CN107664603A - 高弹性体材料等轴拉伸试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高弹性体材料等轴拉伸试验机，包括机架以及安装在机架上的拉伸机构；拉伸机构包括圆形平台、转盘、圆形夹具、拉绳和滑轮机构，圆形平台和转盘为同轴设置并依次安装在机架上，转盘由安装在机架内的驱动机构驱动，圆形夹具安装在圆形平台上，拉绳一端与圆形夹具连接，拉绳另一端通过滑轮机构与转盘连接。将圆形试样放置在圆形夹具上，圆形夹具夹住该圆形试样，驱动机构驱动转盘转动，转盘通过拉绳和滑轮机构拉动该圆形夹具，圆形夹具拉伸该圆形试样，使圆形试样均匀地扩张与收缩，实现等轴拉伸的效果。本申请使圆形试样的受力和变形更加均匀，更加适合进行高弹性体材料的应力‑应变关系测试，应变测量精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及拉伸试验设备技术领域，特别涉及一种高弹性体材料等轴拉伸试验机。
背景技术
测量材料在等双轴条件下的应力-应变曲线对于研究高弹性体的力学性能具有重要意义。
等双轴拉伸实验设备应具备两个轴的拉力相同，且能够准确测量材料应变等特点，现有的材料等双轴拉伸实验设备均采用“十字型”双轴拉伸方式，具体设备包括两种，一种是针对模量大(大于1GPa)、变形小的金属材料；另一种是针对模量很小(小于1MPa)的薄膜材料。
采用第一种设备如果进行高弹性体的等双轴拉伸测试存在如下几个缺点：
1.实验机载荷传感器精度不够，应力测量不准确。
2.对两个轴拉力的同步性和相等性要求很高，如果两个轴的拉伸力不同，则高弹性体材料被拉伸过程中的变形不均匀，不满足等双轴变形的条件，而许多实验设备的精度不能保证高弹性体在拉伸过程中变形均匀，或局部变形均匀区域面积很小，不利于测量材料的应变。
3.高弹性体材料拉伸变形量很大，不能采用测量小变形的方式(如采用贴应变片的方式等)来测量拉伸实验过程中的应变。
4.高弹性体材料具有特殊的物理性质，和金属材料不同，仅采用一次拉伸得到的应力-应变曲线不足以描述高弹性体完整的拉伸力学性能，目前的金属等双轴拉伸实验机没有针对高弹性体的有效实验方法和数据处理方法。
采用第二种实验设备进行高弹性体的等双轴拉伸测试存在如下几个缺点：
1.双轴十字形薄膜拉伸实验机允许的拉伸载荷较小，行程范围较小，不足以将高弹性体拉伸到较大的变形状态(一般要求拉伸应变大于50％)。
2.材料夹持困难，拉伸过程中材料容易脱夹或者夹断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高弹性体材料等轴拉伸试验机，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
本发明提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，包括机架以及安装在所述机架上的拉伸机构；
所述拉伸机构包括圆形平台、转盘、圆形夹具、拉绳和滑轮机构，所述圆形平台和所述转盘为同轴设置并依次安装在所述机架上，所述转盘由安装在所述机架内的驱动机构驱动，所述圆形夹具安装在所述圆形平台上，所述拉绳一端与所述圆形夹具连接，所述拉绳另一端通过所述滑轮机构与所述转盘连接。
进一步地，还包括非接触式激光引伸仪，所述非接触式激光引伸仪安装在所述机架上并设置在所述圆形夹具上方。
进一步地，所述非接触式激光引伸仪通过支撑臂安装在所述机架上。
进一步地，所述转盘底部安装有力传感器。
进一步地，所述滑轮机构安装在所述圆形平台的边缘处，所述圆形夹具的直径小于所述圆形平台的直径。
进一步地，所述滑轮机构包括支座和滑轮，所述支座围绕所述圆形平台的圆心设置，所述滑轮铰接在所述支座上。
进一步地，所述圆形夹具包括多个夹头，所述多个夹头围绕所述圆形平台的中心线环形设置，所述多个夹头与所述圆形平台为滑动连接，所述多个夹头与所述拉绳一端连接。
进一步地，所述驱动机构为电机，所述电机安装在所述机架内，所述电机的输出轴与所述转盘的中心位置连接。
进一步地，所述拉绳为钢丝绳。
进一步地，所述机架底部安装支脚。
本发明提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，具有如下优点：
将圆形试样放置在圆形夹具上，圆形夹具夹住该圆形试样，驱动机构驱动转盘转动，转盘通过拉绳和滑轮机构拉动该圆形夹具，圆形夹具拉伸该圆形试样，使圆形试样均匀地扩张与收缩，实现等轴拉伸的效果。
本申请使圆形试样的受力和变形更加均匀，更加适合进行高弹性体材料的应力-应变关系测试，应变测量精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机的结构示意图。
图2为图1中拉伸机构的结构示意图。
附图标记：1-机架；2-拉伸机构；21-圆形平台；22-转盘；23-圆形夹具；24-拉绳；25-滑轮机构；3-非接触式激光引伸仪；4-力传感器；5-支撑臂；251-支座；252-滑轮；231-多个夹头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机的结构示意图；图2为图1中拉伸机构的结构示意图；如图1-图2所示，本发明提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，包括机架1以及安装在所述机架1上的拉伸机构2；
所述拉伸机构2包括圆形平台21、转盘22、圆形夹具23、拉绳24和滑轮机构25，所述圆形平台21和所述转盘22为同轴设置并依次安装在所述机架1上，所述转盘22由安装在所述机架1内的驱动机构驱动，所述圆形夹具23安装在所述圆形平台21上，所述拉绳24一端与所述圆形夹具23连接，所述拉绳24另一端通过所述滑轮机构25与所述转盘22连接。
需要说明的是，图2中，拉绳24未与圆形夹具23连接。
优选地，还包括非接触式激光引伸仪3，所述非接触式激光引伸仪3安装在所述机架1上并设置在所述圆形夹具23上方。
优选地，所述转盘22底部安装有力传感器4。
通过非接触式激光引伸仪3测量圆形试样的形变。
通过力传感器4测量圆形试样受到的力。
在具体实验过程中，先采用数据采集装置，同步地采集力传感器4测量的圆形试样的受力信号和非接触式激光引伸仪3测量的圆形试样的变形信号，然后采用数据处理装置对非接触式激光引伸仪3测量的圆形试样的形变和力传感器4测量的圆形试样受到的力进行分析计算，根据力学公式从而得到圆形试样的应变和应力。
优选地，所述非接触式激光引伸仪3通过支撑臂5安装在所述机架1上。
需要说明的是，非接触式激光引伸仪3通过支撑臂5安装在所述机架1上只是用于举例说明，非接触式激光引伸仪3还可采用其它方式安装在机架1上，在此就不一一赘述。
优选地，所述滑轮机构25安装在所述圆形平台21的边缘处，所述圆形夹具23的直径小于所述圆形平台21的直径。
优选地，所述滑轮机构25包括支座251和滑轮252，所述支座251围绕所述圆形平台21的圆心设置，所述滑轮252铰接在所述支座251上。
优选地，所述圆形夹具23包括多个夹头231，多个夹头231围绕所述圆形平台21的中心线环形设置，多个夹头231与所述圆形平台21为滑动连接，多个夹头231与所述拉绳24一端连接。
优选地，所述多个夹头231可通过滑轨与圆形平台21滑动连接。
优选地，所述多个夹头231和圆形平台21通过滑块和滑槽的方式滑动连接。
需要说明的是，多个夹头231和圆形平台21的上述滑动连接方式只是用于举例说明，多个夹头231和圆形平台21还可采用其它滑动连接方式，在此就不一一赘述。
优选地，所述滑轮机构25的数量与多个夹头231的数量一致。
优选地，所述驱动机构为电机，所述电机安装在所述机架1内，所述电机的输出轴与所述转盘22的中心位置连接。
需要说明的是，通过电机驱动转盘22转动，只是用于举例说明，还可采用其它方式驱动转盘22转动，在此就不一一赘述。
本实施例一提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，该试验机的拉伸方式不同于“十字型”等双轴拉伸设备，通过多个轴的对称等轴拉伸方式，实现了与理想等双轴拉伸条件下相同的材料应力-应变状态，和以上描述的传统“十字型”等双轴拉伸装置相比具有如下优势：
1.各个轴同时拉伸，保证了拉力的同步性与相等性。
2.在保证圆形试样中心区域受力均匀的前提下，能够同时保证拉伸过程中圆形试样中心区域处于有效的(理想的)等双轴变形状态的区域面积比一般的“十字型”拉伸试样有效面积大，从而能够保证测量得到的载荷范围和变形范围满足对高弹性体进行等双轴拉伸实验的要求。
3.夹持方便，有效避免了圆形试样脱夹或夹断的情况；
4.采用非接触式激光引伸仪测量圆形试样的应变精度比其他应变测量方式测得的结果精度更高。
本发明提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，具有如下优点：
将圆形试样放置在圆形夹具23上，圆形夹具23夹住该圆形试样，驱动机构驱动转盘22转动，转盘22通过拉绳24和滑轮机构25拉动该圆形夹具23，圆形夹具23拉伸该圆形试样，使圆形试样均匀地扩张与收缩，实现等轴拉伸的效果。
本申请使圆形试样的受力和变形更加均匀，更加适合进行高弹性体材料的应力-应变关系测试，应变测量精度更高。
实施例二：
本实施例二提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，是对实施例一提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机的进一步改进，在实施例一的基础上，本实施例二提供的高弹性体材料等轴拉伸试验机，包括机架1以及安装在所述机架1上的拉伸机构2；
所述拉伸机构2包括圆形平台21、转盘22、圆形夹具23、拉绳24和滑轮机构25，所述圆形平台21和所述转盘22为同轴设置并依次安装在所述机架1上，所述转盘22由安装在所述机架1内的驱动机构驱动，所述圆形夹具23安装在所述圆形平台21上，所述拉绳24一端与所述圆形夹具23连接，所述拉绳24另一端通过所述滑轮机构25与所述转盘22连接。
优选地，还包括非接触式激光引伸仪3，所述非接触式激光引伸仪3安装在所述机架1上并设置在所述圆形夹具23上方。
优选地，所述转盘22底部安装有力传感器4。
通过非接触式激光引伸仪3测量圆形试样的形变。
通过力传感器4测量圆形试样受到的力。
在具体实验过程中，先采用数据采集装置，同步地采集力传感器测量的圆形试样的受力信号和非接触式激光引伸仪测量的圆形试样的变形信号，然后采用数据处理装置对非接触式激光引伸仪3测量的圆形试样的形变和力传感器4测量的圆形试样受到的力进行分析计算，根据力学公式从而得到圆形试样的应变和应力。
优选地，所述非接触式激光引伸仪3通过支撑臂5安装在所述机架1上。
需要说明的是，非接触式激光引伸仪3通过支撑臂5安装在所述机架1上只是用于举例说明，非接触式激光引伸仪3还可采用其它方式安装在机架1上，在此就不一一赘述。
优选地，所述滑轮机构25安装在所述圆形平台21的边缘处，所述圆形夹具23的直径小于所述圆形平台21的直径。
优选地，所述滑轮机构25包括支座251和滑轮252，所述支座251围绕所述圆形平台21的圆心设置，所述滑轮252铰接在所述支座251上。
优选地，所述圆形夹具23包括多个夹头231，多个夹头231围绕所述圆形平台21的中心线环形设置，多个夹头231与所述圆形平台21为滑动连接，多个夹头231与所述拉绳24一端连接。
优选地，所述多个夹头231可通过滑轨与圆形平台21滑动连接。
优选地，所述多个夹头231和圆形平台21通过滑块和滑槽的方式滑动连接。
需要说明的是，多个夹头231和圆形平台21的上述滑动连接方式只是用于举例说明，多个夹头231和圆形平台21还可采用其它滑动连接方式，在此就不一一赘述。
优选地，所述滑轮机构25的数量与多个夹头231的数量一致。
优选地，所述驱动机构为电机，所述电机安装在所述机架1内，所述电机的输出轴与所述转盘22的中心位置连接。
需要说明的是，通过电机驱动转盘22转动，只是用于举例说明，还可采用其它方式驱动转盘22转动，在此就不一一赘述。
优选地，所述拉绳24为钢丝绳。
需要说明的是，拉绳24为钢丝绳，只是用于举例说明，还可采用其它材料制成的拉绳24，在此就不一一赘述。
优选地，所述机架1底部安装支脚。
优选地，可以在所述圆形平台21上加装带有温度控制系统的温度箱，实现在高温或低温环境下对高弹性体材料进行等轴拉伸试验，测试不同温度条件下高弹性体材料的拉伸应力应变曲线。
优选地，可以在所述圆形平台21上加装带有温度控制系统的液体介质环境箱，实现在高温或低温的液体环境中对高弹性体材料进行等轴拉伸试验，测试不同液体介质和温度条件下高弹性体材料的拉伸应力应变曲线。
通过上述设置，可以方便改装成带有温度控制功能并可以附加液体介质环境箱的等轴拉伸实验系统，实现在不同环境(温度环境和液体介质环境)条件下高弹性体材料的等轴拉伸试验。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，包括机架以及安装在所述机架上的拉伸机构；
所述拉伸机构包括圆形平台、转盘、圆形夹具、拉绳和滑轮机构，所述圆形平台和所述转盘为同轴设置并依次安装在所述机架上，所述转盘由安装在所述机架内的驱动机构驱动，所述圆形夹具安装在所述圆形平台上，所述拉绳一端与所述圆形夹具连接，所述拉绳另一端通过所述滑轮机构与所述转盘连接。
2.根据权利要求1所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，还包括非接触式激光引伸仪，所述非接触式激光引伸仪安装在所述机架上并设置在所述圆形夹具上方。
3.根据权利要求2所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述非接触式激光引伸仪通过支撑臂安装在所述机架上。
4.根据权利要求1或2所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述转盘底部安装有力传感器。
5.根据权利要求1所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述滑轮机构安装在所述圆形平台的边缘处，所述圆形夹具的直径小于所述圆形平台的直径。
6.根据权利要求1或5所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述滑轮机构包括支座和滑轮，所述支座围绕所述圆形平台的圆心设置，所述滑轮铰接在所述支座上。
7.根据权利要求1所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述圆形夹具包括多个夹头，所述多个夹头围绕所述圆形平台的中心线环形设置，所述多个夹头与所述圆形平台为滑动连接，所述多个夹头与所述拉绳一端连接。
8.根据权利要求1所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述驱动机构为电机，所述电机安装在所述机架内，所述电机的输出轴与所述转盘的中心位置连接。
9.根据权利要求1所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述拉绳为钢丝绳。
10.根据权利要求1所述的高弹性体材料等轴拉伸试验机，其特征在于，所述机架底部安装支脚。
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