CN110686973B - 拉伸-扭转复合引伸计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种拉伸‑扭转复合引伸计，属于材料性能测试与精密仪器领域。能够在材料力学性能测试试验中同时测量得到试样的拉伸和扭转变形。主要由夹持组件、拉伸‑扭转复合传动组件和内、外套筒等部分构成。夹持组件中对称的两个V形刀刃在卡紧弹簧的作用下卡紧试样，保证测量精确稳定；拉伸‑扭转复合传动组件由导向杆、保持架、滚动体及外挡圈组成，保证拉伸‑扭转复合引伸计在拉伸‑扭转复合载荷加载条件下能够同时测量得到试样的拉伸变形及扭转变形。优点在于：适用于拉伸‑扭转复合载荷加载条件下的材料力学性能测试试验，并且可以在两种力学载荷耦合条件下对拉伸变形和扭转变形进行同步测量。通用性好、成本低廉、使用方便。

Description

拉伸-扭转复合引伸计
技术领域
本发明涉及材料性能测试技术与精密仪器技术领域，特别涉及一种拉伸-扭转复合引伸计。本发明可在单一拉伸载荷加载、单一扭转载荷加载及拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，单独或同步获取试样的拉伸变形和扭转变形。
背景技术
工程材料在实际的服役条件下往往同时承受多种不同形式的力学载荷，随着工程实践中对材料测试试验要求的提升，传统单一载荷材料性能测试试验已经无法满足日益丰富的测试需求。引伸计在材料力学性能测试试验中是最简便、稳定、可靠、精确的材料变形测量手段，但其通常无法应用于多载荷复合加载的材料测试试验中，所以研制出一种能够在拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，同步获取试样的拉伸变形和扭转变形的引伸计，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉伸-扭转复合引伸计，解决了现有技术存在的引伸计无法兼容拉伸-扭转复合加载试验；并无法同步获取材料拉伸变形及扭转变形的问题。本发明可在拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，同步获取试样的拉伸变形和扭转变形，且在单一拉伸载荷加载、单一扭转载荷加载的材料力学性能测试实验中，都能够精准可靠的获取试样的相应变形。具有通用性好、成本低廉、使用简单等诸多优点。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
拉伸-扭转复合引伸计，在单一拉伸载荷加载、单一扭转载荷加载及拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，单独或同步获取试样的拉伸变形和扭转变形；包括夹持组件20、拉伸-扭转复合传动组件、内套筒8、和外套筒5，所述夹持组件20卡紧试样19；拉伸-扭转复合传动组件耦合拉伸和扭转两种运动，保证拉伸-扭转复合引伸计在使用时能够同时测量得到试样19的拉伸变形及扭转变形；试样19的拉伸变形由LVDT直线位移传感器11测量得到；试样19的扭转变形由圆光栅测量得到。
所述的夹持组件20包括有固定刀刃座2、移动刀刃座10、刀刃1、按动导杆9和卡紧弹簧3，两个V字形的刀刃1分别固定在移动刀刃座10及固定刀刃座2上，在按动导杆9的导向作用与卡紧弹簧3的张力作用下对试样19实现精准稳定卡紧。
所述的移动刀刃座10与内套筒8的侧壁通过螺栓连接，按动导杆9与固定刀刃座2上的通孔形成间隙配合，并通过止动螺栓12与移动刀刃座10固定连接；卡紧弹簧3处于压缩状态，安装在按动导杆9端面与固定刀刃座2的上边面之间，刀刃1在卡紧弹簧3的压紧力作用下卡紧试样19。
所述的拉伸-扭转复合传动组件包括有导向杆18、保持架14、滚动体17及外挡圈15，所述保持架14上加工有均布的三个通孔，导向杆18穿过保持架14上的通孔与内套筒8形成固定连接；滚动体17呈圆柱状，按照保持架14上空位分布均匀地排列在外挡圈15与内套筒8之间，内套筒端盖16通过螺栓连接固定在内套筒8上。
所述的保持架14在导向杆18的导向作用下与内套筒8在拉伸变形方向上发生移动；圆柱状的滚动体17保证外套筒5和内套筒8之间产生与扭转变形同方向的相对转动。
所述的LVDT直线位移传感器11的端面与内套筒8通过双头螺柱连接，芯轴端部加工有外螺纹，与连接块6螺纹连接；连接块6与保持架14通过螺栓固定；在试样19产生拉伸变形时，内套筒8与连接块6即产生沿拉伸载荷方向的相对位移，则LVDT直线位移传感器11可以测得到试样19的拉伸变形。
所述的圆光栅的圆光栅尺7固定在保持架14上对应位置，圆光栅读数头4通过螺栓连接在外套筒端盖13上，外套筒端盖13通过螺栓连接固定在外套筒5上；试样19在产生扭转变形时，外套筒端盖13与保持架14之间出现相对转动，则圆光栅可以测得试样19的扭转变形。
本发明的有益效果在于：可在拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，同步获取试样的拉伸变形和扭转变形，且在单一拉伸载荷加载、单一扭转载荷加载的材料力学性能测试实验中，都能够精准可靠的获取试样的相应变形。具有通用性好、成本低廉、使用简单等诸多优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的夹持组件的结构示意图；
图3为本发明的拉伸-扭转复合传动组件和部分其他结构示意图；
图4为本发明与试样的配合安装示意图；
图5为本发明变形测量的示意图。
图中：1、刀刃；2、固定刀刃座；3、卡紧弹簧；4、圆光栅读数头；5、外套筒；6、连接块；7、圆光栅尺；8、内套筒；9、按动导杆；10、移动刀刃座；11、LVDT直线位移传感器；12、止动螺栓；13、外套筒端盖；14、保持架；15、外挡圈；16、内套筒端盖；17、滚动体；18、导向杆；19、试样；20、夹持组件
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示，本发明的拉伸-扭转复合引伸计，可
在拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，同步获取试样的拉伸变形和扭转变形，且在单一拉伸载荷加载、单一扭转载荷加载的材料力学性能测试实验中，都能够精准可靠的获取试样的相应变形。其主要由夹持组件20、拉伸-扭转复合传动组件、LVDT直线位移传感器11、圆光栅和必要的支撑结构等，所述夹持组件20用于卡紧试样19，保证测量精确稳定；拉伸-扭转复合传动组件用于耦合拉伸和扭转两种运动，保证拉伸-扭转复合引伸计在使用时能够同时测量得到试样19的拉伸变形及扭转变形；试样19的拉伸变形由LVDT直线位移传感器11测量得到；试样19的扭转变形由圆光栅测量得到。适用于拉伸-扭转复合载荷加载条件下的材料力学性能测试试验，并且可以在两种力学载荷耦合条件下对拉伸变形和扭转变形进行同步测量。具有通用性好、成本低廉、使用方便等优点。
参见图2所示，所述的夹持组件20包括有固定刀刃座2、移动刀刃座10、刀刃1、按动导杆9和卡紧弹簧3，两个V字形的刀刃1分别固定在移动刀刃座10及固定刀刃座2上，在按动导杆9的导向作用与卡紧弹簧3的张力作用下对试样19实现精准稳定卡紧。
所述的移动刀刃座10与内套筒8的侧壁通过螺栓连接，按动导杆9与固定刀刃座2上的通孔形成间隙配合，并通过止动螺栓12与移动刀刃座10固定连接；卡紧弹簧3处于压缩状态，安装在按动导杆9端面与固定刀刃座2的上边面之间，刀刃1在卡紧弹簧3的压紧力作用下卡紧试样19。
参见图3所示，所述的拉伸-扭转复合传动组件包括有导向杆18、保持架14、滚动体17及外挡圈15，所述保持架14上加工有均布的三个通孔，导向杆18穿过保持架14上的通孔与内套筒8形成固定连接；滚动体17呈圆柱状，按照保持架14上空位分布均匀地排列在外挡圈15与内套筒8之间，内套筒端盖16通过螺栓连接固定在内套筒8上。所述的保持架14在导向杆18的导向作用下可以与内套筒8在拉伸变形方向上发生移动；圆柱状的滚动体17保证外套筒5和内套筒8之间可以产生与扭转变形同方向的相对转动。当试样19发生拉伸变形时，内套筒8与外套筒5发生沿拉伸载荷加载方向的运动，外套筒5、外套筒端盖13、外挡圈15、滚动体17和保持架14之间在该方向上无自由度，导向杆18对保持架14起导向作用。当试样19发生扭转变形时，在扭转载荷加载方向上，圆光栅读数头4、外套筒5、外套筒端盖13和一侧的夹持组件20固连，保持架14、圆光栅尺7、内套筒8和另一侧的夹持组件20固连，二者之间发生相对转动。
参见图4所示，试样19在装夹到试验机上之前，先同时按下所述拉伸-扭转复合引伸计两端的按动导杆9并保持，移动刀刃座10与固定刀刃座2打开，将试样19放入后松开按动导杆9，在卡紧弹簧3的作用下，刀刃1将试样19卡紧，最后再将装有引伸计的试样19安装在试验机上。
参见图5所示，所述的拉伸-扭转复合引伸计在使用过程中，由LVDT直线位移传感器11测量试样19的拉伸变形。所述LVDT直线位移传感器11的端面与内套筒8通过双头螺柱连接，芯轴端部加工有外螺纹，与连接块6螺纹连接；连接块6与保持架14通过螺栓固定；在试样19产生拉伸变形时，内套筒8与连接块6即产生沿拉伸载荷方向的相对位移，则LVDT直线位移传感器11可以测得到试样19的拉伸变形。
所述的拉伸-扭转复合引伸计在使用过程中，由圆光栅测得试样19的扭转变形。所述圆光栅的圆光栅尺7固定在保持架14上对应位置，圆光栅读数头4通过螺栓连接在外套筒端盖13上，外套筒端盖13通过螺栓连接固定在外套筒5上；试样19在产生扭转变形时，外套筒端盖13与保持架14之间出现相对转动，则圆光栅可以测得试样19的扭转变形。
参见图5所示，为试样19发生单边扭转时的测量示意图，根据相应传感器测量得到的数值，对应的被测物理量计算方法如下。
a)产生拉伸/压缩变形时应变ε计算公式：
式中，L为拉伸/压缩初始标距段长度，△L为LVDT直线位移传感器测量得到的拉伸/压缩变形量。
b)产生扭转变形时扭转角计算公式：
式中，和/>分别为试样19两端由圆光栅测量得到的扭转角位移变形量。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种拉伸-扭转复合引伸计，其特征在于：在单一拉伸载荷加载、单一扭转载荷加载及拉伸-扭转复合载荷加载的材料力学性能测试试验中，单独或同步获取试样的拉伸变形和扭转变形；包括夹持组件（20）、拉伸-扭转复合传动组件、内套筒（8）和外套筒（5），所述夹持组件（20）卡紧试样（19）；拉伸-扭转复合传动组件耦合拉伸和扭转两种运动，保证拉伸-扭转复合引伸计在使用时能够同时测量得到试样（19）的拉伸变形及扭转变形；试样（19）的拉伸变形由LVDT直线位移传感器（11）测量；试样（19）的扭转变形由圆光栅测量；
所述的夹持组件（20）包括有固定刀刃座（2）、移动刀刃座（10）、刀刃（1）、按动导杆（9）和卡紧弹簧（3），两个V字形的刀刃（1）分别固定在移动刀刃座（10）及固定刀刃座（2）上，在按动导杆（9）的导向作用与卡紧弹簧（3）的张力作用下对试样（19）实现精准稳定卡紧；所述的移动刀刃座（10）与内套筒（8）的侧壁通过螺栓连接，按动导杆（9）与固定刀刃座（2）上的通孔形成间隙配合，并通过止动螺栓（12）与移动刀刃座（10）固定连接；卡紧弹簧（3）处于压缩状态，安装在按动导杆（9）端面与固定刀刃座（2）的上边面之间，刀刃（1）在卡紧弹簧（3）的压紧力作用下卡紧试样（19）；
所述的拉伸-扭转复合传动组件包括有导向杆（18）、保持架（14）、滚动体（17）及外挡圈（15），所述保持架（14）上加工有均布的三个通孔，导向杆（18）穿过保持架（14）上的通孔与内套筒（8）形成固定连接；滚动体（17）呈圆柱状，按照保持架（14）上空位分布均匀地排列在外挡圈（15）与内套筒（8）之间，内套筒端盖（16）通过螺栓连接固定在内套筒（8）上。
2.根据权利要求1所述的拉伸-扭转复合引伸计，其特征在于：所述的保持架（14）在导向杆（18）的导向作用下与内套筒（8）在拉伸变形方向上发生移动；圆柱状的滚动体（17）保证外套筒（5）和内套筒（8）之间产生与扭转变形同方向的相对转动。
3.根据权利要求1所述的拉伸-扭转复合引伸计，其特征在于：所述的LVDT直线位移传感器（11）的端面与内套筒（8）通过双头螺柱连接，芯轴端部加工有外螺纹，与连接块（6）螺纹连接；连接块（6）与保持架（14）通过螺栓固定；在试样（19）产生拉伸变形时，内套筒（8）与连接块（6）即产生沿拉伸载荷方向的相对位移，则LVDT直线位移传感器（11）可以测得到试样（19）的拉伸变形。
4.根据权利要求1所述的拉伸-扭转复合引伸计，其特征在于：所述的圆光栅的圆光栅尺（7）固定在保持架（14）上，圆光栅读数头（4）通过螺栓连接在外套筒端盖（13）上，外套筒端盖（13）通过螺栓连接固定在外套筒（5）上；试样（19）在产生扭转变形时，外套筒端盖（13）与保持架（14）之间出现相对转动，则圆光栅可以测得试样（19）的扭转变形。
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