CN206683954U - 纤维拉伸测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纤维拉伸测试装置，包括机座单元、力加载单元、力传感器单元、位移调整机构、夹具组件；所述力传感器单元包括：安装支架、杠杆梁、测力传感器，测力传感器、杠杆梁、安装支架构成省力杠杆，位移调整机构包括X/Y轴调整组件、Z轴齿轮齿条直线滑台，夹具组件包括：上夹具框、上夹具片组、下夹具框、下夹具片组；上夹具框底面和下夹具框顶面同时在中心位置开有等大的小孔；本实用新型利用杠杆原理将拉力进行放大一定倍数后再进行测量，使得极细和低强度纤维的测试更加精确，在夹持纤维时，不会将试验人员拧紧夹具片的力与力矩传递给上夹具框，进而不会传给杠杆梁和测力传感器，保证了测力传感器的安全。

Description

纤维拉伸测试装置

技术领域

本实用新型属于纤维拉伸测试技术领域，具体涉及一种纤维拉伸测试装置。

背景技术

目前有的纤维材料应力特性测试台种类较多，大多数试验台测试拉伸过程中的拉力时，直接将拉力作用于测力传感器上以采集到拉力。然而对于极细或者强度极低的纤维，试验中的拉力是非常小的，传统测力传感器难以达到极小量程且高精度的性能指标，无法准确得到极细和强度极低纤维的应力特性。

此外，大多数试验台夹具与测量传感器直接进行刚性连接且夹具为纯机械结构需要手动加紧，试验人员在使用夹具将纤维加紧时，会将因夹紧夹具而产生的力与力矩传递给测力传感器上，对于测试纤维拉力的小量程测力传感器来说，容易超过传感器的最大载荷值而对传感器造成破坏。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种采用基于阿基米德杠杆原理的拉力放大结构的纤维拉伸测试装置。

为实现上述实用新型目的，本实用新型技术方案如下：

一种纤维拉伸测试装置，包括:机座单元、力加载单元、力传感器单元、位移调整机构、夹具组件；

所述机座单元包括水平的底座板、垂直于底座板的前安装板和后安装板；

所述力加载单元设置在前安装板上，包括竖直方向运动的定位电动滑台；

所述力传感器单元水平设置在前安装板和后安装板之间，包括：与Z轴齿轮齿条直线滑台固定连接的安装支架、末端铰接在安装支架上的水平设置的杠杆梁、支撑在杠杆梁下方的用于测试杠杆梁向下压力的测力传感器、测力传感器的末端固定连接在安装支架上，所述测力传感器、杠杆梁、安装支架构成省力杠杆，杠杆梁末端和安装支架的铰接点为省力杠杆的支点；

所述位移调整机构包括X/Y轴调整组件、位于后安装板上的Z轴齿轮齿条直线滑台，X/Y轴调整组件包括与定位电动滑台固定连接的由电动滑台带动的直角安装支架、固定于直角安装支架上方的X/Y轴微调平台、固定于X/Y轴微调平台上方的方形安装支架；

所述夹具组件包括：上夹具框、设置于上夹具框内部的上夹具片组、上夹具框下方的下夹具框、设置于上夹具框和下夹具框之间的下夹具片组，下夹具框底部固定连接于方形安装支架上，上夹具框的顶部与杠杆梁的前端固定连接，上夹具框底面和下夹具框顶面同时在中心位置开有等大的小孔。

上夹具框与杠杆梁的连接点为动力点，杠杆梁与安装支架连接点为支点，杠杆梁与测力传感器的支撑点为阻力点。上夹具框所受的拉力通过杠杆梁放大一定倍数后传递给测力传感器。夹具框安装在杠杆梁的不同位置可实现不同倍数拉力的放大，提高装置对于极细纤维和低强度纤维的测试精度。

X/Y轴微调平台通过市购获得，通过旋转X/Y轴微调平移台的X轴旋钮和Y轴旋钮，可以使得上夹具框和下夹具框的中心小孔沿拉伸方向轴线方向对齐。使得穿过上夹具框和下夹具框的中心小孔的试样满足同轴拉伸条件。

夹持时，试样纤维首先穿过上下夹具框的中心小孔实现纤维的定位，然后拧紧下夹具片组，实现下端纤维的加紧，将上夹具片组脱离上夹具框后，拧紧上夹具框夹紧纤维上端，最后将上夹具片组放入上夹具框内，完成纤维两端的夹持。纤维上端因在夹具框外部夹紧，所以不会将试验人员拧紧夹具片而产生的力与力矩传递给上夹具框，进而不会传递给杠杆梁和测力传感器，夹持时保证了测力传感器的安全。

作为优选方式，测力传感器支撑杠杆梁的支撑点距离杠杆梁和安装支架的铰接点四分之一个杠杆梁的长度。这样可以实现将传递给杠杆梁向下的拉力放大4倍。

作为优选方式，下夹具片组包括两片夹具片，一片固定于下夹具框外部上方，另一片活动设置于下夹具框外部上方，固定的夹具片的夹持面通过下夹具框的中心。

作为优选方式，上夹具框内部底面中心设有平行于夹持面的用于上夹具片组定位的定位凹槽，上夹具片组的下表面中心设有与定位凹槽配合的凸起。

作为优选方式，上夹具片组包括两片可移动的夹具片。

作为优选方式，所述上夹具片组和下夹具片组的夹持面覆盖柔性保护层。以达到加固夹持和保护试样的作用。

作为优选方式，还包括数据采集和测试系统，数据采集与测试系统用于采集测力传感器和定位电动滑台的信号，控制定位电动滑台的行程和速度，完成数据的数字化处理与分析从而实现测试过程中的反馈与指导，测力传感器和数字变送器连接，测力传感器受力后，数字变送器把传感器输出的模拟量转变成数字量，然后通过计算机读取。数据采集与测试系统包括运动控制器、与运动控制器连接的电脑及上位机软件。

作为优选方式，定位电动滑台包括与运动控制器相连的电气驱动器，所述运动控制器通过RS232通讯接口与测试软件相连接，所述测力传感器的数字变送器通过RS485通讯接口与测试软件相连。

当定位电动滑台的电气驱动器驱动其滑台向下运动时，滑台带动下夹具片组向下运动，完成拉力的加载。

本实用新型装置测试过程如下：

(1)试样的夹持与调整：从上夹具框中拿出上夹具片组。旋转X/Y轴微调平台的X轴旋钮和Y轴旋钮，使得上夹具框底面中心小孔和下夹具框顶面中心小孔沿拉伸方向轴线方向对齐。按照测量要求，取一定长度的试样纤维，将试样纤维一头穿过下夹具框顶面中心小孔、另一头穿过上夹具框底面中心小孔并引出框外。拧紧下夹具片组完成纤维下端的夹持，在上夹具框外部拧紧上夹具片组夹紧纤维，之后放在上夹具框内完成试样纤维上端夹持。调整Z轴齿轮齿条直线滑台，给试样纤维施加预加张力；

(2)测试：进入控制系统开始测试，定位电动滑台的驱动器接受测试系统指令驱动定位电动滑台带动下夹具片组向下拉伸，同时测力传感器和运动控制器的数据通过通讯接口输入测试软件实现数据的处理分析，从而得到拉伸力和变形实验曲线、应力-应变曲线、弹性模量等相关性能参数。传感器直接测的是杠杆梁向下的压力，然后根据杠杆原理除以一定倍数就是纤维向下的拉力。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型装置在上夹具框和测力传感器之间加入了杠杆梁，利用杠杆原理将拉力进行放大一定倍数后再进行测量，使得极细和低强度纤维的测试更加精确。

(2)本实用新型装置在夹持纤维时，先将纤维穿过上下夹具框的中心小孔，然后拧紧下夹具片组的夹紧螺钉，实现纤维下端夹持，将上夹具片组从上夹具框脱离后，拧紧上夹具片组，之后将上夹具片组放入上夹具框内，完成纤维上端的夹持。纤维上端加紧时，上夹具片组在夹具框外部，不会将试验人员拧紧夹具片的力与力矩传递给上夹具框，进而不会传给杠杆梁和测力传感器，保证了测力传感器的安全。

(3)本实用新型装置采用精密定位滑台对试样纤维进行拉力加载和形变，采用测力传感器来监测拉力数据，从而实现本实用新型装置不仅可以测量纤维的拉伸力还可以测量纤维的拉伸形变量，为精确测量纤维的拉伸力和变形实验曲线奠定了基础，进而可以获得应力-应变曲线、弹性模量等相关性能参数。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是本实用新型的夹具组件的爆炸图。

图3是本实用新型的力传感器单元的连接示意图。

1为后安装板、2为底座板、3为前安装板、4为定位电动滑台、5为直角安装支架、6为X/Y轴微调平台、7为方形安装支架、8为下夹具框、9为下夹具片组、10为上夹具片组、11为上夹具框、12为杠杆梁、13为测力传感器、14为安装支架、15为Z轴齿轮齿条直线滑台。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

一种纤维拉伸测试装置，包括:机座单元、力加载单元、力传感器单元、位移调整机构、夹具组件；

所述机座单元包括水平的底座板2、垂直于底座板的前安装板3和后安装板1；

所述力加载单元设置在前安装板上，包括竖直方向运动的定位电动滑台4；

所述力传感器单元水平设置在前安装板和后安装板之间，包括：与Z轴齿轮齿条直线滑台15固定连接的安装支架14、末端铰接在安装支架14上的水平设置的杠杆梁12、支撑在杠杆梁12下方的用于测试杠杆梁向下压力的测力传感器13、测力传感器13的末端固定连接在安装支架14上，所述测力传感器13、杠杆梁12、安装支架14构成省力杠杆，杠杆梁12末端和安装支架14的铰接点为省力杠杆的支点；

所述位移调整机构包括X/Y轴调整组件、位于后安装板上的Z轴齿轮齿条直线滑台15，X/Y轴调整组件包括与定位电动滑台4固定连接的由电动滑台带动的直角安装支架5、固定于直角安装支架5上方的X/Y轴微调平台6、固定于X/Y轴微调平台6上方的方形安装支架7；

所述夹具组件包括：上夹具框11、设置于上夹具框11内部的上夹具片组10、上夹具框11下方的下夹具框8、设置于上夹具框11和下夹具框8之间的下夹具片组9；下夹具框8底部固定连接于方形安装支架7上，上夹具框11的顶部与杠杆梁12的前端固定连接，上夹具框11底面和下夹具框8顶面同时在中心位置开有等大的小孔。

上夹具框与杠杆梁的连接点为动力点，杠杆梁与安装支架连接点为支点，杠杆梁与测力传感器的支撑点为阻力点。上夹具框所受的拉力通过杠杆梁放大一定倍数后传递给测力传感器。夹具框安装在杠杆梁的不同位置可实现不同倍数拉力的放大，提高装置对于极细纤维和低强度纤维的测试精度。

X/Y轴微调平台通过市购获得，通过旋转X/Y轴微调平移台的X轴旋钮和Y轴旋钮，可以使得上夹具框和下夹具框的中心小孔沿拉伸方向轴线方向对齐。使得穿过上夹具框和下夹具框的中心小孔的试样满足同轴拉伸条件。

夹持时，试样纤维首先穿过上下夹具框的中心小孔实现纤维的定位，然后拧紧下夹具片组，实现下端纤维的加紧，将上夹具片组脱离上夹具框后，拧紧上夹具框夹紧纤维上端，最后将上夹具片组放入上夹具框内，完成纤维两端的夹持。纤维上端因在夹具框外部夹紧，所以不会将试验人员拧紧夹具片而产生的力与力矩传递给上夹具框，进而不会传递给杠杆梁和测力传感器，夹持时保证了测力传感器的安全。

具体的，测力传感器13支撑杠杆梁12的支撑点距离杠杆梁12和安装支架14的铰接点四分之一个杠杆梁12的长度。这样可以实现将传递给杠杆梁向下的拉力放大4倍。

具体的，下夹具片组9包括两片夹具片，一片固定于下夹具框8外部上方，另一片活动设置于下夹具框8外部上方，固定的夹具片的夹持面通过下夹具框8的中心。

具体的，上夹具框11内部底面中心设有平行于夹持面的用于上夹具片组10定位的定位凹槽，上夹具片组10的下表面中心设有与定位凹槽配合的凸起。

具体的，上夹具片组10包括两片可移动的夹具片。

具体的，所述上夹具片组10和下夹具片组9的夹持面覆盖柔性保护层，如塑料、橡胶等，以达到加固夹持和保护试样的作用。

具体的，本装置还包括数据采集和测试系统，数据采集与测试系统用于采集测力传感器13和定位电动滑台4的信号，控制定位电动滑台4的行程和速度，完成数据的数字化处理与分析从而实现测试过程中的反馈与指导，测力传感器和数字变送器连接，测力传感器受力后，数字变送器把传感器输出的模拟量转变成数字量，然后通过计算机读取。数据采集与测试系统包括运动控制器、与运动控制器连接的电脑及上位机软件。

具体的，定位电动滑台4包括与运动控制器相连的电气驱动器，所述运动控制器通过RS232通讯接口与测试软件相连接，所述测力传感器13的数字变送器通过RS485通讯接口与测试软件相连。

当定位电动滑台4的电气驱动器驱动其滑台向下运动时，滑台带动下夹具片组向下运动，完成拉力的加载。

本实施例测试过程如下：

(1)试样的夹持与调整：从上夹具框11中拿出上夹具片组10。旋转X/Y轴微调平台6的X轴旋钮和Y轴旋钮，使得上夹具框11底面中心小孔和下夹具框8顶面中心小孔沿拉伸方向轴线方向对齐。按照测量要求，取一定长度的试样纤维，将试样纤维一头穿过下夹具框8顶面中心小孔、另一头穿过上夹具框11底面中心小孔并引出框外。拧紧下夹具片组9完成纤维下端的夹持，在上夹具框11外部拧紧上夹具片组10夹紧纤维，之后放在上夹具框内完成试样纤维上端夹持。调整Z轴齿轮齿条直线滑台，给试样纤维施加预加张力；

(2)测试：进入控制系统开始测试，定位电动滑台4的驱动器接受测试系统指令驱动定位电动滑台4带动下夹具片组向下拉伸，同时测力传感器13和运动控制器的数据通过通讯接口输入测试软件实现数据的处理分析，从而得到拉伸力和变形实验曲线、应力-应变曲线、弹性模量等相关性能参数。传感器直接测的是杠杆梁12向下的压力，然后根据杠杆原理除以一定倍数就是纤维向下的拉力。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种纤维拉伸测试装置，其特征在于，包括:机座单元、力加载单元、力传感器单元、位移调整机构、夹具组件；

所述机座单元包括水平的底座板、垂直于底座板的前安装板(3)和后安装板(1)，

所述力加载单元设置在前安装板上，包括竖直方向运动的定位电动滑台(4)；

所述力传感器单元水平设置在前安装板和后安装板之间，包括：与Z轴齿轮齿条直线滑台(15)固定连接的安装支架(14)、末端铰接在安装支架(14)上的水平设置的杠杆梁(12)、支撑在杠杆梁(12)下方的用于测试杠杆梁向下压力的测力传感器(13)、测力传感器(13)的末端固定连接在安装支架(14)上，所述测力传感器(13)、杠杆梁(12)、安装支架(14)构成省力杠杆，杠杆梁(12)末端和安装支架(14)的铰接点为省力杠杆的支点；

所述位移调整机构包括X/Y轴调整组件、位于后安装板上的Z轴齿轮齿条直线滑台(15)，X/Y轴调整组件包括与定位电动滑台(4)固定连接的由电动滑台带动的直角安装支架(5)、固定于直角安装支架(5)上方的X/Y轴微调平台(6)、固定于X/Y轴微调平台(6)上方的方形安装支架(7)；

所述夹具组件包括：上夹具框(11)、设置于上夹具框(11)内部的上夹具片组(10)、上夹具框(11)下方的下夹具框(8)、设置于上夹具框(11)和下夹具框(8)之间的下夹具片组(9)；下夹具框(8)底部固定连接于方形安装支架(7)上，上夹具框(11)的顶部与杠杆梁(12)的前端固定连接，上夹具框(11)底面和下夹具框(8)顶面同时在中心位置开有等大的小孔。

2.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：测力传感器(13)支撑杠杆梁(12)的支撑点距离杠杆梁(12)和安装支架(14)的铰接点四分之一个杠杆梁(12)的长度。

3.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：下夹具片组(9)包括两片夹具片，一片固定于下夹具框(8)外部上方，另一片活动设置于下夹具框(8)外部上方，固定的夹具片的夹持面通过下夹具框(8)的中心。

4.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：上夹具框(11)内部底面中心设有平行于夹持面的用于上夹具片组(10)定位的定位凹槽，上夹具片组(10)的下表面中心设有与定位凹槽配合的凸起。

5.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：上夹具片组(10)包括两片可移动的夹具片。

6.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：所述上夹具片组(10)和下夹具片组(9)的夹持面覆盖柔性保护层。

7.根据权利要求1所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：还包括数据采集和测试系统，数据采集与测试系统用于采集测力传感器(13)和定位电动滑台(4)的信号，控制定位电动滑台(4)的行程和速度，完成数据的数字化处理与分析从而实现测试过程中的反馈与指导，测力传感器和数字变送器连接，测力传感器受力后，数字变送器把传感器输出的模拟量转变成数字量，然后通过计算机读取，数据采集与测试系统包括运动控制器、与运动控制器连接的电脑及上位机软件。

8.根据权利要求7所述的纤维拉伸测试装置，其特征在于：定位电动滑台(4)包括与运动控制器相连的电气驱动器，所述运动控制器通过RS232通讯接口与测试软件相连接，所述测力传感器(13)的数字变送器通过RS485通讯接口与测试软件相连。