CN204988909U - 一种板材扭转弯曲复合载荷试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种板材扭转弯曲复合载荷试验机，包括机架、扭转机构、弯曲机构和控制机箱，控制机箱上设计算机、操作面板和可编程控制器；扭转机构包括固定端、液压夹具、旋转加载端，固定端设扭矩传感器，旋转加载端包括伺服电机II、同步带、减速器，液压夹具分从动端和主动端，其间夹紧板材试件，从动端与扭矩传感器相连，主动端与减速器相连；弯曲机构包括偏心轮、驱动杆、推杆、转轴、伺服电机I，驱动杆连接推杆，推杆上设压力传感器，推杆设在板材试件垂直正下方，可编程控制器与计算机、伺服电机I和伺服电机II电连接。该试验机结构紧凑，能独立进行扭转或弯曲测试，也能同时进行扭转弯曲试验，更贴近实际应用中零件所承受的复杂载荷。

Description

一种板材扭转弯曲复合载荷试验机

技术领域

本实用新型属于材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种板材扭转弯曲复合载荷试验机。

背景技术

随着科学技术的发展，复合材料、熔覆材料以及经过表面热处理的材料的到广泛应用；在实际工作中零件往往会发扭转、弯曲、拉伸等情况；而且零件的扭转往往会和弯曲同时发生，为了确保零件在实际工作中的强度，因此在生产过程中就需要进行力学性能测试。

在材料性能研究试验中，试验机分为三种类型，即弯曲试验机、扭转试验机、拉压(或称轴向加载)试验机；传统的材料力学性能测试方法大都是通过单一载荷加载进行力学性能测试的。然而由于实际工况的复杂性，零件承受是复杂载荷，因此，在不同装置上分别进行力学性能测试，往往会存在试验误差大、精度低、自动化程度低。而且在力学性能测试中，材料的应力应变、抗拉抗弯强度等反应的是材料的综合性能；因此，对于零件的扭转和弯曲同时发生的情况，单一的力学参数往往和实际相差甚远，进而也使得结果不具有说服力。

目前，通常所说的材料扭转、弯曲性能试验机大都需要夹具装夹，然后进行力学性能测试，由于普通夹具的装夹是通过人工达到夹持的精确度，夹紧力也是完全通过螺栓压紧提供的；因此夹紧力不足的问题也经常发生，当板材试样在发生塑性变形时，夹头无法跟进保持足够的夹紧力，试样无法夹紧就会导致实验失败。

综上所述，设计一个结构巧妙，测试精度高的扭转弯曲复合载荷条件下的材料力学性能测试装置来检测材料综合作用下的力学性能是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有试验机只能通过单一载荷加载进行力学性能测试，不符合实际工况而导致试验效率和准确度低的问题。

为此，本实用新型提供了一种板材扭转弯曲复合载荷试验机，包括机架、扭转机构、弯曲机构和控制机箱，所述控制机箱设置在机架的右端，控制机箱内设置有计算机和可编程控制器，控制机箱表面设置操作面板；所述扭转机构包括固定端、液压夹具、旋转加载端，所述固定端固定在机架的左端，所述固定端上设置有扭矩传感器，所述旋转加载端固定在控制机箱上，旋转加载端由伺服电机II、同步带、减速器组成，伺服电机II与减速器通过同步带传动连接，所述液压夹具分为左右设置的从动端和主动端，从动端与扭矩传感器相连，主动端与减速器相连，从动端和主动端之间夹紧板材试件；所述弯曲机构包括偏心轮、驱动杆、推杆、转轴、伺服电机I，所述伺服电机I安装在机架的右侧，转轴的一端与伺服电机I上的齿轮相连，转轴另一端通过轴承和轴承座与偏心轮连接，偏心轮上设有连杆，所述偏心轮固定在机架上，所述驱动杆下端设置有连杆铰块，连杆铰块与连杆连接，驱动杆上端连接推杆，推杆端部设置推头，推头上安装有压力传感器，所述推杆设置在板材试件的下方，且与板材试件垂直正对；所述可编程控制器分别与控制机箱内的计算机、伺服电机I和伺服电机II电连接。

上述连杆铰块下端的驱动杆上设置有防松螺母。

上述驱动杆上套装有滑槽，该滑槽固定在机架上。

上述滑槽为套筒形状，与驱动杆间隙配合。

上述液压夹具为液压楔形夹具。

上述偏心轮上设有最高位和最低位。

上述机架上表面设置有工作台。

上述机架上表面设置有滑动导轨，固定端的下部在该滑动导轨左右移动。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的这种板材扭转弯曲复合载荷试验机既可以独立进行扭转、弯曲性能测试，也可以集成扭转与弯曲于一体进行复合载荷下的材料性能测试，更接近于材料实际应用下的受力情况，实验结果更具有真实性。

(2)本实用新型提供的这种板材扭转弯曲复合载荷试验机整体结构紧凑，采用一组相同的夹具可以实现板材试件的扭转和弯曲试验，充分利用了测试装置的空间。

(3)本实用新型提供的这种板材扭转弯曲复合载荷试验机采用偏心轮增大了弯曲试验的范围。

(4)本实用新型提供的这种板材扭转弯曲复合载荷试验机采用液压楔形夹具，解决了边旋转边持续夹紧的问题，大大降低的实验操作强度，提高了试验的准确度。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型板材扭转弯曲复合载荷试验机的结构示意图。

图2是本实用新型的控制原理图。

图3是本实用新型板材扭转弯曲复合载荷试验机中液压夹具的内部结构示意图。

图4是液压夹具的外部结构示意图。

图5是本实用新型板材扭转弯曲复合载荷试验机中偏心轮连接结构示意图。

附图标记说明：1、机架；2、防松螺母；3、连杆铰块；4、连杆；5、偏心轮；6、驱动杆；7、工作台；8、滑槽；9、固定端；10、液压夹具；11、板材试件；12、推杆；13、轴承；14、轴承座；15、旋转加载端；16、计算机；17、操作面板；18、转轴；19、齿轮；20、螺母；21、伺服电机I；22、可编程控制器；23、伺服电机II；24、同步带；25、减速器；26、扭矩传感器；27、滑动导轨；28、压力传感器；29、液压缸筒；30、油缸端盖；31、活塞杆；32.传动轴；33、夹持体；34、压盘；35、推力轴承；36、深沟球轴承；37、拉板；38、夹持钳口；39、钳口块；40、挡块；41、支架；42、压盖；43、从动端；44、主动端；45、推头。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有试验机只能通过单一载荷加载进行力学性能测试，不符合实际工况而导致试验效率和准确度低的问题，本实施例提供了一种如图1、图2、图3、图4和图5所示的板材扭转弯曲复合载荷试验机，包括机架1、扭转机构、弯曲机构和控制机箱，所述控制机箱设置在机架1的右端，控制机箱内设置有计算机16和可编程控制器22，控制机箱表面设置操作面板17；所述扭转机构包括固定端9、液压夹具10、旋转加载端15，所述固定端9固定在机架1的左端，所述固定端9上设置有扭矩传感器26，所述旋转加载端15固定在控制机箱上，旋转加载端15由伺服电机II23、同步带24、减速器25组成，伺服电机II23与减速器25通过同步带24传动连接，所述液压夹具10分为左右设置的从动端43和主动端44，从动端43与扭矩传感器26相连，主动端44与减速器25相连，从动端43和主动端44之间夹紧板材试件11；所述弯曲机构包括偏心轮5、驱动杆6、推杆12、转轴18、伺服电机I21，所述伺服电机I21安装在机架1的右侧，转轴18的一端与伺服电机I21上的齿轮19相连，转轴18另一端通过轴承13和轴承座14与偏心轮5连接，偏心轮5上设有连杆4，所述偏心轮5固定在机架1上，所述驱动杆6下端设置有连杆铰块3，连杆铰块3与连杆4连接，驱动杆6上端连接推杆12，推杆12端部设置推头45，推头45上安装有压力传感器28，所述推杆12设置在板材试件11的下方，且与板材试件11垂直正对；所述可编程控制器22分别与控制机箱内的计算机16、伺服电机I21和伺服电机II23电连接。

在扭转试验过程中，液压夹具10用于夹持板材试件11，计算机16发出指令，伺服电机II23输出转速，通过减速器25轴使旋转加载端15转动，对板材试件11施加扭矩，从动端43通过轴键与扭矩传感器26连接，试验加载过程固定不动,扭矩的大小通过扭矩传感器26测得，并在计算机16上进行实时监控。

在弯曲试验过程中，液压夹具10夹持好板材试件11，然后计算机16发出指令，伺服电机I21输出转矩通过齿轮19传递到转轴18，再经过转轴18传递给偏心轮5，偏心轮5把回转运动转换成推杆12的向上运动，推头45进行板材试件11的弯曲运动，弯曲力的大小通过压力传感器28测得，并在计算机16上进行实时监控。

复合载荷作用试验过程中，液压夹具10夹持好板材试件11，然后计算机16发出指令，通过可编程控制器22同时控制伺服电机I21和伺服电机II23，伺服电机I21控制其扭转模块进行扭转试验，伺服电机II23控制其弯曲模块进行弯曲试验，计算机16实现对扭转-弯曲的复合加载试验。

本实用新型提供的这种板材扭转弯曲复合载荷试验机可以单独进行扭转、弯曲试验，也可以在扭转弯曲两种复合载荷下进行材料力学性能测试；而且该试验机的装夹模块由夹具的机械部分和液压部分通过液压进行控制，可在旋转的同时实现液压持续夹紧，液压夹具的应用大大降低了实验的操作强度，从实验整体上提高了试验效率和试验准确度。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述连杆铰块3下端的驱动杆6上设置有防松螺母2，防止连杆铰块3从驱动杆6上松动脱离而切断偏心轮5与驱动杆6之间的连接。伺服电机I21上的齿轮19端部安装有螺母20，防止齿轮19松动。

所述驱动杆6上套装有滑槽8，该滑槽8固定在机架1上，滑槽8为套筒形状，与驱动杆6间隙配合，滑槽8限制驱动杆6的横向摆动，使驱动杆6运动轨迹尽量逼近直线，从而使板材试件11单纯受弯矩作用，使试验结果更加准确。

如图3所示，所述液压夹具10为液压楔形夹具，该液压楔形夹具由液压缸筒29、油缸端盖30、活塞杆31、传动轴32、夹持体33、压盘34、推力轴承35、深沟球轴承36、拉板37、夹持钳口38、钳口块39、挡块40、支架41、压盖42组成；液压缸筒29、油缸端盖30、活塞杆31及密封件组成了液压夹具的主体，液压夹持体33、油缸端盖30通过螺栓与支架连41接紧固，支架41则通过螺栓与扭转试验机的工作台固定，该液压楔形夹具属于公知技术，其结构及连接关系为公知技术，在此不作具体说明。

液压夹具10的持续夹紧工作原理是:实验的过程中，液压源持续供压，保证活塞杆31相对于夹持体持续滑移的压力，实验过程中要保证活塞杆31不会跟随传动轴32旋转，才能保证持续的夹紧力，如出现相对于液压缸筒29的旋转，则密封件会出现严重损坏，导致泄油，夹具损坏；扭转实验的过程中，传动轴32旋转，通过键连接带动夹持体33、夹持钳口38一同旋转，夹持体33又通过活塞杆31内部的轴承，实现了与活塞杆31的相对旋转；从而实现了边旋转加载边持续夹紧。液压夹具的应用大大降低的实验操作强度，提高了试验效率和试验准确度。

另外，所述偏心轮5上设有最高位和最低位，可以增大弯曲试验的范围。

而为了方便工作，所述机架1上表面设置有工作台7；所述机架1上表面设置有滑动导轨27，固定端9的下部在该滑动导轨27左右移动，根据板材试件11的长度，可通过滑动导轨27的左右滑动进行自由调节。

综上所述，本实用新型提供的这种板材扭转弯曲复合载荷试验机整体结构紧凑，采用一组相同的夹具可以实现板材试件的扭转和弯曲试验，充分利用了测试装置的空间；另外，采用偏心轮和液压楔形夹具，增大了弯曲试验的范围，解决了边旋转边持续夹紧的问题，大大降低的实验操作强度，提高了试验的准确度。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：包括机架(1)、扭转机构、弯曲机构和控制机箱，所述控制机箱设置在机架(1)的右端，控制机箱内设置有计算机(16)和可编程控制器(22)，控制机箱表面设置操作面板(17)；

所述扭转机构包括固定端(9)、液压夹具(10)、旋转加载端(15)，所述固定端(9)固定在机架(1)的左端，所述固定端(9)上设置有扭矩传感器(26)，所述旋转加载端(15)固定在控制机箱上，旋转加载端(15)由伺服电机II(23)、同步带(24)、减速器(25)组成，伺服电机II(23)与减速器(25)通过同步带(24)传动连接，所述液压夹具(10)分为左右设置的从动端(43)和主动端(44)，从动端(43)与扭矩传感器(26)相连，主动端(44)与减速器(25)相连，从动端(43)和主动端(44)之间夹紧板材试件(11)；

所述弯曲机构包括偏心轮(5)、驱动杆(6)、推杆(12)、转轴(18)、伺服电机I(21)，所述伺服电机I(21)安装在机架(1)的右侧，转轴(18)的一端与伺服电机I(21)上的齿轮(19)相连，转轴(18)另一端通过轴承(13)和轴承座(14)与偏心轮(5)连接，偏心轮(5)上设有连杆(4)，所述偏心轮(5)固定在机架(1)上，所述驱动杆(6)下端设置有连杆铰块(3)，连杆铰块(3)与连杆(4)连接，驱动杆(6)上端连接推杆(12)，推杆(12)端部设置推头(45)，推头(45)上安装有压力传感器(28)，所述推杆(12)设置在板材试件(11)的下方，且与板材试件(11)垂直正对；

所述可编程控制器(22)分别与控制机箱内的计算机(16)、伺服电机I(21)和伺服电机II(23)电连接。

2.如权利要求1所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述连杆铰块(3)下端的驱动杆(6)上设置有防松螺母(2)。

3.如权利要求1所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述驱动杆(6)上套装有滑槽(8)，该滑槽(8)固定在机架(1)上。

4.如权利要求3所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述滑槽(8)为套筒形状，与驱动杆(6)间隙配合。

5.如权利要求1所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述液压夹具(10)为液压楔形夹具。

6.如权利要求1所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述偏心轮(5)上设有最高位和最低位。

7.如权利要求1所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述机架(1)上表面设置有工作台(7)。

8.如权利要求1或7所述的板材扭转弯曲复合载荷试验机，其特征在于：所述机架(1)上表面设置有滑动导轨(27)，固定端(9)的下部在该滑动导轨(27)左右移动。