CN109916736B - 板材反复纯弯曲的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板材反复纯弯曲的设备及方法，设备包括左夹具、右夹具，在左夹具和右夹具的下方分别连接左拉伸臂和右拉伸臂，两个拉伸臂通过两个滑块与同一个滑轨相连，滑轨安装在滚珠丝杠平台上。板材试样的两端夹持在左夹具和右夹具之间，滚珠丝杠转动，左拉伸臂绕左夹具轴顺时针转动θ角，右拉伸臂绕右夹具轴逆时针转动θ角，同时，左夹具和右夹具同时同速向中间移动，使得板材试样只承受纯弯曲扭矩。本设备结构简单、使用方便，能使得板材试样只承受纯弯曲扭矩，可以避免板材试样产生局部变形，减少了接触应力的影响，并且降低了颈缩和屈曲等几何不稳定问题出现的概率。

Description

板材反复纯弯曲的设备及方法
技术领域
本发明涉及板材反复纯弯曲技术，尤其涉及一种板材反复纯弯曲的设备及方法。
背景技术
大量的实验及研究表明，对于金属材料，通过弯曲实验得到的材料模型在本质上更能够体现材料的真实力学性能。这是因为，材料在拉伸实验中所表现出的力学性能受到很多因素的影响，诸如应变速率，材料自身内部的缺陷等。而通过进行材料的弯曲实验，则能够很好的解决这些问题。并能够更准确的反映出金属材料的真实力学性能。
现有技术中，传统的四点弯加载装置，由于设备与试样的接触，容易引入局部变形如压痕等，增加了接触应力的影响，而且容易出现颈缩和屈曲等几何不稳定，不可以实现反复弯曲。
历史上还有研究人员利用杠杆机构等原理设计纯弯曲装置，但其缺点是引入了大量部件(液压缸、交流伺服电机、齿轮等)导致装置的过于复杂，不利于调节以及后期维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种板材反复纯弯曲的设备及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的板材反复纯弯曲的设备，包括：左编码器、左编码器固定架、左编码器连接轴、左夹具、左夹具压紧板、左扭矩传感器、左扭矩传感器连接轴、左连接轴轴承座、左拉伸臂、左拉伸臂连接轴、左拉伸臂连接轴夹紧板、左滑块，右编码器、右编码器固定架、右编码器连接轴、右夹具、右夹具压紧板、右扭矩传感器、右扭矩传感器连接轴、右连接轴轴承座、右拉伸臂、右拉伸臂连接轴、右拉伸臂连接轴夹紧板、右滑块，滑轨、滚珠丝杠平台，滚珠丝杠、正反牙滚珠丝杠、正牙滑块、反牙滑块、固定支架、正反牙滚珠丝杠电机、滚珠丝杠电机；
所述左夹具与左夹具压紧板之间形成夹持空间，左夹具竖直方向上方通过左编码器连接轴与左编码器相连，左编码器通过左编码器固定架固定在左连接轴轴承座上，左夹具竖直方向下方与左扭矩传感器相连，左扭矩传感器竖直方向下方与左扭矩传感器连接轴相连，左扭矩传感器连接轴与左连接轴轴承座通过轴承配合，左拉伸臂固定在左扭矩传感器连接轴上，左拉伸臂连接轴通过轴承与左拉伸臂配合，左拉伸臂连接轴固定在左拉伸臂连接轴夹紧板中，左拉伸臂连接轴夹紧板固定在左滑块上；
所述右夹具与右夹具压紧板之间形成夹持空间，右夹具竖直方向上方通过右编码器连接轴与右编码器相连，右编码器通过右编码器固定架固定在右连接轴轴承座上，右夹具竖直方向下方与右扭矩传感器相连，右扭矩传感器竖直方向下方与右扭矩传感器连接轴相连，右扭矩传感器连接轴与右连接轴轴承座通过轴承配合，右拉伸臂固定在右扭矩传感器连接轴上，右拉伸臂连接轴通过轴承与右拉伸臂配合，右拉伸臂连接轴固定在右拉伸臂连接轴夹紧板中，右拉伸臂连接轴夹紧板固定在右滑块上；
所述左滑块和右滑块装于同一个滑轨上，所述滑轨安装在滚珠丝杠平台上，所述滚珠丝杠平台与滚珠丝杠啮合，所述滚珠丝杠与滚珠丝杠电机连接；
所述左连接轴轴承座和右连接轴轴承座分别安装在正牙滑块和反牙滑块上上，所述正牙滑块和反牙滑块上分别与正反牙滚珠丝杠啮合，所述正反牙滚珠丝杠与正反牙滚珠丝杠电机连接。
所述左编码器、左扭矩传感器、右编码器、右扭矩传感器、滚珠丝杠电机、正反牙滚珠丝杠电机分别与控制系统相连。
本发明的上述的板材反复纯弯曲的设备实现板材反复纯弯曲的方法，板材试样的两端分别夹持在左夹具与左夹具压紧板之间和右夹具与右夹具压紧板之间，滚珠丝杠转动，左拉伸臂绕左夹具轴顺时针转动θ角，右拉伸臂绕右夹具轴逆时针转动θ角，同时，左夹具和右夹具同时同速向中间移动，使得板材试样只承受纯弯曲扭矩。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的板材反复纯弯曲设备结构简单、使用方便，能使得板材试样只承受纯弯曲扭矩，可以更好的解决板材反复弯曲测试所遇到的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的板材反复纯弯曲设备结构示意图。
图2为本发明实施例提供的板材反复纯弯曲设备主视图；
图3为本发明实施例提供的板材反复纯弯曲设备俯视图；
图4为本发明实施例中夹具外观示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的板材反复纯弯曲的设备及方法，其较佳的具体实施方式如图1、图2所示：
板材反复纯弯曲的设备包括：左编码器2、左编码器固定架3、左编码器连接轴4、左夹具5、左夹具压紧板6、左扭矩传感器7、左扭矩传感器连接轴8、左连接轴轴承座9、左拉伸臂10、左拉伸臂连接轴11、左拉伸臂连接轴夹紧板12、左滑块13，右编码器14、右编码器固定架15、右编码器连接轴16、右夹具17、右夹具压紧板18、右扭矩传感器19、右扭矩传感器连接轴20、右连接轴轴承座21、右拉伸臂22、右拉伸臂连接轴23、右拉伸臂连接轴夹紧板24、右滑块25，滑轨26、滚珠丝杠平台27，滚珠丝杠28、正反牙滚珠丝杠29、正牙滑块30、反牙滑块31、固定支架32、正反牙滚珠丝杠电机33、滚珠丝杠电机34；
所述左夹具5与左夹具压紧板6之间形成夹持空间，左夹具5竖直方向上方通过左编码器连接轴4与左编码器2相连，左编码器2通过左编码器固定架3固定在左连接轴轴承座9上，左夹具5竖直方向下方与左扭矩传感器7相连，左扭矩传感器7竖直方向下方与左扭矩传感器连接轴8相连，左扭矩传感器连接轴8与左连接轴轴承座9通过轴承配合，左拉伸臂10固定在左扭矩传感器连接轴8上，左拉伸臂连接轴11通过轴承与左拉伸臂10配合，左拉伸臂连接轴11固定在左拉伸臂连接轴夹紧板12中，左拉伸臂连接轴夹紧板12固定在左滑块13上；
所述右夹具17与右夹具压紧板18之间形成夹持空间，右夹具17竖直方向上方通过右编码器连接轴16与右编码器14相连，右编码器14通过右编码器固定架15固定在右连接轴轴承座21上，右夹具17竖直方向下方与右扭矩传感器19相连，右扭矩传感器19竖直方向下方与右扭矩传感器连接轴20相连，右扭矩传感器连接轴20与右连接轴轴承座21通过轴承配合，右拉伸臂22固定在右扭矩传感器连接轴20上，右拉伸臂连接轴23通过轴承与右拉伸臂22配合，右拉伸臂连接轴23固定在右拉伸臂连接轴夹紧板24中，右拉伸臂连接轴夹紧板24固定在右滑块25上；
所述左滑块13和右滑块25装于同一个滑轨26上，所述滑轨26安装在滚珠丝杠平台27上，所述滚珠丝杠平台27与滚珠丝杠28啮合，所述滚珠丝杠28与滚珠丝杠电机34连接；
所述左连接轴轴承座9和右连接轴轴承座21分别安装在正牙滑块30和反牙滑块上31上，所述正牙滑块30和反牙滑块上31分别与正反牙滚珠丝杠29啮合，所述正反牙滚珠丝杠29与正反牙滚珠丝杠电机33连接。
所述左编码器2、左扭矩传感器7、右编码器14、右扭矩传感器19、滚珠丝杠电机34、正反牙滚珠丝杠电机33分别与控制系统相连。
板材反复纯弯曲的方法包括：
板材试样1的两端分别夹持在左夹具5与左夹具压紧板6之间和右夹具17与右夹具压紧板18之间，滚珠丝杠28转动，左拉伸臂10绕左夹具轴顺时针转动θ角，右拉伸臂22绕右夹具轴逆时针转动θ角，同时，左夹具5和右夹具17同时同速向中间移动，使得板材试样只承受纯弯曲扭矩。
当滚珠丝杠28正向转动时，左拉伸臂10和右拉伸臂22同时绕其对应轴线向远离滚珠丝杠电机34方向转动，与此同时正反牙滚珠丝杠29转动，正牙滑块30和反牙滑块31相向移动，左轴和右轴距离减小，实现板材正向弯曲；
当滚珠丝杠28反向转动时，左拉伸臂10和右拉伸臂22同时绕其对应轴线向靠近滚珠丝杠电机34方向转动，与此同时正反牙滚珠丝杠29转动，正牙滑块30和反牙滑块31相向移动，左轴和右轴距离减小，实现板材反向弯曲。
本发明的板材反复纯弯曲的设备及方法，能更好的解决板材反复弯曲测试所遇到的问题，为研究高强钢薄板在弯曲状态下的力学性能提供较佳的解决方法。
本发明在实验时，首先松开左夹具压紧板和右夹具压紧板的螺钉螺母，调整左夹具与右夹具的间距使得试样可以放入夹具；在夹具和夹具压紧板之间放入试样调整两夹具间距并且拧紧夹具螺母使得夹具压紧板压紧试样。
本发明中：左夹具和右夹具在绕各轴转动的同时同速向中间移动是指，左右夹具跟着左连接轴轴承座和右连接轴轴承座，在正反牙滚珠丝杠电机的控制之下移动到特定位置上，左连接轴轴承座和右连接轴轴承座分别安装在正反牙滚珠丝杠上的正牙滑块和反牙滑块上。
左滑块和右滑块可以在滑轨上自由滑动，滑轨通过滑轨固定板固定在滚珠丝杠平台上，左编码器、左编码器连接轴、左夹具、左扭矩传感器、左扭矩传感器连接轴、左连接轴轴承座同轴Ⅰ，右编码器、右编码器连接轴、右夹具、右扭矩传感器、右扭矩传感器连接轴、右连接轴轴承座同轴Ⅱ。当滚珠丝杠正向转动时，左拉伸臂和右拉伸臂同时绕其对应轴线向远离滚珠丝杠电机方向转动，与此同时正反牙滚珠丝杠转动，正牙滑块和反牙滑块相向移动，轴Ⅰ和轴Ⅱ距离减小，实现板材正向弯曲。当滚珠丝杠反向转动时，左拉伸臂和右拉伸臂同时绕其对应轴线向靠近滚珠丝杠电机方向转动，与此同时正反牙滚珠丝杠转动，正牙滑块和反牙滑块相向移动，轴Ⅰ和轴Ⅱ距离减小，实现板材反向弯曲。
与现有板材反复纯弯曲的方法和设备相比，本发明的板材反复纯弯曲的方法和设备具有以下有点：
1.本发明的装置和方法，只在板材试样上施加纯弯矩，使得板材完成纯弯曲过程。
2.本发明的装置和方法，在板材试样弯曲的过程中实时记录试样所受弯矩和试样曲率。
3.本发明的装置和方法，可以使试样正向和反向都能弯曲到180°。
4.本发明的装置和方法，在弯矩测量处没有引入其他力矩，使得测量更加精确。
5.本发明的装置，体积较小，长400mm、宽300mm、高300mm，非常便携。
6.本发明的装置和方法，通过正向加载-释放-反向加载或多种形式的加载，可以对板材的包辛格效应等进行较精确测试。
7.本发明的装置和方法，可用于板材疲劳测试。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种板材反复纯弯曲的设备，其特征在于，包括：左编码器(2)、左编码器固定架(3)、左编码器连接轴(4)、左夹具(5)、左夹具压紧板(6)、左扭矩传感器(7)、左扭矩传感器连接轴(8)、左连接轴轴承座(9)、左拉伸臂(10)、左拉伸臂连接轴(11)、左拉伸臂连接轴夹紧板(12)、左滑块(13)，右编码器(14)、右编码器固定架(15)、右编码器连接轴(16)、右夹具(17)、右夹具压紧板(18)、右扭矩传感器(19)、右扭矩传感器连接轴(20)、右连接轴轴承座(21)、右拉伸臂(22)、右拉伸臂连接轴(23)、右拉伸臂连接轴夹紧板(24)、右滑块(25)，滑轨(26)、滚珠丝杠平台(27)，滚珠丝杠(28)、正反牙滚珠丝杠(29)、正牙滑块(30)、反牙滑块(31)、固定支架(32)、正反牙滚珠丝杠电机(33)、滚珠丝杠电机(34)；
所述左夹具(5)与左夹具压紧板(6)之间形成夹持空间，左夹具(5)竖直方向上方通过左编码器连接轴(4)与左编码器(2)相连，左编码器(2)通过左编码器固定架(3)固定在左连接轴轴承座(9)上，左夹具(5)竖直方向下方与左扭矩传感器(7)相连，左扭矩传感器(7)竖直方向下方与左扭矩传感器连接轴(8)相连，左扭矩传感器连接轴(8)与左连接轴轴承座(9)通过轴承配合，左拉伸臂(10)固定在左扭矩传感器连接轴(8)上，左拉伸臂连接轴(11)通过轴承与左拉伸臂(10)配合，左拉伸臂连接轴(11)固定在左拉伸臂连接轴夹紧板(12)中，左拉伸臂连接轴夹紧板(12)固定在左滑块(13)上；
所述右夹具(17)与右夹具压紧板(18)之间形成夹持空间，右夹具(17)竖直方向上方通过右编码器连接轴(16)与右编码器(14)相连，右编码器(14)通过右编码器固定架(15)固定在右连接轴轴承座(21)上，右夹具(17)竖直方向下方与右扭矩传感器(19)相连，右扭矩传感器(19)竖直方向下方与右扭矩传感器连接轴(20)相连，右扭矩传感器连接轴(20)与右连接轴轴承座(21)通过轴承配合，右拉伸臂(22)固定在右扭矩传感器连接轴(20)上，右拉伸臂连接轴(23)通过轴承与右拉伸臂(22)配合，右拉伸臂连接轴(23)固定在右拉伸臂连接轴夹紧板(24)中，右拉伸臂连接轴夹紧板(24)固定在右滑块(25)上；
所述左滑块(13)和右滑块(25)装于同一个滑轨(26)上，所述滑轨(26)安装在滚珠丝杠平台(27)上，所述滚珠丝杠平台(27)与滚珠丝杠(28)啮合，所述滚珠丝杠(28)与滚珠丝杠电机(34)连接；
所述左连接轴轴承座(9)和右连接轴轴承座(21)分别安装在正牙滑块(30)和反牙滑块上(31)上，所述正牙滑块(30)和反牙滑块上(31)分别与正反牙滚珠丝杠(29)啮合，所述正反牙滚珠丝杠(29)与正反牙滚珠丝杠电机(33)连接。
2.根据权利要求1所述的板材反复纯弯曲的设备，其特征在于，所述左编码器(2)、左扭矩传感器(7)、右编码器(14)、右扭矩传感器(19)、滚珠丝杠电机(34)、正反牙滚珠丝杠电机(33)分别与控制系统相连。
3.一种权利要求1或2所述的板材反复纯弯曲的设备实现板材反复纯弯曲的方法，其特征在于，板材试样(1)的两端分别夹持在左夹具(5)与左夹具压紧板(6)之间和右夹具(17)与右夹具压紧板(18)之间，滚珠丝杠(28)转动，左拉伸臂(10)绕左拉伸臂连接轴(11)顺时针转动θ角，右拉伸臂(22)绕右拉伸臂连接轴(23)逆时针转动θ角，同时，左夹具(5)和右夹具(17)同时同速向中间移动，使得板材试样只承受纯弯曲扭矩。
4.根据权利要求3所述的板材反复纯弯曲的方法，其特征在于：
当滚珠丝杠(28)正向转动时，左拉伸臂(10)和右拉伸臂(22)同时绕其对应轴线向远离滚珠丝杠电机(34)方向转动，与此同时正反牙滚珠丝杠(29)转动，正牙滑块(30)和反牙滑块(31)相向移动，左轴和右轴距离减小，实现板材正向弯曲；
当滚珠丝杠(28)反向转动时，左拉伸臂(10)和右拉伸臂(22)同时绕其对应轴线向靠近滚珠丝杠电机(34)方向转动，与此同时正反牙滚珠丝杠(29)转动，正牙滑块(30)和反牙滑块(31)相向移动，左轴和右轴距离减小，实现板材反向弯曲。
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