CN201166629Y - 高精度大量程扭角测量仪 - Google Patents

Abstract

一种高精度大量程扭角测量仪，由直齿圆柱齿轮传动机构、光电编码器和记数板组成，其中，光电编码器的输出端与记数板的输入端连接，记数板的输出端与计算机连接；直齿圆柱齿轮机构中的两个主动齿轮安装在试样的测量标距处，并通过安装在主动齿轮上的夹紧装置将测量仪与试样固联；直齿圆柱齿轮机构中的两个从动轮分别与测试装置的光电编码器连接。本实用新型的优点是：1.可精确地测取试样上标距段内的相对扭转角，并能够连续地测取试样标距段内的大范围相对扭转角。2.具有良好的稳定性和抗干扰性。3.可以测绘T－φ全曲线，同时可较精确地测定材料的切变模量G、剪切屈服点τ_s和抗剪强度τ_b。

Description

高精度大量程扭角测量仪

技术领域：

本实用新型涉及一种用于测定工程材料力学特性的扭转实验装置，特别涉及一种高精度大量程扭角测量仪。

背景技术：

扭转试验是测定工程材料力学性能的重要手段之一，试样在承受扭转变形时扭矩和扭转角间的关系曲线、切变模量G、剪切屈服点应力和抗剪强度等力学性能指标都可通过扭转试验测取。目前的扭转试验机所采用的在变速箱处安装自整角发生器或光电编码器的方法所记录的扭转角，是装卡试样的两个夹头之间的相对转角，它只能定性地代表试样的扭转角，不能用来准确计算材料的切变模量G。采用高精度扭角仪测量试样的扭转角时，在材料屈服之前须将扭角仪取下，因而不能同时记录试样的扭矩-扭转角全曲线。

发明内容：

本实用新型的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种高精度大量程扭角测量仪，该测量仪能够适应目前金属扭转试验的要求，不仅可以测绘T-φ全曲线，还可较精确地测定材料的切变模量G、剪切屈服点τ_s和抗剪强度τ_b，具有良好的稳定和重复性，其测量精度指标符合计量检测规程的技术要求。

本实用新型的技术方案是：一种高精度大量程扭角测量仪，其特征在于：由直齿圆柱齿轮传动机构、光电编码器和记数板组成，其中，光电编码器的输出端与记数板的输入端连接，记数板的输出端与计算机连接；直齿圆柱齿轮机构中的两个主动齿轮安装在试样的测量标距处，并通过安装在主动齿轮上的夹紧装置将测量仪与试样固联；直齿圆柱齿轮机构中的两个从动轮分别与测试装置的光电编码器连接。

上述两个从动轮分别与光电编码器采用刚性固定式连接。

本实用新型具有如下的优点和积极效果：

1.由于本测量仪采用直齿圆柱齿轮传动机构，其传动比恒定，适宜测取扭转角，因此可精确地测取试样上标距段内的相对扭转角，并能够连续地测取试样标距段内的大范围相对扭转角。

2.本测量仪将直齿圆柱齿轮传动机构与光电编码器连接，光电编码器可将直齿圆柱齿轮机构从动论传递的信号以脉冲信号输出，具有良好的稳定性和抗干扰性。

3.可以测绘T-φ全曲线，同时可较精确地测定材料的切变模量G、剪切屈服点τ_s和抗剪强度τ_b。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型测试装置的原理框图。

图3是低碳钢试样扭矩-扭转角测试曲线图。

图4是铝试样扭矩-扭转角测试曲线图。

图5是铸铁试样扭矩-扭转角测试曲线图。

具体实施方式：

如图1、2所示：一种高精度大量程扭角测量仪，由直齿圆柱齿轮传动机构和测试装置组成；测试装置由光电编码器和记数板组成，其中，光电编码器4的输出端与记数板的输入端连接，记数板的输出端与计算机连接；直齿圆柱齿轮机构中的两个主动齿轮1、2通过螺母7安装在试样3两端，并通过安装在主动齿轮上的夹紧装置与试样固联；直齿圆柱齿轮机构中的两个从动轮5、6分别与测试装置的光电编码器采用刚性固定式连接。

为了精确地测取试样上标距段内的相对扭转角，并能够连续地测取试样标距段内的大范围相对扭转角，设计并研制出一套采用齿轮副传动、光电编码器输出脉冲信号的机械-数字式扭角测量仪。

采用直齿圆柱齿轮机构，可将试样上的扭转角进行初步放大。由于直齿圆柱齿轮结构的传动比恒定，因此传动平稳，冲击、振动和躁声较小，适宜测取扭转角。所采用的齿轮副的中心距为109mm，模数为1mm，压力角为200。

本测量仪的工作原理是：

主动齿轮1和主动齿轮2分别安装在试样两端，当试样承受一定扭矩时，试样产生扭转变形，两齿轮相对位置发生变化，即主动齿轮1相对主动齿轮2转过一个角度，这个角度为扭转角φ。主动齿轮1和主动齿轮2将扭转角分别传递给从动轮3和从动轮4。为了保证传递精度，从动轮3、4与两光电编码器之间采用刚性固定式联接，两光电编码器将所产生的脉冲一并输入给两个记数板。对于长为l、扭矩T为常数的等截面圆轴，其两端横截面间的相对扭转角为式中φ为扭转角，T为作用于轴上的 $\mathrm{\φ}=\frac{\mathrm{Tl}}{{\mathrm{GI}}_P}$ 扭矩，l为被测试样的原始标距，G为切变模量，I_P为试样横截面的极惯性矩。从式中可知，切变模量G与上述参数中φ、T、l和I_P相关，如果已知这些参数，便可精确求出切变模量G。该扭角仪实现了50mm定标距内测取高精度扭转角的功能，这样便可精确测量出材料的切变模量G。为了保证50mm定标矩，在主动齿轮1和主动齿轮2上设计安装了夹紧装置。当扭角仪需要与试样加紧时，转动螺母，螺母推动锥面沿轴线移动，至使均布在径向、同一横截面上的三个圆柱销沿径向同步运动，通过锥面实现扭角仪与试样夹紧。其结构简单、紧凑、适应性强。标矩长度由两个轴承间的位置确定。

如图3、4、5所示：本测量仪对3组不同材料的试样进行测试。试样分别为低碳钢、铝合金和铸铁材料，各选5件。以纵坐标表示扭矩T(单位：N.m)，横坐标表示扭转角φ(单位0)，进行了实时的扭矩-扭转角曲线图绘制。

从记录的扭转曲线可以看出低碳钢有明显的屈服阶段，屈服扭矩为37.03Nm，剪切屈服点应力为141MPa，最大扭矩为88.78Nm，抗剪强度为339MPa，最大扭转角为991°。切变模量G为77.38GPa。铝材的屈服扭矩为31.92Nm剪切屈服点应力为121.95MPa，最大扭矩为69.12Nm，抗剪强度为264MPa，最大扭转角为232°。切变模量G为25.38GPa。铸铁没有明显的屈服现象，最大扭矩为41.69Nm，抗剪强度为159Mpa，最大转角为14°。将上述实验结果与查表获得数据进行对比，证明实验结果有较高的准确度。

Claims (2)

1、一种高精度大量程扭角测量仪，其特征在于：由直齿圆柱齿轮传动机构、光电编码器和记数板组成，其中，光电编码器的输出端与记数板的输入端连接，记数板的输出端与计算机连接；直齿圆柱齿轮机构中的两个主动齿轮安装在试样的测量标距处，并通过安装在主动齿轮上的夹紧装置将测量仪与试样固联；直齿圆柱齿轮机构中的两个从动轮分别与测试装置的光电编码器连接。

2、根据权利要求1所述的高精度大量程扭角测量仪，其特征在于：上述两个从动轮分别与光电编码器采用刚性固定式连接。

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