CN107076654A - 可调偏心凸轮流变仪系统 - Google Patents

Abstract

本申请总体上涉及动模流变仪，并且更具体地涉及采用可调偏心凸轮的动模流变仪。在一个方面中，由凸轮产生的偏心率可以通过使用不同厚度的垫片改变柱在凸轮上的位置来进行调节。

Description

可调偏心凸轮流变仪系统

技术领域

本文中的各个方面总体上涉及用于测试聚合物的流变仪系统，并且更具体地涉及可调偏心凸轮流变仪系统。

背景技术

聚合物通常按照几种ASTM方法——即，ASTM D1646、D2084、D5289和D6204——中的一种方法来测试。按照ASTM D2084和D5289操作的仪器是已知的。例如，美国专利No.3,681,980示出了使用固定偏心凸轮来促进转子的摆动。这种摆幅由偏心轮上销的位置来确定。美国专利No.4,794,788还示出了使用偏心件来促进摆动运动。摆幅可以通过改变偏心件上销的位置或通过将偏心件改变成具有不同偏移量的偏心件而在各测试之间被改变。

ASTM D6204描述了变频测试的使用，并且还公开了执行变温测试的能力。ASTMD6601描述了在单个测试期间以多于一个应变幅度评估样品的情况。该测试可以与美国专利No.4,794,788、美国专利No.5,079,956或美国专利No.6,681,617中描述的设备一起使用。

在这些专利中描述的以及在上述ASTM测试方法中使用的设备中的许多设备被称为动模流变仪。在典型的动模流变仪中，两个相对的同轴模具压缩位于它们之间的测试样品。一个模具被以摆动的方式驱动，而相对的模具独立于第一模具自由旋转。挠性臂连接至该一个模具，并且该挠性臂被来回驱动以产生该一个模具的摆动运动。在这些现有的系统中，驱动系统可以包括附接至马达的输出端的偏心件。偏心件连接至连杆臂，该连杆臂又连接至挠性臂。该一个模具的运动幅度由偏心件的旋转轴线与偏心件的柱之间的距离来确定。当一个偏心件被移除而另一个偏心件被安装时，或者当柱的位置改变时，由于难以使相位保持不变，因此相位可能在马达输出端与该一个模具之间变化。该过程需要在每次需要不同幅度时重新校准流变仪。这种重新校准是耗时的，并且增加了流变仪的停机时间。

发明内容

在本发明的一个方面中，公开了一种在摆动流变仪系统中使用的偏心凸轮。该偏心凸轮将旋转运动转换成流变仪系统的模具的摆动运动。该偏心凸轮包括壳体和柱，该壳体操作性地连接至旋转驱动轴，该旋转驱动轴构造成使壳体绕旋转中心轴线旋转，柱以可滑动的方式设置在壳体中的通道中，柱通过臂连接至流变仪系统的模具，柱在与旋转轴线间隔开第一期望距离的位置处以与旋转轴线大致平行的方式延伸。该偏心凸轮还包括第一垫片和至少一个第二垫片，该第一垫片具有固定尺寸并且该第一垫片设置在凸轮壳体中使得以第一期望距离将柱与旋转中心轴线间隔开，第二垫片具有与第一垫片的固定尺寸不同的固定尺寸，第一垫片能够从所述壳体移除以替换为第二垫片，以将柱的位置改变成距旋转轴线第二期望距离，从而改变模具的摆幅。在该方面的一个实施方式中，偏心凸轮还包括位于壳体中的长形通道并且包括锁定件，该长形通道沿与旋转轴线大致垂直的方向经过旋转中心轴线，锁定件以可滑动的方式设置在通道中，其中，柱从锁定件延伸。在该方面的另一个实施方式中，第一垫片和第二垫片沿与通道的延伸方向大致垂直且与旋转轴线大致垂直的方向穿过壳体中的开口插入通道以及从通道移除。在另一个实施方式中，偏心凸轮还包括沿着通道延伸并穿过锁定件的轴，其中，轴以可螺纹连接的方式联接至壳体的面。在该方面的另一个实施方式中，第一垫片或第二垫片设置在锁定件与壳体的面之间，可以向轴施加扭矩以将轴螺纹连接到该面中，从而使锁定件靠住第一垫片或第二垫片并使第一垫片或第二垫片靠住该面。在该方面的另一个实施方式中，锁定件包括两个块状件：附接有柱的第一块状件、以及第二块状件，并且其中，轴的头部靠在第二块状件上，并且第二块状件靠在第一块状件上，以使第一块状件靠住垫片。在该方面的另一个实施方式中，壳体的该面设置在旋转轴线的与柱侧相反的一侧上的与旋转轴线间隔开的位置处。在该方面的又一实施方式中，第一块状件和第二块状件沿着大致平行的表面靠在彼此上，并且其中，所述大致平行的表面相对于轴成锐角。

本发明的另一方面包括一种用于改变动模流变仪的摆幅的方法，其中，流变仪包括壳体和柱，壳体操作性地连接至旋转驱动轴以与旋转驱动轴一起绕旋转中心轴线旋转，柱以可滑动的方式设置在壳体上，柱连接至臂的一个端部，臂的另一端部连接至流变仪中的动模具，以给予动模具摆动运动，柱与中心轴线间隔开并且与中心轴线大致平行。该方面的方法包括选择具有第一已知尺寸的第一垫片，以使柱与旋转中心轴线间隔开第一距离，从而给予模具第一摆幅；以及通过移除第一垫片并将其替换为具有第二已知尺寸的第二垫片而将第一已知距离改变成距旋转中心轴线的第二已知距离，从而给予模具第二摆幅。

附图说明

附图并不意在按比例绘制。在附图中，各图中示出的每个相同或近似相同的部件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，不是每个部件都会标注在每个图中。现在将参照附图通过示例对本发明的各个实施方式进行描述，在附图中：

图1是根据本发明的一个方面的流变仪的示意性正视图；

图2是图1的流变仪的示意性局部正视图；

图3是图1的流变仪的示意性立体图；

图4是图1的流变仪的可调偏心机构的分解立体图；

图5是图4的机构的沿着图4的线5-5截取的截面平面图；

图6是图5的机构的分解立体图；以及

图7是示出了改变图5的机构中的垫片的过程的立体图。

具体实施方式

本发明涉及用于测试聚合物的改进的可调偏心轮流变仪系统。在一个方面中，提供了一种可调偏心轮，其允许在不需要进行重新校准的情况下改变模具的摆幅。在本发明的该方面中，可以将不同宽度的垫片插入到可调偏心轮中，以将柱定位在相对于可调偏心轮组件的旋转中心的预定位置处。垫片可以通过使用螺纹轴来插入及移除，该螺纹轴支承在将垫片保持就位的锁定件的带角度的块状件上。锁定件被精心校准，以确保柱的精确位置。

现在将参照附图，更具体地参照附图中的图1至图4，对动模流变仪(MDR)的一个实施方式进行描述。MDR 100通常包括主板102以及安装至主板102并从主板102向上延伸的柱104和106。交叉头部108在轴承110上沿着柱104和106向上及向下移动。气缸安装板112坐置在柱104和106的顶部上。安装在气缸安装板的顶部上的是空气缸或气缸114。代替空气缸，可以使用任何其它已知的驱动装置，例如电动马达或汽油马达，或者液压系统。气缸轴116从空气缸114向下延伸穿过气缸安装板112。气缸轴116通过联接系统150安装至交叉头部108，以允许空气缸114将交叉头部108沿着柱104和106向上及向下驱动。从交叉头部108悬置的是上壳体118，上壳体118包括扭矩传感器120。设置在上壳体118的下端部上的是上模具74。

安装到主板102上的是下壳体122，而设置在下壳体122的下方并且安装至主板102的是中央堆叠壳体70。设置在下壳体122的上端部的是下样品模具72。安装在主板102上并且设置成与中央堆叠壳体70相邻的是驱动马达12，驱动马达12联接至偏心凸轮20。驱动马达12使驱动轴14旋转。马达12附接至马达安装件13。驱动轴14刚性地附至偏心凸轮20，使得驱动轴14的旋转直接传递至偏心凸轮20。偏心凸轮20具有穿过其中心并且穿过驱动轴14的中心的旋转中心轴线17。模具轴76穿过中央堆叠壳体70的中心并且刚性地附至样品模具72。模具轴76还通过连杆组件80联接至偏心凸轮20，连杆组件80可以包括连杆臂84和挠性臂82。连杆臂84在一个端部83处联接至偏心凸轮20的柱40并在另一端部85处联接至挠性臂82的端部81。在一个实施方式中，端部83通过使用滚花螺母88联接至柱40，滚花螺母88拧到柱40上的螺纹部46上。挠性臂82又在相反的端部处联接至模具轴76。由马达12引起的驱动轴14的旋转致使偏心凸轮20旋转，使得连杆臂84的端部83绕偏心凸轮20的柱40的旋转中心轴线19旋转，从而使挠性臂82以摆动运动的方式移动，该运动随后由连杆组件80通过模具轴76传递至样品模具72。

在聚合物样品90的测试期间，样品90定位在下模具72上。当空气缸114启动时，气缸轴116使交叉头部108向下移动，以朝向下壳体122推动上壳体118。聚合物样品90随后被捕获在下模具72与上模具74之间。摆动运动在下样品模具72上产生。在测试期间，热可能会以常规方式施加至样品90。扭矩传感器120对聚合物样品90抵抗摆动运动而产生的反作用扭矩进行测量。可以与MDR100一起使用的测试方法包括ASTM D5289。当采用MDR 100时，首先可以以一个摆幅进行测量，并且在该摆幅发生变化之后，进行另一测量，如此等等。

在本发明的一个方面中，现在将参照图4至图7对偏心凸轮20的实施方式进行描述。偏心凸轮20可以包括盖24和基部22。在本发明的一个实施方式中，盖24被使用螺钉29附接至基部22。基部22可以呈筒形形状并且可以包括已知的特征件以允许基部22附接至驱动轴14。盖24可以包括标记，例如围绕盖24的周界的一圈孔25，这些标记由码盘式编码器26感测。盖24与码盘式编码器26的结合允许以本领域技术人员已知的方式测量偏心凸轮20的旋转速度和偏心凸轮20的位置。这一圈孔25可以包括32个等间距的孔。还可以设置与这圈孔25径向向内间隔的一个另外的零孔27。码盘式编码器26读取孔27以确定零应变角点。知道这些点允许确定在每个孔25处偏心凸轮20的位置。此外，这些读数允许控制器(未示出)在聚合物样品90的物理性质于测试期间发生变化时计算由扭矩传感器20产生的反作用扭矩。

设置在偏心凸轮20的基部22内的是通道28，通道28从与旋转轴线17紧相邻但从旋转轴线17偏移的位置径向向外延伸穿过旋转轴线17并延伸至基部22的相反的侧部。穿过通道28的是轴30，轴30包括位于一个端部上的螺钉螺纹部32、位于另一端部上的头部34以及位于螺钉螺纹部32与头部34之间的无螺纹部31。头部34构造成能够从凸轮20外进入通道28内。头部34通常构造成由例如螺丝刀、内六角扳手等的装置接合，以将轴30沿顺时针方向或逆时针方向旋转。螺纹部32构造成接合设置在基部22中的配对的、带螺纹的通道42，使得轴30可以通过向头部34施加旋转扭矩而被拧到通道42中以及拧离通道42。

设置在头部34与螺纹部32之间的是锁定件35，锁定件35可以包括两个块状件36和38。块状件36和38可以包括轴30的部31可穿过的相应的通道37和39。通常但不是必须的，在通道37和39中不设置螺纹。定位在块状件38上的是柱40，柱40向上延伸穿过盖24中的槽44。柱40又联接至连杆臂84的端部83，如上所述。在一个实施方式中，柱40可以通过螺钉螺纹部46和锁紧垫圈而联接至块状件38。块状件36和38两者都被允许沿着通道28在与轴30平行的方向上行进。在一个实施方式中，块状件36的表面47可以沿着平行表面48接合块状件38。平行表面47和48通常不垂直于轴30定向，而是相对于轴30成锐角。该角度可以是大约45°，然而也可以使用其它角度。块状件36和38优选地由当受到在轴30被紧紧地拧入就位的时候所施加的压力时不会发生任何显著变形的硬化材料形成。这种材料的一个示例是硬化钢。当包含有柱40的块状件38在通道28内的特定的、期望的位置中锁定就位时，这种构造允许柱40精确地布置在通道28内的距轴线17期望间距处。柱46的位置、轴线17与轴线19之间的距离、以及因此提供给组件80的偏心运动量被精心地控制。在一个实施方式中，距离X可以在图2中示出的大约X₁至图3中示出的大约X₂的范围内。距离X₁可以是大约0.6161mm(0.0243英寸)，距离X₂可以是大约22.0269mm(.8672英寸)。可以分别使用X₂和X₁的更大或更小的值。0.6161mm的X₁值对应于0.2度的应变角，而22.0268mm的X₂值对应于7.17度的应变角。应变角是下样品模具72摆动或来回移动通过的角度。在一个实施方式中，可以使用0.2度、0.5度、1.0度、3.0度和7.17度的应变角。

在一个方面中，块状件38的定位以及因此柱40的定位通过使用一个或更多个垫片50来实现。每个垫片50在前部面54与后部面56之间具有精确已知的厚度T(图6)，该厚度T确定了块状件38与表面52之间的距离。该距离确定了柱40在槽44中的位置以及轴线17与19之间的距离。每个垫片50均包括轴30可以穿过的槽58。每个垫片50沿与通道28大致垂直的方向穿过设置在盖24与基部22之间的开口60而插入及收回。每个垫片50均可以具有任何合适的形状，尽管在一个实施方式中，每个垫片50均呈具有正方形截面或矩形截面的矩形形状。垫片50由硬化材料例如硬化钢形成。垫片50可以通过下述方式来插入或移除：首先使轴30沿一个方向例如逆时针方向旋转，以使螺纹部32从带螺纹的通道42旋出足够的距离以允许移除一个垫片50并且插入不同厚度T的第二垫片50。一旦已经插入了垫片50，则沿相反方向例如顺时针方向的扭矩经由头部34被施加至轴30，以将螺纹部32拧入到通道42中，从而沿着相应的面47和48驱动块状件36靠住块状件38，直到块状件被紧密地驱动在一起并且直到垫片50被紧紧地捕获在块状件38与面52之间为止。成角度的表面47和48不仅迫使包含有柱40的块状件38靠住垫片50的面54，而且还在轴30拧入到通道42中时迫使块状件38轻轻地靠着通道28的面61。此时，柱40在槽44内具有精确已知的位置，并且轴线17与19之间的距离产生了期望的偏心运动。每个垫片50均可以在外部面62上具有标记63，以向用户提供示出该特定垫片的厚度T的标识。垫片50越厚，轴线17与19之间的距离越大，凸轮20所提供的偏心率越大，并且这样，样品模具72的摆幅越大。

现在对本申请的MDR100的操作进行描述。马达12的致动产生绕驱动轴14的旋转运动，驱动轴14又使凸轮20绕其轴线17旋转。编码器26测量凸轮20的旋转速度并向控制器(未示出)提供数据。在大多数操作中，柱40的轴线19与轴线17间隔开预定距离X。该距离由垫片50的厚度T确定并且通常对应于垫片50的厚度T。凸轮20在连杆臂84中产生摆动运动，连杆臂84将摆动运动传递至挠性臂82。该摆动运动随后被传递至模具轴76，模具轴76又将摆动运动传给样品模具72。

当期望改变摆幅时，对柱40相对于凸轮20的旋转轴线17的位置进行改变。在期望产生更大摆幅的情况下，柱40的轴线19移动至距凸轮20的旋转轴线17更远的距离处。在期望减小摆幅的情况下，柱40的轴线19移动至更靠近凸轮20的旋转轴线17的距离处。首先，轴30通过沿第一方向——通常为逆时针方向——向头部34施加旋转扭矩而部分地从带螺纹的通道42旋出。一旦轴30已经通过旋转而撤回规定的距离，则已经存在于凸轮20中的垫片50被释放并且可以在轴30穿过垫片50的槽58时通过使垫片50沿与轴30大体上垂直的方向穿过开口60滑出而移除。如图7中所示，可以基于面62上的标记63从各种厚度T的垫片50的现有集合中选择新的垫片50。可以选择图7中的左侧示出的最大垫片50或者选择小至图7中右侧示出的最小垫片50的任何垫片50。每个厚度T与特定的摆幅和特定的应变角相关联。所需垫片50穿过开口60滑入到凸轮20中，使得轴30穿过槽58。如果需要，也可以一前一后地使用两个或更多个垫片。一旦垫片50就允许的程度被穿过开口60推入到凸轮20中，则头部34沿相反方向——通常为顺时针方向——旋转，以将轴30拧入到带螺纹的通道42中。该旋转使块状件36沿着相应的表面47和48靠住块状件38，直到表面47和48彼此紧密地压靠，并且直到块状件38被紧紧地压靠住垫片50的面54以及面61为止。预定量的扭矩被施加直到垫片被紧紧地保持在块状件38与面52之间为止。此时，流变仪100可以被再次启动以产生期望的摆动运动。

将新垫片50插入到偏心凸轮20中可能导致马达输出端与下样品模具72之间的相位角的略微变化。相位角是机器误差的结果。孔27意在表示在其由编码器26读取时零应变的位置。然而，每个机器通常实际上在该点处不产生零应变。该误差称为相位角。每种尺寸的垫片通常与不同的相位角相关联。然而，由于每次使用特定垫片50时柱40处于完全相同的位置，因此每种尺寸的垫片所对应的相位角是已知的。每种尺寸的垫片50的校准保存在控制器软件中。因此，垫片50的每次变化所需的校准在软件中自动且即时地完成。因此，不存在重新校准所需的停机时间。

因此已经描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面，应当理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进意在成为本公开内容的一部分，并且意在落入本发明的精神和范围内。因此，以上描述和附图仅作为示例。

Claims (9)

1.一种在摆动流变仪系统中使用的偏心凸轮，其中，所述偏心凸轮将旋转运动转换成所述流变仪系统的模具的摆动运动，所述偏心凸轮包括：

壳体，所述壳体操作性地连接至旋转驱动轴，所述旋转驱动轴构造成使所述壳体绕旋转中心轴线旋转；

柱，所述柱以可滑动的方式设置在所述壳体中的通道中，所述柱通过臂连接至所述流变仪系统的所述模具，所述柱在与所述旋转轴线间隔开第一期望距离的位置处以与所述旋转轴线大致平行的方式延伸；

第一垫片，所述第一垫片具有固定尺寸，并且所述第一垫片设置在所述凸轮的所述壳体中使得以所述第一期望距离将所述柱与所述旋转中心轴线间隔开；以及

至少一个第二垫片，所述第二垫片具有与所述第一垫片的固定尺寸不同的固定尺寸，所述第一垫片能够从所述壳体移除以替换为所述第二垫片，以将所述柱的位置改变成距所述旋转轴线第二期望距离，从而改变所述模具的摆幅。

2.根据权利要求1所述的偏心凸轮，还包括：

位于所述壳体中的长形通道，所述长形通道沿与所述旋转轴线大致垂直的方向经过所述旋转中心轴线；以及

锁定件，所述锁定件以可滑动的方式设置在所述通道中，所述锁定件使所述柱从所述锁定件延伸。

3.根据权利要求2所述的偏心凸轮，其中，所述第一垫片和所述第二垫片沿与所述通道的延伸方向大致垂直且与所述旋转轴线大致垂直的方向穿过所述壳体中的开口插入所述通道以及从所述通道移除。

4.根据权利要求2所述的偏心凸轮，还包括沿着所述通道并穿过所述锁定件延伸的轴，所述轴以可螺纹连接的方式联接至所述壳体的面。

5.根据权利要求4所述的偏心凸轮，其中，所述第一垫片或所述第二垫片设置在所述锁定件与所述壳体的所述面之间，并且其中，向所述轴施加扭矩以将所述轴螺纹连接到所述面中，从而使所述锁定件靠住所述第一垫片或所述第二垫片并使所述第一垫片或所述第二垫片靠住所述面。

6.根据权利要求5所述的偏心凸轮，其中，所述锁定件包括两个块状件：附接有所述柱的第一块状件、以及第二块状件，并且其中，所述轴的头部靠在所述第二块状件上，并且所述第二块状件靠在所述第一块状件上，以使所述第一块状件靠住所述垫片。

7.根据权利要求5所述的偏心凸轮，其中，所述壳体的所述面设置在所述旋转轴线的与所述柱侧相反的一侧上的与所述旋转轴线间隔开的位置处。

8.根据权利要求6所述的偏心凸轮，其中，所述第一块状件和所述第二块状件沿着大致平行的表面靠在彼此上，并且其中，所述大致平行的表面相对于所述轴成锐角。

9.一种用于改变动模流变仪的摆幅的方法，其中，所述流变仪包括：

壳体，所述壳体操作性地连接至旋转驱动轴以与所述旋转驱动轴一起绕旋转中心轴线旋转；以及

柱，所述柱以可滑动的方式设置在所述壳体上，所述柱连接至臂的一个端部，所述臂的另一端部连接至所述流变仪中的动模具，所述柱与所述中心轴线间隔开并且与所述中心轴线大致平行；

所述方法包括：

选择具有第一已知尺寸的第一垫片，以使所述柱与所述旋转中心轴线间隔开第一已知距离，从而给予所述模具第一摆幅；以及

通过移除所述第一垫片并将所述第一垫片替换为具有第二已知尺寸的第二垫片而将所述第一已知距离改变成距所述旋转中心轴线的第二已知距离，从而给予所述模具第二摆幅。