CN2874468Y - 多功能材料力学试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能材料力学试验机，能将拉伸、压缩、弯曲、扭转及弯扭组合试验全部在一台试验机上完成，达到了采用一个电驱动减速加载装置提供全部实验的加载需求，既可进行直线位移加载又可进行旋转位移加载，两者之间的转换由一套换档机构完成。试验机采用吕字型框架结构，加载螺杆由吕字型机架中横梁之间上、下穿出。在上部空间可进行拉伸、扭转的试验加载；在下部空间可进行压缩、弯曲、弯扭组合的试验加载。弯扭组合试件装置采用山字型结构。并装有现代化数据采集处理系统。本实用新型多功能材料力学试验机功能全面，机构简练。

Description

多功能材料力学试验机

技术领域  本实用新型涉及一种材料机械性能的试验测试装置，主要面对高等理工科院校《材料力学》课程的实验教学领域。

背景技术  理工科院校的《材料力学》课程，必须配套课程内容对应的实验课，必做的主要实验有：材料的拉伸、压缩、扭转、弯曲、弯扭组合等变形的机械性能检测。目前市场上的各种实验机基本采用一种实验装置可对材料进行一种或两三种变形的实验，即通常所见到的拉、压实验机、扭转实验机及弯扭组合实验台等。例如WE-1000型液压式万能实验机可对材料进行拉、压、弯等试验，但其不能对材料进行扭转试验及弯扭组合试验；NJ-100B型扭转试验机可对材料进行扭转试验但无法对材料进行拉、压试验及弯扭组合试验。另有一些教学试验装置，尽管具有做多种试验的功能，但由于加载能力有限只能进行较小试件的试验。

实用新型内容  本实用新型的设计，实现了一台试验机上应用一个加载装置就能够完成：拉伸、压缩、弯曲、扭转及弯扭组合五种最主要的材料力学教学试验的全部试验加载，并将数据采集系统一机并体安装，使之数据的测试、采集、显示、处理等装置与机体融为一体、紧凑集合，便于工作时的即时调试监控。

本实用新型的方案是：

加载装置(见说明书附图图1)安装位置位于吕字型机架的中间梁内。工作方式是螺杆(13)可上、下穿出，向上穿出时可在上部空间进行拉伸、扭转的实验加载；向下穿出时可在下部空间进行压缩、弯曲、弯扭组合的实验加载。

本实用新型设计的加载装置的加载原理是：电机(30)驱动小伞齿轮(29)，小伞齿轮(29)驱动大伞齿轮(8)，大伞齿轮(8)通过键的连接驱动螺杆(13)，螺杆(13)既可直线(上下)位移加载以输出拉伸试验、压缩试验、弯曲实验、弯扭组合试验的动力，又可定轴转动位移加载以输出扭转试验的转矩。直线位移加载方式和转动位移加载方式二者的转换由一换档机构完成。

换档机构位于螺杆(13)的上部，由换档外套(22)和换档内啮合套(23)构成，三个档位的作用分别为：

上档位使螺杆(13)做慢速直线运动(用于拉伸、压缩、弯曲、弯扭组合试验加载)；

中档位使螺杆(13)做直线快速运动(用于空载时调整螺杆位置)；

下档位使螺杆(13)作慢速旋转运动(用于扭转试验的加载)。

换档机构的中档位使螺杆做直线快速运动。方法是：中档位时，上、下档位脱离后为空载状态，此时快速电机(7)通过快速小齿轮(6)带动螺杆(13)快速上下移动，以使空载时螺杆(13)达到适宜的位置。

附图说明

图1为本实用新型试验机结构原理及拉伸试验、压缩试验、扭转试验实施例图。

图2为本实用新型试验机弯曲试验验原理图。

图3为本实用新型试验机扭转试验原理图。

图4为本实用新型换档机构原理图。

图5为弯扭组合试验试件装置原理图(也是图3的A-A剖视图)。

图中：1下横梁，2压缩传感器，3压缩试件，4左下立柱，5弯扭左支撑座，6快速小齿轮，7快速电机，8大伞齿轮，9推力轴承，10中横梁前板，11中横梁上板，12长滑动键，13螺杆，14连接套，15拉伸下夹头，16左上立柱，17上横梁，18拉伸传感器，19右上立柱，20拉伸上夹头，21拉伸试件，22换档外套，23换档内啮合套，24换档外套轴承压盖，25换档外套轴承，26换档内外套紧固螺钉，27光电编码器，28中横梁后板，29小伞齿轮，30电机，31上球轴承，32快速大齿轮，33下球轴承，34中横梁下板，35短滑动键，36弯扭右支撑座，37右下立柱，38弯曲附梁，39弯曲梁，40弯扭杆，41左弯扭销，42左弯扭套，43中弯扭套，44弯扭承力杆，45右弯扭套，46右弯扭销，47导向销，48定位钢珠，49压紧弹簧，50定位销。

具体实施方式

1.如图1所示，电机(30)提供动力给螺杆(13)，驱动螺杆(13)向下移动时可实现下列试验：

1.1如图1所示，螺杆(13)上端连接拉伸试件(21)，便可在上部空间进行拉伸试验。

1.2如图1所示，螺杆(13)下端垫上压缩试件(3)，便可在下部空间进行压缩试验。

1.3如图2所示，当弯曲梁(39)和弯曲附梁(38)支于下平台上，就可在下部空间进行弯曲实验。

1.4如图5所示，由弯扭杆(40)，左弯扭销(41)，左弯扭套(42)，中弯扭套(43)，弯扭承力杆(44)，右弯扭套(45)，右弯扭销(46)形成了山字型弯扭组合试件装置。

如图3所示，将此装置的左弯扭销(41)、右弯扭销(46)分别插于弯扭左支撑座(5)、弯扭右支撑座(36)，就可在下部空间进行弯扭组合实验。

2.如图1所示，当螺杆(13)绕自身轴心线转动时，便可在上部空间进行扭转试验。

3.在准备实验前，螺杆(13)需快速移动调位，其快速调位机构如图1所示。由快速电机(7)提供动力，经快速小齿轮(6)与快速大齿轮(32)适当减速。

短滑动键(35)固定在快速大齿轮(32)的内孔里，螺杆(13)的键槽可沿短滑动键(35)滑动。

如图4所示，此时换档啮合套(23)既不与中横梁上板(11)啮合，又不与大伞齿轮(8)啮合，处于空档档位。

这样，快速电机(7)启动后，快速大齿轮(32)与螺杆(13)同步旋转，在大伞齿轮(8)内孔螺纹的作用下，螺杆(13)便会快速上下移动。

4、图4为换档机构原理图。换档内啮合套(23)的套筒外表面有一螺旋沟槽，定位销(47)在沟槽内滑动，螺旋沟槽的螺距高为三个档位间距的总高度。定位销(50)内腔装有压紧弹簧(49)，压紧弹簧(49)将定位钢珠(48)压紧于某个凹槽内以固定档位。这样，便有了上、中、下三个档位可选。当转动换档外套(22)时，定位销(50)沿螺旋沟槽滑动时，便推动换档内啮合套(23)上下移动，换档内啮合套(23)的带齿的下端就分别进入上档位啮合、下档位啮合或空挡位位置，以此完成档位转换。

5.拉伸传感器(18)装于上横梁内，与拉伸上夹头(20)相连，测得拉力数据，把拉伸上夹头(20)换为扭转上夹头时，测得扭矩数据。压缩传感器(2)装于下横梁(1)内，测得压力数据。弯曲试验力传感元件设在弯曲梁(39)上。弯扭组合试验力传感元件设在山字型弯扭组合试验试件装置上。所有试验位移由光电编码器(27)测得信号。所有信号，经A/D转换、输入微机后，由特制软件分析处理。

本实用新型将拉、压、弯、扭及弯扭组合数个不同的实验，集中用一个加载装置完成加载，并采用了现代化的数据采集系统，功能全面，机构简练。

下面结合本实用新型的几个主要实施例进一步阐明

一、拉伸试验实施例：

在(图1)中，由中横梁下板(34)、中横梁上板(11)、中横梁前板(10)、中横梁后板(28)、构筑成箱形中横梁，并兼做齿轮箱箱体，将齿轮机构安装于内。由中横梁以及上横梁(17)、左上立柱(16)、右上立柱(19)焊接一体，构成拉伸试验的承载框架。

在大伞齿轮(8)的内孔中有螺纹，与螺杆(13)旋合，螺杆(13)上加有贯通

整个螺杆的键槽，长滑动键(12)装于换档内啮合套(23)的内壁上，并可滑动于螺杆(13)的长键槽中，在附图图4所示的上档位上，换档内啮合套(23)与中横梁上板(11)的中心孔内齿啮合在一起，这样，换档啮合套(23)被限定不能旋转，螺杆(13)也不能转动，但可顺长滑动键(12)上下滑动，形成了拉伸加载档位。

拉伸上夹头(20)用螺纹固定在拉伸传感器(18)上，拉伸下夹头(15)与拉伸上夹头(20)结构相同，它们都沿自身轴线剖开成两部分，将拉伸试件(21)夹在剖开的夹头中间并将有螺纹的一端分别与拉伸传感器(18)和连接套(14)旋合在一起。拉伸上夹头(20)与拉伸下夹头(15)之间装夹拉伸试件(21)，如(图1)所示。

当调速电机(30)以适当转数输出动力，此动力通过小伞齿轮(29)传给大伞齿轮(8)，大伞齿轮(8)的转动可使与其旋合的螺杆(13)顺长滑动键(12)上下滑动。拉伸试件(21)便被加载拉伸变形。

拉伸传感器(18)受力后向外输出电信号，光电编码器(27)将电机(30)的输出转数，采集变换为电信号，可代表螺杆(13)的上下移动量，通过信号转换，即可输出拉伸试验的数据曲线。

二、扭转试验实施例：

在图1中的拉伸试验承载框架内，当采用扭转形式的夹头时，即可装入扭转试件。将换档内啮合套(23)置于附图图4所示的下档位上，形成扭转试验档位。这样，换档内啮合套(23)与大伞齿轮(8)顶端的矩形齿啮合在一起，开动电机(30)让大伞齿轮(8)转动，螺杆(13)便可旋转运动，试件被加载，产生扭转变形。

拉伸传感器(18)此时兼作扭矩传感器，输出扭矩信号。光电编码器(27)输出转动角位移信号，即可采集扭转试验的数据曲线。

三、压缩试验实施例：

在拉伸试验实施例(一)中所叙述的中横梁，与下横梁(1)、左下立柱(4)、右下立柱(37)组成一个压缩试验、弯曲实验和弯扭组合试验的试验承载框架。

用在拉伸试验实施例(一)中所叙述的相同加载档位。

与拉伸试验实施例(一)中所述及的加载方式相同，此时，拉伸空间无拉伸试件，向下位移的螺杆(13)的下端将压向压缩试件(3)。压缩传感器(2)和光电编码器(27)输出压缩力和压缩位移电信号，即可采集压缩试验的数据曲线。

四、弯曲试验实施例：

如图2所示，在压缩试验实施例(三)中所叙述的试验承载框架内的下横梁(1)上，放置弯曲试验装置。弯曲试验装置由弯曲梁(39)、弯曲附梁(38)组成。

弯曲试验的加载方式与拉伸试验实施例(一)中所叙述的加载档位和加载方式相同。

启动电机(30)加载后，螺杆(13)的下端压向弯曲附梁(38)，弯曲附梁(38)将力传递于弯曲梁(39)，使弯曲梁(39)产生弯曲变形。

弯曲梁(39)上的传感元件与光电编码器(24)输出弯曲试验载荷和位移电信号，即可采集弯曲试验的数据曲线。

五、弯扭试验实施例：

图(5)为图(3)的A-A剖视图。图中，左弯扭套(42)、中弯扭套(43)、右弯扭套(45)固定在弯扭杆(40)上，依次分别插入左弯扭销(41)、弯扭承力杆(44)、右弯扭销(46)，这样就形成一个完整的弯扭组合试验试件装置。安装方式见附图图3及附图图5，其中左弯扭销(41)插入弯扭左支撑座(5)上，右弯扭销(46)插入对应的弯扭右支撑座(36)上。

加载方式和加载档位如拉伸试验实施例(一)中所叙述的方式相同。

启动电机(30)加载后，螺杆(13)的下端压向弯扭承力杆(44)的自由端时，弯扭杆(40)产生弯扭组合变形，杆上传感元件和光电编码器(27)分别输出力与位移信号，就可输出弯扭组合试验的数据和曲线。

Claims (4)

1.一种供高等理工科院校实验教学使用的多功能材料力学试验机，其技术特征是螺杆(13)通过换档机构的控制和电机齿轮的驱动，可输出直线运动加载和定轴转动加载两个方向的动力，在机架的上下两部分空间分别完成拉伸、扭转和压缩、弯曲、弯扭组合五个试验。

2.如权利要求1所述的多功能材料力学试验机，其特征是中横梁将机架分隔成上下两部分空间，螺杆(13)可穿过中横梁向上运动或向下运动。

3.如权利要求1所述的多功能材料力学试验机，其特征是电机(30)，小伞齿轮(29)，大伞齿轮(8)通过键的连接为螺杆(13)提供动力。

4.如权利要求1所述的多功能材料力学试验机，其特征是换档机构由换档外套(22)和换档内啮合套(23)构成，提供三个档位分别控制螺杆(13)慢速直线运动，快速直线运动和慢速旋转运动，实现螺杆(13)直线运动加载和定轴转动加载之间的转换。

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