CN114544326B - 一种纤维强度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维强度测量方法，使用纤维强度测量装置来对被测纤维的强度进行检测，有两种检测方式：第一种，加载机构位于电子天平的上侧，纤维夹具放置于电子天平的秤盘上，被测纤维连接于纤维夹具的上侧连接块与下侧连接块之间，加载机构的加载杆下行，加载杆下端的施压端对传力件上端施加向下方向作用力，下侧连接块对被测纤维施加向下拉力，上侧连接块和夹具底座对秤盘施加向下压力；第二种，加载机构位于电子天平的下侧，将被测纤维连接于支架连杆下端与加载杆的上端之间，加载杆下行，加载杆的拉力经过被测纤维传递给支架连杆。本发明提供了一种既能通过对电子天平施压又能通过对电子天平施拉来完成纤维强度测量的纤维强度测量方法。

Description

一种纤维强度测量方法
技术领域
本发明涉及纤维性能检测领域，尤其涉及一种纤维强度测量方法。
背景技术
弹性模量和抗拉强度是纤维或者细丝等部件的基本力学性能，在航天航空、电子信息、生物医用材料等领域实际应用中需要考虑其弹性模量和强度问题以达到结构设计的目的。
因此需要使用相应的测量装置来对纤维的抗拉强度进行测量，中国专利CN102539233B公开“一种测试纤维材料弹性模量与强度的方法和装置”，为了保证测量的精准性，在该装置中使用了电子天平，电子天平的结构如图1所示，包括秤盘、簧片、磁钢、磁回路体、线圈及线圈架、位移传感器、放大器、电流控制电路和基座。
秤盘通过簧片与基座相连，秤盘通过支架连杆与线圈相连，线圈置于磁场中，且与磁力线垂直。电子天平的原理是：根据电磁基本理论,通电的导线在磁场中将产生电磁力或称安培力。力的方向、磁场方向、电流方向三者互相垂直。当磁场强度不变时,产生电磁力的大小与流过线圈的电流强度成正比。
秤盘及被称物体，采用簧片支承，秤盘及被称物的重力通过连杆支架作用于线圈上，方向向下。线圈内有电流通过，产生一个向上作用的电磁力,与秤盘重力方向相反。若以适当的电流流过线圈，使产生的电磁力大小正好与重力大小相等，则二力大小相等，方向相反，处于平衡状态，位移传感器处于预定的中心位置。当秤盘上的物体质量发生变化时，位移传感器检出位移信号，经调节器和放大器改变线圈的电流，直至位移传感器回到中心位置为止。通过线圈的电流与被称物的质量成正比，可以用数字的形式显示出物体的质量。
由上分析可知，目前的电子天平适用于称量向下的压力，而对纤维强度测量时需要对纤维施加一个拉力，因此在上述专利文件中使用了用于将拉力转换为压力的夹具，夹具包括底座、滑块和两个直角梯形板，其中位置靠上的直角梯形板固定于底座上端，位置靠下的直角梯形板固定于滑块下端。使用时将被测量的纤维沿竖向连接于两个滑块之间，将底座放置于电子天平的秤盘上，通过加载机构对滑块上端施加向下的加载力，该加载力通过下侧的直角梯形板传递到纤维上，从而对纤维进行拉拽，该拉拽力通过上侧的直角梯形板和底座传递给秤盘一个向下的压力，从而实现纤维拉力到秤盘压力的转换，通过电子天平来测量纤维拉断时的作用力，以表征纤维的抗拉强度。
现有技术存在的问题在于：目前的这种测量方法只能通过对电子天平施压的方式来实现对纤维进行抗拉强度测量，不能通过对电子天平施拉的方式来实现对纤维进行抗拉强度测量，限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能通过对电子天平施压又能通过对电子天平施拉来完成纤维强度测量的纤维强度测量方法。
为解决上述技术问题，本发明中纤维强度测量方法的技术方案如下：
一种纤维强度测量方法，使用纤维强度测量装置来对被测纤维的强度进行检测，具体检测时，有两种检测方式：第一种，加载机构位于电子天平的上侧，纤维夹具放置于电子天平的秤盘上，被测纤维连接于纤维夹具的上侧连接块与下侧连接块之间，加载机构的加载杆下行，加载杆下端的施压端对传力件上端施加向下方向作用力，下侧连接块对被测纤维施加向下拉力，上侧连接块和夹具底座对秤盘施加向下压力；第二种，加载机构位于电子天平的下侧，将被测纤维连接于支架连杆下端与加载杆的上端之间，加载杆下行，加载杆的拉力经过被测纤维传递给支架连杆。
本发明的有益效果为：本发明加载机构具有移动到电子天平上侧的第一工位和移动到电子天平下侧的第二工位，当加载机构处于电子天平上侧的第一工位时，将纤维夹具置于电子天平上，加载机构通过纤维夹具对被测纤维施加拉力，该拉力通过纤维夹具转换成压力作用于电子天平上，从而实现对纤维抗拉强度的测试；当加载机构处于电子天平下侧的第二工位时，被测纤维上端与电子天平的支架连杆下端相连，加载机构直接对被测纤维施加拉力即可完成对被测纤维的强度测试，根据实际需要，可以任意的选择加载机构的位置，从而增加了实验的多样性。
进一步的，加载机构由电子天平上侧移动到电子天平下侧的过程为，取走纤维夹具，轨道条驱动电机工作，驱动齿轮与齿圈传动，轨道条沿轨道槽转动，直至轨道条的右端转离右侧轨道口，并转动至左侧轨道口，此时轨道条转离轨道缺口，轨道条上下移动时，机构座和电子天平不会对轨道条进行阻挡，丝杠转动，驱动C形轨道下行，当加载机构移动至电子天平下侧时，再次转动轨道条，使得加载机构的加载杆移动到电子天平的支架连杆的正下侧。
进一步的，纤维强度测量装置包括装置架和电子天平，电子天平包括天平底座和上端设置有秤盘的支架连杆，纤维强度测量装置还包括用于置于所述秤盘上的用于将纤维拉力转换成对秤盘压力的纤维夹具，其特征在于：装置架包括装置立柱，装置立柱上固定有天平托板，电子天平设置于所述天平托板上，天平托板上开设有用于避让支架连杆下端的托板避让孔，装置立柱上沿上下方向导向移动装配有加载机构，加载机构在上下移动过程中具有移动到电子天平上侧的加载机构第一工位和移动到电子天平下侧的加载机构第二工位。
进一步的，加载机构包括机构座，机构座上沿上下方向导向移动装配有加载杆，加载杆的下端为施压端，加载杆的上端为施拉端。
进一步的，机构座包括缸体，加载杆包括与缸体内腔导向移动配合的活塞，缸体的内腔被活塞分隔成上侧油腔和下侧油腔，上侧油腔、下侧油腔上均设置有进油口。
进一步的，纤维夹具包括夹具底座、上端用于被加载机构顶压的传力件、上侧连接块和下侧连接块，上侧连接块固定于夹具底座上端，下侧连接块固定于传力件下端，被测的纤维连接于上侧连接块与下侧连接块之间。
进一步的，支架连杆的下端用于与被测纤维相连。
进一步的，装置立柱上沿上下方向导向移动装配有C形轨道，装置架上设置有驱动C形轨道上下移动的轨道驱动机构，C形轨道具有用于上下移动过程中避让所述电子天平的轨道缺口， C形轨道包括位于轨道缺口左右两侧的左侧轨道口和右侧轨道口，C形轨道具有沿周向延伸的轨道槽，轨道槽中导向移动装配有弧形的轨道条，C形轨道上设置有驱动轨道条沿轨道槽往复移动的轨道条驱动机构，加载机构安装于轨道条上，轨道条沿轨道槽导向移动过程中，具有轨道条两端分别位于左侧轨道口、右侧轨道口中的轨道条第一工位和转离所述轨道缺口的轨道条第二工位。
进一步的，轨道槽的截面形状为“凸”字形。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应地标号表示相同或对应地部分，其中：
图1是本发明中加载机构处于第一工位时的使用状态图；
图2是图1中加载机构与纤维夹具、电子天平的配合示意图；
图3是本发明中电子天平的结构原理图；
图4是图1中加载机构与轨道条配合的俯视图；
图5是图1中加载机构与轨道条的配合示意图；
图6是图4中轨道条处于第二工位的状态示意图；
图7是本发明中加载机构处于第二工位时的使用状态图；
图8是本发明中丝杠、导向杆相对装置立柱的分布示意图；
附图标记说明：1、轨道驱动电机；2、丝母；3、丝杆；4、导向杆；5、驱动齿轮；6、轨道条驱动电机；7、C形轨道；8、外齿圈；9、轨道条；10、加载机构；11、机构座；12、纤维夹具；13、秤盘；14、电子天平；15、天平托板；16、装置立柱；17、施拉端；18、加载杆；19、夹具底座；20、施压端；21、上侧连接块；22、传力件；23、被测纤维；24、下侧连接块；25、簧片；26、磁钢；27、支架连杆；28、磁回路体；29、线圈及线圈架；30、缸体；31、活塞；32、上侧油腔；33、下侧油腔；34、轨道缺口；35、左侧轨道口；36、右侧轨道口；37、天平底座；38、轨道驱动电机。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
本发明中一种纤维强度测量方法的实施例：
使用纤维强度测量装置来对被测纤维的强度进行检测，具体检测时，有两种检测方式：第一种，加载机构位于电子天平的上侧，纤维夹具放置于电子天平的秤盘上，被测纤维连接于纤维夹具的上侧连接块与下侧连接块之间，加载机构的加载杆下行，加载杆下端的施压端对传力件上端施加向下方向作用力，下侧连接块对被测纤维施加向下拉力，上侧连接块和夹具底座对秤盘施加向下压力，当被测纤维断开时，电子天平的读数即为被测纤维的抗拉强度；第二种，加载机构位于电子天平的下侧，将被测纤维连接于支架连杆下端与加载杆的上端之间，加载杆下行，加载杆的拉力经过被测纤维传递给支架连杆，当被测纤维断开时，电子天平的读数即为被测纤维的抗拉前度。
加载机构由电子天平上侧移动到电子天平下侧的过程为，取走纤维夹具，轨道条驱动电机工作，驱动齿轮与齿圈传动，轨道条沿轨道槽转动，直至轨道条的右端转离右侧轨道口，并转动至左侧轨道口，此时轨道条转离轨道缺口，轨道条上下移动时，机构座和电子天平不会对轨道条进行阻挡，丝杠转动，驱动C形轨道下行，当加载机构移动至电子天平下侧时，再次转动轨道条，使得加载机构的加载杆移动到电子天平的支架连杆的正下侧。
纤维强度测量装置包括装置架和电子天平14，电子天平14包括秤盘13、簧片25、磁钢26、磁回路体28、线圈及线圈架29、位移传感器（图中未示出）和天平底座37，秤盘的底部固定有竖向布置的支架连杆27，支架连杆27通过上下布置的簧片25与天平底座相连。位移传感器用于测量支架连杆27的竖向位移，支架连杆27的竖向位移量反应被测物体的作用力。电子天平的原理属于现有技术，本发明中的电子天平与传统电子天平不同的是，本发明中支架连杆27的下端长度较长，天平底座上设置有用于避让支架连杆下端的底座避让孔，这样支架连杆的下端可以实现直接或间接与纤维连接。
装载架包括装置立柱16，装置立柱16上固定有天平托板15，使用时，电子天平放置于天平托板上，天平托板上开设有用于避让支架连杆下端的托板避让孔，支架连杆27的下端经底座避让孔和托板避让孔穿出。当然在本发明的其它实施例中，支架连杆的下端也可以不由托板避让孔穿出，当需要支架连杆下端与被测纤维23连接时，也可以通过一个转接连接件实现。
装置立柱16上沿上下方向导向移动装配有加载机构10，加载机构10在上下移动过程中具有移动到天平上侧的加载机构第一工位和移动到电子天平下侧的加载机构第二工位。
加载机构包括机构座11和加载杆18，机构座包括一个安装板和固定于安装板上的缸体30，加载杆包括与缸体内腔导向移动配合的活塞31，缸体的内腔被活塞分隔成上侧油腔32和下侧油腔33，上侧油腔32、下侧油腔33上均设置有进油口和回油口，加载杆的下端由缸体下侧伸出而为施压端20，加载杆的上端由缸体上侧伸出而为施拉端17。
纤维强度测量装置还包括用于将纤维拉力转换成对秤盘压力的纤维夹具12，纤维夹具包括夹具底座19、上端用于被加载机构顶压的传力件22、上侧连接块21和下侧连接块24，上侧连接块21固定于夹具底座19上端，下侧连接块24固定于传力件22下端，被测纤维23连接于上侧连接块21与下侧连接块24之间。
装置立柱上沿上下方向导向移动装配有C形轨道7，装置架上设置有驱动C形轨道7上下移动的轨道驱动机构，具体的，在装置立柱上固定有两个沿周向间隔布置的导向杆4，C形轨道沿上下方向与导向杆4导向移动配合。轨道驱动机构包括轨道驱动电机38和与轨道驱动电机38传动连接的丝杠3，丝杠竖向布置，C形轨道上固定有与丝杠螺纹配合的丝母，转动丝杠，C形轨道可以上下移动。
C形轨道具有沿周向延伸的轨道槽，轨道槽的截面形状为“凸”字形，C形轨道具有用于上下移动过程中避让电子天平和天平托板的轨道缺口34，C形轨道包括位于轨道缺口左右两侧的左侧轨道口35和右侧轨道口36，轨道槽中导向移动装配有弧形的轨道条9，轨道条9也为C形结构，C形轨道上设置有驱动轨道条沿轨道槽往复移动的轨道条驱动机构，轨道条驱动机构包括轨道条驱动电机6，轨道条驱动电机6的电机轴上固定有驱动齿轮5，轨道条外周固定有外齿圈8，驱动齿轮5与外齿圈8啮合传动。驱动齿轮5转动时，可以带着外齿圈8往复转动，从而带动轨道条9往复转动。
轨道条9的截面形状也是“凸”字形，轨道条9的上端突出于C形轨道，加载机构的机构座11固定于轨道条上端。
本发明有两种使用方式：第一种，加载机构位于电子天平的上侧，此时需要使用纤维夹具，将纤维夹具放置于电子天平的秤盘上，被测纤维连接于纤维夹具的上侧连接块与下侧连接块之间，加载机构的加载杆下行，加载杆下端的施压端对传力件上端施加向下方向作用力，下侧连接块对被测纤维施加向下拉力，上侧连接块和夹具底座对秤盘施加向下压力，当被测纤维断开时，电子天平的读数即为被测纤维的强度。
第二种，加载机构位于电子天平的下侧，加载机构由电子天平上侧移动到电子天平下侧的过程为，取走纤维夹具，轨道条驱动电机工作，驱动齿轮与齿圈传动，轨道条沿轨道槽转动，直至轨道条的右端转离右侧轨道口，并转动至左侧轨道口，此时相当于轨道条转离轨道缺口如图6所示，此时轨道条上下移动时，机构座和电子天平不会对轨道条进行阻挡，丝杠转动，驱动C形轨道下行，当加载机构移动至电子天平下侧时，再次转动轨道条，使得加载机构的加载杆移动到电子天平的支架连杆的正下侧，将被测纤维连接于支架连杆下端与加载杆的上端之间，如图7所示，加载杆下行，可以直接对被测纤维施加拉力，该拉力传给支架连杆，通过支架连杆产生的位移来确定拉力，当被测纤维断开时，电子天平的读数即为被测纤维的强度。
在第二种情况时，直接对电子天平的支架连杆施加拉力而实现对被测纤维的抗力强度测量。本发明中既可以通过对电子天平施加压力来实现被测纤维强度测量，又可以对电子天平施加拉力来实现被测纤维强度测量。使用范围更加广泛，对同一纤维而言，可以通过两种方式来检测纤维的抗力强度，取其平均值，对纤维抗力强度的测量更加准确。
在本发明的其它实施例中，加载机构还可以是气缸或者电动推杆等。
在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (8)

1.一种纤维强度测量方法， 其特征在于：使用纤维强度测量装置来对被测纤维的强度进行检测，具体检测时，有两种检测方式：第一种，加载机构位于电子天平的上侧，纤维夹具放置于电子天平的秤盘上，被测纤维连接于纤维夹具的上侧连接块与下侧连接块之间，加载机构的加载杆下行，加载杆下端的施压端对传力件上端施加向下方向作用力，下侧连接块对被测纤维施加向下拉力，上侧连接块和夹具底座对秤盘施加向下压力；第二种，加载机构位于电子天平的下侧，将被测纤维连接于支架连杆下端与加载杆的上端之间，加载杆下行，加载杆的拉力经过被测纤维传递给支架连杆，加载机构由电子天平上侧移动到电子天平下侧的过程为，取走纤维夹具，轨道条驱动电机工作，驱动齿轮与齿圈传动，轨道条沿轨道槽转动，直至轨道条的右端转离右侧轨道口，并转动至左侧轨道口，此时轨道条转离轨道缺口，轨道条上下移动时，机构座和电子天平不会对轨道条进行阻挡，丝杠转动，驱动C形轨道下行，当加载机构移动至电子天平下侧时，再次转动轨道条，使得加载机构的加载杆移动到电子天平的支架连杆的正下侧。
2.根据权利要求1所述的纤维强度测量方法，其特征在于：纤维强度测量装置包括装置架和电子天平，电子天平包括天平底座和上端设置有秤盘的支架连杆，纤维强度测量装置还包括用于置于所述秤盘上的用于将纤维拉力转换成对秤盘压力的纤维夹具，其特征在于：装置架包括装置立柱，装置立柱上固定有天平托板，电子天平设置于所述天平托板上，天平托板上开设有用于避让支架连杆下端的托板避让孔，装置立柱上沿上下方向导向移动装配有加载机构，加载机构在上下移动过程中具有移动到电子天平上侧的加载机构第一工位和移动到电子天平下侧的加载机构第二工位。
3.根据权利要求2所述的纤维强度测量方法，其特征在于：加载机构包括机构座，机构座上沿上下方向导向移动装配有加载杆，加载杆的下端为施压端，加载杆的上端为施拉端。
4.根据权利要求3所述的纤维强度测量方法，其特征在于：机构座包括缸体，加载杆包括与缸体内腔导向移动配合的活塞，缸体的内腔被活塞分隔成上侧油腔和下侧油腔，上侧油腔、下侧油腔上均设置有进油口。
5.根据权利要求2所述的纤维强度测量方法，其特征在于：纤维夹具包括夹具底座、上端用于被加载机构顶压的传力件、上侧连接块和下侧连接块，上侧连接块固定于夹具底座上端，下侧连接块固定于传力件下端，被测的纤维连接于上侧连接块与下侧连接块之间。
6.根据权利要求1所述的纤维强度测量方法，其特征在于：支架连杆的下端用于与被测纤维相连。
7.根据权利要求2~6任意一项所述的纤维强度测量方法，其特征在于：装置立柱上沿上下方向导向移动装配有C形轨道，装置架上设置有驱动C形轨道上下移动的轨道驱动机构，C形轨道具有用于上下移动过程中避让所述电子天平的轨道缺口， C形轨道包括位于轨道缺口左右两侧的左侧轨道口和右侧轨道口，C形轨道具有沿周向延伸的轨道槽，轨道槽中导向移动装配有弧形的轨道条，C形轨道上设置有驱动轨道条沿轨道槽往复移动的轨道条驱动机构，加载机构安装于轨道条上，轨道条沿轨道槽导向移动过程中，具有轨道条两端分别位于左侧轨道口、右侧轨道口中的轨道条第一工位和转离所述轨道缺口的轨道条第二工位。
8.根据权利要求7所述的纤维强度测量方法，其特征在于：轨道槽的截面形状为“凸”字形。
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