CN116202886A - 一种金属材料剪切模量的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属材料剪切模量的检测装置及其检测方法，包括摆动液压缸，摆动液压缸内设有定子块、转子和叶片，定子块固定设在摆动液压缸内壁，转子转动设在摆动液压缸内，叶片固定设在转子上，定子块、转子和叶片将摆动液压缸分隔为进油腔和出油腔，进油腔上设有进油口，进油口通过进油管与油箱相连，进油管上设有液压泵，出油腔上设有出油口，出油口通过出油管与油箱相连，出油管和进油管上均设有二位四通换向阀，转子穿出摆动液压缸并通过联轴器与测试杆相连，测试杆远离转子端设有测试杆固定装置，转子上还设有游标量角器。本装置和检测方法保证了剪切模量的准确性。

Description

一种金属材料剪切模量的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及金属材料力学性能检测技术领域，具体涉及一种金属材料剪切模量的检测装置及其检测方法。

背景技术

金属材料剪切模量G是材料自身的力学性能参数，是衡量金属材料抵抗剪切破坏和扭转破坏的重要参数。材料的剪切模量G越大，其抵抗破坏的能力则越强；反之，亦然。同时，准确检测和研究金属材料剪切模量G，对提高传动的准确性也有极其重要的意义。

当前常用的扭转仪检测法存在的缺陷：（1）用百分表检测得到的数据是扭转角对边长度的水平投影，并不是扭转角对边的实际长度（扭转角的对边是倾斜的），从而影响检测的准确性；（2）加载方式是逐级增加砝码。由于荷载增加量的不连续性，可能导致振动，同时操作也不方便。其他检测方法往往存在信号的衰减和损失，从而影响检测结果的准确性。

公开号为CN203432857U，公开号为2014.02.12的中国专利公开了一种用于自润滑材料剪切模量测试装置，包括试验机底座、试验台、第一支柱、第二支柱、第三支柱、第四支柱、试验机顶盖、第一吊环、第二吊环、第三吊环、第四吊环、液压缸、加载头、第一传感器支座、第二传感器支座、第一电涡流位移传感器、第二电涡流位移传感器、第一垫块、第二垫块、V型槽、V型块；所述试验台固定在试验机底座的中心，所述第一支柱、第二支柱、第三支柱、第四支柱对称安装在试验机底座的四角上，顶端分别安装第一吊环、第二吊环、第三吊环、第四吊环；所述试验机顶盖固定在四根支柱的上端，所述液压缸安装在试验机顶盖上部，液压缸的输出轴连接加载头，控制加载头上下运动施加载荷；第一传感器支座、第二传感器支座采用永磁吸附分别固定在第一支柱、第二支柱上；第一传感器支座连接第一电涡流位移传感器、第二传感器支座连接第二电涡流位移传感器；第二垫片放置于试验台上，第一垫片、第二垫片中间放置V型槽和V型块；自润滑材料试样贴于V型槽的两斜面上。但该测试装置需要使用到传感器，有信号的转换，存在信号的衰减导致剪切模量准确性差的缺点。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在检测准确性差的缺点，提供一种金属材料剪切模量的检测装置及其检测方法，摆动液压缸提供扭矩，叶片带动转子转动，从而带动测试杆转动，通过游标量角器读书测试杆转过的角度θ，代入公示后即可得到测试杆的剪切模量G值。本装置和检测方法无需信号转换，剪切模量G值的计算公式中每一个参数都与剪切弹性模量有直接关系，克服了用近似参数代替直接参数的弊端，保证了剪切模量的准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种金属材料剪切模量的检测装置，包括摆动液压缸，所述摆动液压缸内设置有定子块、转子和叶片，所述定子块固定设置在摆动液压缸内壁，所述转子转动设置在摆动液压缸内，所述叶片固定设置在转子上，所述定子块、转子和叶片将摆动液压缸分隔为进油腔和出油腔，所述进油腔上设置有进油口，所述进油口通过进油管与油箱相连，所述进油管上设置有液压泵，所述出油腔上设置有出油口，所述出油口通过出油管与油箱相连，所述出油管和进油管上均设置有二位四通换向阀，所述转子穿出摆动液压缸并通过联轴器与测试杆相连，所述测试杆远离转子端设置有测试杆固定装置，所述转子上还设置有游标量角器。

优选的，所述游标量角器包括游标量角器定盘和游标量角器动盘。

优选的，所述转子穿出摆动液压缸处设置有量角器支架，所述游标量角器定盘设置在量角器支架上，所述游标量角器动盘设置在转子上。

优选的，所述液压泵与控制电路系统相连。

优选的，所述控制电路系统包括交流电源，所述交流电源通过电线与停检按钮、交流接触器主触头、交流接触器线圈、第一电路和第二电路，所述第一电路和第二电路并联设置，所述第一电路上设置有开检按钮，所述第二电路上设置有交流接触器常开开关，所述交流接触器主触头与液压泵的电动机相连。

优选的，所述进油管上设置有溢流阀。

优选的，所述二位四通换向阀采用手动阀。

优选的，所述二位四通换向阀为钢珠定位式换向阀。

一种金属材料剪切模量的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、测试准备：准备测试杆，测试杆一端放置在测试杆固定装置中，测试杆另一端与转子完成连接，拨动游标量角器定盘，使游标量角器定盘的零刻线与游标量角器的动盘零刻线对齐，调整溢流阀压力；

步骤二、按下开检按钮，交流接触器线圈带电，交流接触器主触头闭合，液压泵的电动机工作，液压泵向系统供油；同时交流接触器常开开关闭合，整个电路自锁，系统正常工作，摆动液压缸中液体压力逐渐增加，摆动液压缸带动测试杆缓慢扭动；当系统压力达到溢流阀调定压力时，系统压力停止增加，摆动液压缸和测试杆都停止扭动；

步骤三、当测试杆停止扭动后，通过游标量角器读出试件右端面转过的角度θ，随后计算得到测试杆的剪切模量G值；

步骤四、按下停检按钮，整个控制电路系统断电，用手推动二位四通换向阀的手柄，系统自动卸载。

优选的，所述步骤一中，所述测试杆的长度为

，测试杆的直径为d，将测试杆开好键槽，并通过联轴器完成转子与测试杆的连接。

优选的，所述步骤三中，计算机C语言编制成计算程序，将测试杆的检测结果数据θ输入，即得出测试杆的剪切模量G值。

本技术方案的有益效果如下：

一、本发明提供的一种金属材料剪切模量的检测装置，摆动液压缸提供扭矩，叶片带动转子转动，从而带动测试杆转动，通过游标量角器读书测试杆转过的角度θ，代入公示后即可得到测试杆的剪切模量G值。本装置和检测方法无需信号转换，剪切模量G值的计算公式中一个参数都与剪切弹性模量有直接关系，克服了用近似参数代替直接参数的弊端，保证了剪切模量的准确性。

二、本发明提供的一种金属材料剪切模量的检测方法，按下开检按钮，交流接触器线圈带电，交流接触器主触头闭合，液压泵的电动机工作，液压泵向系统供油；同时交流接触器常开开关闭合，整个电路自锁，系统正常工作，摆动液压缸中液体压力逐渐增减，摆动液压缸带动测试杆缓慢扭动；当系统压力达到溢流阀调定压力时，系统压力停止增加，摆动液压缸和测试杆都停止扭动；本发明中检测方法使用更方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的中电路系统的示意图；

图3是图1中A-A处的剖视图；

图4是图1中B-B处的剖视图；

图5是本发明理论依据的结构示意图；

图6是本发明中扭矩计算的结构示意图；

其中：1、摆动液压缸；2、定子块；3、转子；4、叶片；5、进油腔；6、出油腔；7、进油口；8、出油口；9、进油管；10、油箱；11、液压泵；12、出油管；13、二位四通换向阀；14、测试杆；15、联轴器；16、测试件固定装置；17、游标量角器；171、游标量角器定盘；172、游标量角器动盘；173、量角器支架；18、控制电路系统；181、交流电源；182、电线；183、停检按钮；184、交流接触器主触头；185、交流接触器线圈；186、第一电路；187、第二电路；188、开检按钮；189、交流接触器常开开关；19、溢流阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的理论依据，如图5和图6所示，根据圆轴扭转时的变形状况，如图1所示，φ是扭转角；测试杆14长度为

；T为测试杆14所承受的扭矩；G为测试杆14的剪切弹性模量；Ip为极惯性矩。

根据：

从而可以得出：

只要检测出φ，就可以计算出材料的剪切弹性模量G。

将测试杆14加工成圆柱形状，并将测试杆14左端固定。测试杆14在加载之前，平面AMO处于竖直平面状态，给测试杆一个适当的扭矩，测试杆14必然发生扭转变形。加载前的AMO平面将扭转到ANO平面位置，∠MAN就是扭转角φ。图中显示△MAN和△OMN是两个同底边的等腰三角形。设∠MON为θ，根据三角形的相关知识有（AM=AN=l，OM=ON=r）：

根据三角函数关系，有：

因此，只要检测出θ角，就可以得到扭转角φ。

本装置采用摆动液压缸1提供扭矩，既可以缓慢加载以增强加载的平稳性，有可以方便地通过溢流阀19改变荷载的大小，叶片4长为a；叶片4宽为b；作用于面上的液压力为P_y。

实施例1

如图1-图4所示，一种金属材料剪切模量的检测装置，包括摆动液压缸1，所述摆动液压缸1内设置有定子块2、转子3和叶片4，所述定子块2固定设置在摆动液压缸1内壁，所述转子3转动设置在摆动液压缸1内，所述叶片4固定设置在转子3上，所述定子块2和转子3间隙配合，既能实现转动，又能避免进油腔5和出油腔6内液压油的相互流动，所述定子块2、转子3和叶片4将摆动液压缸1分隔为进油腔5和出油腔6，所述进油腔5上设置有进油口7，所述进油口7通过进油管9与油箱10相连，所述进油管9上设置有液压泵11，所述出油腔6上设置有出油口8，所述出油口8通过出油管12与油箱10相连，所述出油管12和进油管9上均设置有二位四通换向阀13，所述转子3穿出摆动液压缸1并通过联轴器15与测试杆14相连，所述测试杆14远离转子3端设置有测试杆14固定装置，所述转子3上还设置有游标量角器17，游标量角器17的精度已达到0.05°，摆动液压缸1提供扭矩，叶片4带动转子3转动，从而带动测试杆14转动，通过游标量角器17读书测试杆14转过的角度θ，代入公示后即可得到测试杆14的剪切模量G值。本装置和检测方法无需信号转换，剪切模量G值的计算公式中每一个参数都与剪切弹性模量有直接关系，克服了用近似参数代替直接参数的弊端，保证了剪切模量的准确性。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别点在于：所述游标量角器17包括游标量角器定盘171和游标量角器动盘172。

其中，所述转子3穿出摆动液压缸1处设置有量角器支架173，所述游标量角器定盘171设置在量角器支架173上，所述游标量角器动盘172设置在转子3上。

其中，所述液压泵11与控制电路系统18相连。

其中，所述控制电路系统18包括交流电源181，所述交流电源181通过电线182与停检按钮183、交流接触器主触头184、交流接触器线圈185、第一电路186和第二电路187，所述第一电路186和第二电路187并联设置，所述第一电路186上设置有开检按钮188，所述第二电路187上设置有交流接触器常开开关189，所述交流接触器主触头184与液压泵11的电动机相连。

其中，所述进油管9上设置有溢流阀19。溢流阀19既可以限压，有其过载保护的作用。

其中，所述二位四通换向阀13采用手动阀。

其中，所述二位四通换向阀13为钢珠定位式换向阀。检测测试杆14时可以正向扭动，也可反向扭动，钢珠定位式换向阀在不推动换向阀的手柄时能完成液压系统的锁定。

一种金属材料剪切模量的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、测试准备：准备测试杆14，测试杆14一端放置在测试杆14固定装置中，测试杆14另一端与转子3完成连接，拨动游标量角器定盘171，使游标量角器定盘171的零刻线与游标量角器17的动盘零刻线对齐，调整溢流阀19压力；

步骤二、按下开检按钮188，交流接触器线圈185带电，交流接触器主触头184闭合，液压泵11的电动机工作，液压泵11向系统供油；同时交流接触器常开开关189闭合，整个电路自锁，系统正常工作，摆动液压缸1中液体压力逐渐增加，摆动液压缸1带动测试杆14缓慢扭动；当系统压力达到溢流阀19调定压力时，系统压力停止增加，摆动液压缸1和测试杆14都停止扭动；

步骤三、当测试杆14停止扭动后，通过游标量角器17读出试件右端面转过的角度θ，随后计算得到测试杆14的剪切模量G值；

根据：

可得：

/>

步骤四、按下停检按钮183，整个控制电路系统18断电，用手推动二位四通换向阀13的手柄，系统自动卸载。

其中，所述步骤一中，所述测试杆14的长度为

，测试杆14的直径为d，将测试杆14开好键槽，并通过联轴器15完成转子3与测试杆14的连接。

其中，所述步骤三中，计算机C语言编制成计算程序，将测试杆14的检测结果数据θ输入，即得出测试杆14的剪切模量G值。其中未知数只有θ一个，可以很快适应不同的测试杆14，具有计算方便的优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：包括摆动液压缸（1），所述摆动液压缸（1）内设置有定子块（2）、转子（3）和叶片（4），所述定子块（2）固定设置在摆动液压缸（1）内壁，所述转子（3）转动设置在摆动液压缸（1）内，所述叶片（4）固定设置在转子（3）上，所述定子块（2）、转子（3）和叶片（4）将摆动液压缸（1）分隔为进油腔（5）和出油腔（6），所述进油腔（5）上设置有进油口（7），所述进油口（7）通过进油管（9）与油箱（10）相连，所述进油管（9）上设置有液压泵（11），所述出油腔（6）上设置有出油口（8），所述出油口（8）通过出油管（12）与油箱（10）相连，所述出油管（12）和进油管（9）上均设置有二位四通换向阀（13），所述转子（3）穿出摆动液压缸（1）并通过联轴器（15）与测试杆（14）相连，所述测试杆（14）远离转子（3）端设置有测试杆固定装置（16），所述转子（3）上还设置有游标量角器（17）。

2.根据权利要求1所述的一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：所述游标量角器（17）包括游标量角器定盘（171）和游标量角器动盘（172）。

3.根据权利要求2所述的一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：所述转子（3）穿出摆动液压缸（1）处设置有量角器支架（173），所述游标量角器定盘（171）设置在量角器支架（173）上，所述游标量角器动盘（172）设置在转子（3）上。

4.根据权利要求1或3所述的一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：所述液压泵（11）与控制电路系统（18）相连。

5.根据权利要求4所述的一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：所述控制电路系统（18）包括交流电源（181），所述交流电源（181）通过电线（182）与停检按钮（183）、交流接触器主触头（184）、交流接触器线圈（185）、第一电路（186）和第二电路（187），所述第一电路（186）和第二电路（187）并联设置，所述第一电路（186）上设置有开检按钮（188），所述第二电路（187）上设置有交流接触器常开开关（189），所述交流接触器主触头（184）与液压泵（11）的电动机相连。

6.根据权利要求5所述的一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：所述进油管（9）上设置有溢流阀（19）。

7.根据权利要求6所述的一种金属材料剪切模量的检测装置，其特征在于：所述二位四通换向阀（13）采用手动阀，所述二位四通换向阀（13）为钢珠定位式换向阀。

8.一种金属材料剪切模量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、测试准备：准备测试杆（14），测试杆（14）一端放置在测试杆固定装置（16）中，测试杆（14）另一端与转子（3）完成连接，拨动游标量角器定盘（171），使游标量角器定盘（171）的零刻线与游标量角器（17）的动盘零刻线对齐，调整溢流阀（19）压力；

步骤二、按下开检按钮（188），交流接触器线圈（185）带电，交流接触器主触头（184）闭合，液压泵（11）的电动机工作，液压泵（11）向系统供油；同时交流接触器常开开关（189）闭合，整个电路自锁，系统正常工作，摆动液压缸（1）中液体压力逐渐增加，摆动液压缸（1）带动测试杆（14）缓慢扭动；当系统压力达到溢流阀（19）调定压力时，系统压力停止增加，摆动液压缸（1）和测试杆（14）都停止扭动；

步骤三、当测试杆（14）停止扭动后，通过游标量角器（17）读出试件右端面转过的角度θ，随后计算得到测试杆（14）的剪切模量G值；

步骤四、按下停检按钮（183），整个控制电路系统（18）断电，用手推动二位四通换向阀（13）的手柄，系统自动卸载。

9.根据权利要求8所述的一种金属材料剪切模量的检测方法，其特征在于：所述步骤一中，所述测试杆（14）的长度为

，测试杆（14）的直径为d，将测试杆（14）开好键槽，并通过联轴器（15）完成转子（3）与测试杆（14）的连接。

10.根据权利要求9所述的一种金属材料剪切模量的检测方法，其特征在于：所述步骤三中，计算机C语言编制成计算程序，将测试杆（14）的检测结果数据θ输入，即得出测试杆（14）的剪切模量G值。

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