆(15)，连接板(13)安装在导向螺杆(15)上，使纵向运动机构和连接板(13)沿着导向螺杆(15)上下移动；木块夹具(10)固定在纵向滑台(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，其特征在于：所述的传动机构(4)包括电机I(2)、联轴器(3)、滑杆(18)和丝杠(19)；电机I(2)的输出轴通过联轴器(3)与丝杠(19)连接；扭矩传感器(8)和电机II(6)通过座板(5)安装在滑杆(18)和丝杠(19)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转式木材摩擦焊接及应力测试装置，其特征在于：所述的木榫夹套(9)包括内锥形套(21)和外锥形套(23)，内锥形套(21)通过轴套(20)与电机II(6)连接，内锥形套(21)的外部与外锥形套(23)内部通过螺纹连接；内锥形套(21)的材料采用塑料。
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