CN112595604B - 桌台式材料力学试验机 - Google Patents

Abstract

一种桌台式材料力学试验机，包括桌架、传动加载机构、变向机构和执行机构；传动加载机构设置在桌架的下部，执行机构设置在桌架的上部，变向机构连接在传动加载机构和执行机构之间。将试件设置在执行机构上，通过传动加载机构和变向机构对试件进行加载，通过改变钢丝绳的连接方式实现拉伸、压缩、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种材料力学试验。该试验机整体结构紧凑，占用空间小，试验功能多样；执行机构中零部件拆卸和安装方便，便于各种试验的转换和维护，输出稳定载荷，能够实现拉伸、压缩、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种材料力学试验。

Description

桌台式材料力学试验机

技术领域

本发明涉及一种用于材料力学试验的设备，属于力学试验机技术领域。

背景技术

材料力学是工科的基础学科，材料力学实验也是研究分析材料物理力学性能的重要手段，对于金属材料、非金属材料和机械零部件的性能检测，材料力学试验机是一种不可或缺的检测设备。

近些年，持续发展的新工艺、新材料科学对于材料力学试验机的要求也越来越高，各种适应不同要求的新型材料力学试验机的研究及发展有着广阔的前景。

而现有的材料试验机使用时，存在着部件不易拆卸和维护，占用体积大，结构复杂，操作台试验功能单一等问题。

发明内容

本发明针对现有材料试验机存在的上述问题，提供一种结构简单、易于拆卸和维护、功能全面的桌台式材料力学试验机，能够完成压缩、拉伸、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种试验。

本发明的桌台式材料力学试验机通过以下技术方案来实现。

一种桌台式材料力学试验机，包括桌架、传动加载机构、变向机构和执行机构；传动加载机构设置在桌架的下部，执行机构设置在桌架的上部，变向机构连接在传动加载机构和执行机构之间。

所述传动加载机构包括电动机、减速机构、卷筒和钢丝绳，卷筒和减速机构安装在桌架的下部，减速机构的输入端与电动机的转轴连接，卷筒与减速机构的输出端连接，钢丝绳的一端(内端)固定在卷筒上。所述减速机构为出轮传动，包括小齿轮轴和大齿轮轴，小齿轮轴和大齿轮轴安装在桌架的下部，小齿轮轴与电动机的转轴连接，小齿轮轴上安装小齿轮，大齿轮轴上安装大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合。所述卷筒与大齿轮轴之间设置有扭矩限制器。电动机通过减速机构驱动卷筒转动，施加拉力于钢丝绳，实现稳定输出不同力矩的功能，工作稳定可靠。

所述变向机构包括设置在桌架下部的左定滑轮和右定滑轮，左定滑轮固定安装在桌架下部，右定滑轮安装在执行机构的底部(具体是执行机构中加载滑台的底部)，钢丝绳绕过左定滑轮和右定滑轮将载荷传递到桌架上方的执行机构。所述钢丝绳在桌架上方有四种连接方式：①拉伸试验时，绕过执行机构中的上定滑轮与拉伸试件连接；②压缩试验时，直接与执行机构中的上定滑轮连接；③悬臂梁弯曲试验时，与套装在弯曲试件一端的加载拉环连接；④简支梁弯曲试验时，与套装在弯曲试件中部的加载拉环连接。

所述执行机构，包括底座、头部支座和尾部支座，底座固定于桌架的顶面，底座一侧固定安装有头部支座，头部支座上设置有试件固定座，头部支座上固定连接有顶部支座，顶部支座上设置有压紧机构，底座上设置有导轨，导轨上安装有加载滑台，加载滑台的上部安装有上定滑轮(加载滑台的底部安装变向机构中的右定滑轮)，导轨上通过滑块安装有尾部支座。所述压紧机构包括连接杆和压固架，连接杆下端与顶部支座连接，上端与压固架通过固定销铰接。压固架用于将弯曲试件压紧在顶部支座上。所述加载滑台与底座之间还设置有定位机构(定位销)，以使加载滑台在底座上固定住。

上述试验机应用时，将试件设置在执行机构上，通过传动加载机构和变向机构对试件进行加载，通过改变钢丝绳的连接方式实现拉伸、压缩、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种材料力学试验。

本发明整体结构紧凑，占用空间小，试验功能多样；执行机构中零部件拆卸和安装方便，便于各种试验的转换和维护，输出稳定载荷，能够实现拉伸、压缩、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种材料力学试验。

附图说明

图1是本发明桌台式材料力学试验机的整体结构示意图；

图2是本发明中执行机构的结构示意图。

图3是本发明中拉伸试验的示意图。

图4是本发明中压缩试验的示意图。

图中：1.桌架；2.钢丝绳；3.电动机；4.联轴器；5.小齿轮轴；6.大齿轮轴；7.扭矩限制器；8.卷筒；9.左定滑轮；10.螺栓；11.固定销；12.拉伸压缩试件；13.弯曲试件；14.右定滑轮；15.尾部支座；16.滑块；17.上定滑轮；18.加载滑台；19.底座；20.直线导轨；21.头部支座；22.试件固定座；23.顶部支座；24.螺纹连接杆；25.压固架；26.加载拉环。

具体实施方式

本发明的桌台式材料力学试验机，能够完成压缩、拉伸、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种试验，其整体结构如图1所示，包括桌架1、传动加载机构、变向机构和执行机构。桌架1为方钢焊接而成的支架，左侧、右侧和顶面部覆设有木板，桌脚安装橡胶垫。传动加载机构安装在桌架1的底部，变向机构和执行机构安装在桌架1的顶部。

传动加载机构包括电动机3、联轴器4、小齿轮轴5、大齿轮轴6、扭矩限制器7、卷筒8和钢丝绳2，卷筒8、小齿轮轴5和大齿轮轴6均通过轴承座支撑安装在桌架1的下部，小齿轮轴5通过联轴器4与电动机3连接，小齿轮轴5上安装小齿轮，大齿轮轴6上安装大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合，大齿轮轴6通过大小齿轮的传动副与小齿轮轴5连接。卷筒8与大齿轮轴6连接，两者之间设置有扭矩限制器7。钢丝绳2的一端(内端)固定在卷筒8的内壁。电动机3带动小齿轮轴5转动，再通过齿轮传动带动大齿轮轴6转动，扩大转矩，改变传力方向，满足空间紧凑需求，进而驱动卷筒8转动，施加拉力于钢丝绳2，调整扭矩限制器7力矩示数刻度盘，即可以实现稳定输出不同力矩的功能，工作稳定可靠。整个传动加载机构设计紧凑、所占用空间小、加载方便。

变向机构包括桌架1顶面下方的左定滑轮9和右定滑轮14，用于改变钢丝绳2拉力的方向。右定滑轮14通过螺钉固定连接在加载滑台18的下部。钢丝绳2绕过左定滑轮9和右定滑轮14，将载荷传递到桌面以上。在桌面以上，钢丝绳2的另一端(外端)有四种连接方式：①拉伸试验时，绕过上定滑轮17与拉伸压缩试件12连接；②压缩试验时，与上定滑轮17连接；③悬臂梁弯曲试验时，与套装在弯曲试件13一端的加载拉环26连接；④简支梁弯曲试验时，与套装在弯曲试件13中部的加载拉环26连接。上定滑轮17的右端设有用于压缩实验的卡绳孔(钢丝绳2穿过上定滑轮17卡绳孔固定)。钢丝绳2配合上定滑轮17在直线导轨20上的滑动与固定，实现拉伸、压缩试验以及实现简支梁弯曲试验受力位置的改变。

执行机构设置于桌架的上部，包括底座19、头部支座21和尾部支座15，底座19通过螺栓固定于桌架1上，底座19的一端通过螺钉固定安装有头部支座21，头部支座21上通过螺栓固定有试件固定座22，用于连接固定拉伸压缩试件12(参见图1)。头部支座21的上方通过螺栓10固定连接有顶部支座23，作为拉伸压缩试验的固定端。顶部支座23上通过连接杆24连接压固架25，连接杆24一端通过螺纹与顶部支座23连接，另一端与压固架25通过固定销11铰接(参见图1)。压固架25用于将弯曲试件13压紧在顶部支座23上，在弯曲试件13的外端套装加载拉环26，通过加载拉环26对弯曲试件13加载。底座19上设置有直线导轨20。直线导轨20上安装有加载滑台18，加载滑台18的上部和下部分别安装有上定滑轮17和右定滑轮14，加载滑台18与底座19之间还设置有定位机构(定位销)，可以使加载滑台18在底座19上固定住，使加载滑台18不在直线导轨20上滑动。直线导轨20上通过滑块16安装有尾部支座15，上定滑轮17处于头部支座21和尾部支座15之间。

上述试验机完成压缩、拉伸、悬臂梁弯曲和简支梁弯曲四种试验的过程如下所述。

1.拉伸试验

参见图3，将拉伸压缩试件12的左端通过销轴连接在试件固定座22上，通过加载滑台18与底座19之间的定位机构(定位销)使加载滑台18与底座19固定，则加载滑台18及其上的右定滑轮14和上定滑轮17不能沿直线导轨20运动，钢丝绳2的外端绕过左定滑轮9、右定滑轮14和上定滑轮17，然后与拉伸压缩试件12的左端连接。通过传动加载机构施加载荷，启动电动机3，卷筒8转动，通过钢丝绳2带动拉伸压缩试件12拉紧，即可对拉伸试件12进行向右拉伸。

2.压缩试验

参见图4，拉伸压缩试件12的左端通过销轴固定连接在试件固定座22上，将加载滑台18与底座19的定位销拆卸解除，右定滑轮14和上定滑轮17能够沿直线导轨20运动。钢丝绳2的外端固定在上定滑轮17右端的卡绳孔上。传动加载机构施加载荷，启动电动机3，卷筒8转动，钢丝绳2收紧，拉动右定滑轮14和上定滑轮17一起沿直线导轨20向左运动，在上定滑轮17的左端槽内放置压板，压在拉伸压缩试件12上，即可实现向左压缩试件。

3.悬臂梁弯曲试验

将弯曲试件13的左端插入顶部支座23，通过连接杆24将压固架25压紧在弯曲试件13上，使弯曲试件13固定在顶部支座23上，弯曲试件13在此端的自由度全部约束，形成悬臂梁。在弯曲试件13的另一端套装加载拉环26，钢丝绳2的外端绕过左定滑轮9和右定滑轮14，与加载拉环26连接。通过定位销使加载滑台18与底座19固定住。传动加载机构施加载荷，启动电动机3，卷筒8转动，钢丝绳2收紧，通过加载拉环26向下拉动弯曲试件13，则弯曲试件13右端受力向下弯曲，实现悬臂梁弯曲试验。各部件均满足便于拆卸的需求。

4.简支梁弯曲试验

卸下压固架25，将弯曲试件13的左端放在顶部支座23上，受到水平和垂直约束，弯曲试件13上套装加载拉环26。尾部支座15随滑块16可沿直线导轨20运动。移动尾部支座15使弯曲试件13的右端放在尾部支座15上，加载拉环26处于顶部支座23与尾部支座15之间，弯曲试件13的右端只受垂直约束，形成简支梁。通过定位销使加载滑台18固定在底座19上，钢丝绳2连接加载拉环26。传动加载机构施加载荷，启动电动机3，卷筒8转动，钢丝绳2收紧，通过加载拉环26向下拉动弯曲试件13，弯曲试件13中部受力弯曲，实现简支梁弯曲试验。改变右定滑轮17与加载拉环26的位置可实现弯曲试件13不同位置的受力弯曲。

Claims (4)

1.一种桌台式材料力学试验机，包括桌架、传动加载机构、变向机构和执行机构；传动加载机构设置在桌架的下部，执行机构设置在桌架的上部，变向机构连接在传动加载机构和执行机构之间；

所述传动加载机构包括电动机、减速机构、卷筒和钢丝绳，卷筒和减速机构安装在桌架的下部，减速机构的输入端与电动机的转轴连接，卷筒与减速机构的输出端连接，钢丝绳的一端固定在卷筒上；

所述变向机构包括设置在桌架下部的左定滑轮和右定滑轮，左定滑轮固定安装在桌架下部，右定滑轮安装在执行机构的底部，钢丝绳绕过左定滑轮和右定滑轮将载荷传递到桌架上方的执行机构；

所述执行机构，包括底座、头部支座和尾部支座，底座固定于桌架的顶面，底座一侧固定安装有头部支座，头部支座上设置有试件固定座，头部支座上固定连接有顶部支座，顶部支座上设置有压紧机构，底座上设置有导轨，导轨上安装有加载滑台，加载滑台的上部安装有上定滑轮，导轨上通过滑块安装有尾部支座。

2.根据权利要求1所述的桌台式材料力学试验机，其特征在于：所述钢丝绳在桌架上方有四种连接方式：①拉伸试验时，绕过执行机构中的上定滑轮与拉伸试件连接；②压缩试验时，直接与执行机构中的上定滑轮连接；③悬臂梁弯曲试验时，与套装在弯曲试件一端的加载拉环连接；④简支梁弯曲试验时，与套装在弯曲试件中部的加载拉环连接。

3.根据权利要求1所述的桌台式材料力学试验机，其特征在于：所述压紧机构包括连接杆和压固架，连接杆下端与顶部支座连接，上端与压固架通过固定销铰接。

4.根据权利要求1所述的桌台式材料力学试验机，其特征在于：所述加载滑台与底座之间还设置有定位机构。

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