CN212932208U - 一种拉扭组合加载试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拉扭组合加载试验机，包括主机架、安装于主机架顶部的驱动装置、从上到下依次与驱动装置输出轴连接的扭矩传感器、光电编码器和上夹头、安装于主机架底部的拉压力传感器、安装于拉压力传感器上部的油缸、置于油缸内部的位移传感器、安装于油缸活塞杆顶部的下夹头；上夹头与驱动装置的输出轴通过花键连接，上夹头可转动固定于主机架上；下夹头下端固定连接支杆，支杆两端与主机架为上下滑动连接；可以同时对测试件施加拉力和扭矩，从而对其进行复杂应力的测试，并且通过合理的结构设计，使拉力或扭矩仅施加于测试件上而不会传递到驱动装置上，避免了对设备造成损坏，增加了测试设备的使用寿命。

Description

一种拉扭组合加载试验机

技术领域

本实用新型涉及材料性能试验装置技术领域，具体地说是一种拉扭组合加载试验机。

背景技术

金属材料破坏通常有断裂破坏和屈服破坏两种形式，目前的理论认为引起材料发生断裂破坏的原因有最大正应力(第一强度理论)、最大线应变(第二强度理论)，导致材料发生屈服破坏的原因有最大切应力(第三强度理论)、畸变能(第四强度理论)。材料强度理论是与材料力学中零部件设计强度校核结合最为紧密的部分，因此强度理论的验证实验对于材料力学的教学十分重要。现有技术中的试验机只能完成单一的拉、压、扭、弯等实验项目，无法实现复杂应力状态下的测试，因此无法进行强度理论的验证实验。在对金属材料进行复杂应力试验时，需考虑避免施加的附加荷载传递到驱动装置上造成装置损坏。并且，拉力测试和扭矩测试对于测试件夹头的要求不同，如不进行合理设计，试件与夹头容易打滑，从而影响测试的准确性。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种拉扭组合加载试验机，可以同时对测试件施加拉力和扭矩，从而对其进行复杂应力的测试，并且通过合理的结构设计，使拉力或扭矩仅施加于测试件上而不会传递到驱动装置上，避免了对设备造成损坏，增加了测试设备的使用寿命。

本实用新型采用的技术方案是：

一种拉扭组合加载试验机，包括主机架、安装于主机架顶部的驱动装置、从上到下依次与所述驱动装置输出轴连接的扭矩传感器、光电编码器和上夹头、安装于所述主机架底部的拉压力传感器、安装于所述拉压力传感器上部的油缸、置于油缸内部的位移传感器、安装于所述油缸活塞杆顶部的下夹头；所述上夹头与驱动装置的输出轴通过花键连接，所述上夹头可转动固定于所述主机架上；所述下夹头下端固定连接支杆，所述支杆两端与所述主机架为上下滑动连接；所述上夹头与下夹头分别用于夹持待测试件两端。

本实用新型所提供的一种拉扭组合加载试验机，通过在主机架顶部设置驱动装置，驱动装置的输出轴转动从而对试件施加扭矩，所述驱动装置没有具体限制，优选为伺服电机；驱动装置通过法兰与扭矩传感器连接，扭矩传感器可测定驱动装置输出的扭矩；驱动装置输出轴通过齿轮副与光电编码器连接，通过光电编码器测定驱动装置输出轴的转角；驱动装置输出轴与上夹头通过花键连接，驱动装置输出轴与上夹头在上下方向上可以相对滑动，因此轴向的力不会由上夹头传递给驱动装置的输出轴；上夹头可转动固定于所述主机架上，这样的设计使得从油缸经试件传递到上夹头上的拉力可以直接传递到主机架上，而不会往上传递给驱动装置输出轴，从而避免了拉力对驱动装置的损坏。

本实用新型所提供的一种拉扭组合加载试验机，通过在主机架底部设置油缸，对试件施加轴力；油缸下部设置拉压力传感器，用于测定油缸所施加的拉力大小，油缸内置位移传感器，所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器，用于测定油缸活塞杆伸缩的位移；下夹头下端固定连接支杆，支杆两端与主机架为上下滑动连接，限制下夹头转动或朝侧面偏斜，这样的设计使从驱动装置输出轴传递到下夹头的扭矩及侧向力再经支杆传递到主机架上进而抵消，从而避免了扭矩传递到油缸的活塞杆上，避免了扭矩对油缸的损坏。

优选地，所述上夹头包括夹套、设于夹套内部的夹块、压缩弹簧和锁紧螺钉，所述夹套与夹块相配合的面为类椭圆锥面，所述夹块包括结构相同且相互配合的两块，两块所述夹块之间设有轴向的夹持孔，且其夹持面上均匀设有凸起，所述压缩弹簧压紧于夹套顶部和夹块之间，所述锁紧螺钉穿过所述夹套和两夹块之间的空隙伸入所述夹持孔中，所述下夹头与上夹头的结构相同，安装方向相反；夹套与夹块相配合的面为类椭圆锥面的设计，在对测试件施加拉力时，类椭圆锥面对夹块具有箍紧力，从而避免了在拉力作用下，夹块与夹套之间发生相对滑动；且夹块的夹持面上设有凸起，增大了夹块对测试件的夹持力与摩擦力，避免了夹块与测试件之间产生相对滑动；测试件夹持于夹块上后，在压缩弹簧的压力和导向槽的箍紧力作用下，两个夹块将测试件夹紧，再将锁紧螺钉穿过夹套抵紧于测试件上，从而进一步对测试件进行固定，避免了在扭矩作用下，上、下夹头与测试件之间产生相对转动。这种结构的夹头适用于拉力大、扭矩小的测试条件。

优选地，所述上夹头为三爪卡盘，所述三爪卡盘的夹持面呈倒锯齿状，所述下夹头与上夹头的结构相同，安装方向相反；倒锯齿状的结构设计增大了夹持面对测试件的固定作用，防止在拉力作用下，测试件与夹持面发送相对滑动；这种结构的夹头适用于扭矩大、拉力小的测试条件。

优选地，所述上夹头上部固定连接花键轴，所述驱动装置的输出轴下端固定连接花键套，所述花键套套设于所述花键轴外部，所述花键轴通过轴承可转动固定于所述主机架上；所述花键轴可沿花键套上下滑动，因此上夹头只会在花键带动下随驱动装置的输出轴转动从而向测试件传递扭矩，而不会将下方传来的拉力传递给驱动装置的输出轴，从而避免了拉力对驱动装置的损坏。

优选地，所述支杆两端分别固定连接滑块，所述支杆两侧的主机架上沿竖直方向设有滑轨，所述滑块与所述滑轨滑动连接；滑块与滑轨相互配合，使下夹头可以随油缸活塞杆上下运行从而将拉力传递给测试件，而上方传来的扭矩则会由支杆传递到主机架进而抵消，从而避免了扭矩对油缸的损坏。

所述驱动装置的输出轴上固定连接大齿轮，所述光电编码器连接小齿轮，所述大齿轮与所述小齿轮啮合；大齿轮随驱动装置的输出轴转动，带动小齿轮转动，用光电编码器对驱动装置输出轴的转动角度进行测量，所述主机架上设有用于测定所述油缸压力的测压油表，测压油表与油缸连接用于粗略测定油缸压力，防止油缸压力过大对设备造成损坏。

与现有技术相比，本实用新型所提供的一种拉扭组合加载试验机，通过合理设置驱动装置、油缸、扭矩传感器、光电编码器、拉压力传感器和位移传感器，通过驱动装置和油缸可以同时对测试件施加拉力和扭矩，从而对其进行复杂应力的测试；通过花键结构和支杆、滑块、滑轨的配合，使拉力或扭矩仅施加于测试件上而不会传递到驱动装置或油缸上，避免了对设备造成损坏，增加了测试设备的使用寿命；针对不同的测试条件，设计两种结构不同的夹头，防止了夹头在受力情况下与测试件发生相对滑动，保证了测试的准确性。

附图说明

图1为本实用新型夹持测试件时的整体结构示意图；

图2为本实用新型上夹头及其以上部分的结构示意图；

图3为上夹头和与之连接的花键轴的结构示意图；

图4为上夹头由锁紧螺钉处径向剖面的仰视图；

图5为三爪卡盘的结构示意图。

附图标记：1、主机架；2、伺服电机；3、扭矩传感器；4、光电编码器；5、上夹头；51、夹套；52、夹块；53、锁紧螺钉；54、夹持孔；55、压缩弹簧；6、拉压力传感器；7、油缸；8、位移传感器；9、下夹头；10、花键轴；11、花键套；12、支杆；13、滑块；14、滑轨；15、减速机；16、大齿轮；17、小齿轮；18、测压油表；19、测试件；20、三爪卡盘；21、调心滚子轴承；22、倒锯齿状结构。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本实用新型，下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步的详细说明。

一种拉扭组合加载试验机，包括主机架1、安装于主机架顶部的驱动装置、从上到下依次与所述驱动装置输出轴连接的扭矩传感器3、光电编码器4和上夹头5、安装于所述主机架1底部的拉压力传感器6、安装于所述拉压力传感器6上部的油缸7、置于油缸7内部的位移传感器8、安装于所述油缸7活塞杆顶部的下夹头9；所述驱动装置为伺服电机2，所述伺服电机2的输出轴传动连接减速机15，用于调节转速；所述扭矩传感器3套设于所述伺服电机2输出轴上，所述伺服电机2的输出轴上固定连接大齿轮16，所述光电编码器4连接小齿轮17，所述大齿轮16与所述小齿轮17啮合；所述上夹头5与伺服电机2的输出轴通过花键连接，所述上夹头5上部固定连接花键轴10，所述伺服电机2的输出轴下端固定连接花键套11，所述花键套11套设于所述花键轴10外部，所述花键轴10通过调心滚子轴承21可转动固定于所述主机架1上；所述下夹头9下端固定连接支杆12，所述支杆12两端与所述主机架1为上下滑动连接，所述支杆12两端分别固定连接滑块13，所述支杆12两侧的主机架1上沿竖直方向设有滑轨14，所述滑块13与所述滑轨14滑动连接；所述主机架1上还设有用于测定所述油缸7压力的测压油表18；伺服电机2的输出轴与油缸7的活塞杆分别通过轴承可转动固定于主机架1上；所述油缸7为伺服油缸。

对于拉力大、扭矩小的测试条件，本实施例中所述上夹头5包括夹套51、设于夹套51内部的夹块52、压缩弹簧55和锁紧螺钉53，所述夹套51与夹块52相配合的面为类椭圆锥面，所述夹块52包括结构相同且相互配合的两块，两块所述夹块52之间设有轴向的夹持孔54，且其夹持面上均匀设有凸起，所述压缩弹簧55压紧于夹套51顶部和夹块52之间，所述锁紧螺钉53穿过所述夹套51和两夹块52之间的空隙伸入所述夹持孔54中，所述下夹头9与上夹头5的结构相同，安装方向相反，分别夹持测试件19的两端。

在一种优选的实施例中，对于扭矩大、拉力小的测试条件，还可将上夹头设计为三爪卡盘20，三爪卡盘20与伺服电机2的输出轴通过花键连接，所述三爪卡盘的夹持面为倒锯齿状结构22，所述下夹头与上夹头的结构相同，安装方向相反，分别夹持测试件19的两端。

在进行复杂应力的测试时，通过上夹头5和下夹头9分别夹持测试件19的上下两端，伺服电机2、油缸7、扭矩传感器3、光电编码器4、拉压力传感器6、位移传感器8分别与控制系统连接，实现闭环控制，通过伺服电机2对测试件19施加扭矩，通过油缸7对测试件19施加拉力，扭矩传感器3测定伺服电机2对测试件19施加的扭矩，光电编码器4测定伺服电机2输出轴的转动角度，拉压力传感器6测定油缸7所施加的拉力大小，位移传感器8测定油缸7活塞杆伸缩的位移，由此获得复杂应力的测试的各项数据，从而通过实际测试进行理论的验证。

以上对本实用新型所提供的一种拉扭组合加载试验机进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法和中心思想。应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种拉扭组合加载试验机，其特征在于，包括主机架、安装于主机架顶部的驱动装置、从上到下依次与所述驱动装置输出轴连接的扭矩传感器、光电编码器和上夹头、安装于所述主机架底部的拉压力传感器、安装于所述拉压力传感器上部的油缸、置于油缸内部的位移传感器、安装于所述油缸活塞杆顶部的下夹头；所述上夹头与驱动装置的输出轴通过花键连接，所述上夹头可转动固定于所述主机架上；所述下夹头下端固定连接支杆，所述支杆两端与所述主机架为上下滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种拉扭组合加载试验机，其特征在于，所述上夹头包括夹套、设于夹套内部的夹块、压缩弹簧和锁紧螺钉，所述夹套与夹块相配合的面为类椭圆锥面，所述夹块包括结构相同且相互配合的两块，两块所述夹块之间设有轴向的夹持孔，且其夹持面上均匀设有凸起，所述压缩弹簧压紧于夹套顶部和夹块之间，所述锁紧螺钉穿过所述夹套和两夹块之间的空隙伸入所述夹持孔中，所述下夹头与上夹头的结构相同，安装方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种拉扭组合加载试验机，其特征在于，所述上夹头为三爪卡盘，所述三爪卡盘的夹持面呈倒锯齿状，所述下夹头与上夹头的结构相同，安装方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种拉扭组合加载试验机，其特征在于，所述上夹头上部固定连接花键轴，所述驱动装置的输出轴下端固定连接花键套，所述花键套套设于所述花键轴外部，所述花键轴通过轴承可转动固定于所述主机架上。

5.根据权利要求1所述的一种拉扭组合加载试验机，其特征在于，所述支杆两端分别固定连接滑块，所述支杆两侧的主机架上沿竖直方向设有滑轨，所述滑块与所述滑轨滑动连接。

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