專利名稱：一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置的制作方法
一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料試驗(yàn)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代材料領(lǐng)域中，以高分子化合物為基礎(chǔ)的高分子材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究、材料選用、基礎(chǔ)建設(shè)、航空航天等領(lǐng)域。高分子材料主要由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠黏劑和高分子基復(fù)合材料等，它具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和性能，易改性，易加工，具有其它材料無(wú)可比擬的優(yōu)異功能，成為現(xiàn)代工業(yè)以及社會(huì)生活中衣食住行用各個(gè)方面不可缺少的材料。在當(dāng)今材料工業(yè)越來(lái)越熱門的形勢(shì)下，研究針對(duì)高分子材料性能測(cè)試的材料試驗(yàn)機(jī)具有重要的意義。
瑞典SP測(cè)量技術(shù)研究所J.P.Hessling研究員在《機(jī)械系統(tǒng)與信號(hào)處理(Mechanical Systems and Signal Processing)》雜志 2008 (22):451-466 發(fā)表的“單軸材料試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)(Dynamic calibration of un1-axial material testingmachines)” 一文中提出了采用雙立柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)機(jī)，即由兩個(gè)立柱同時(shí)向試驗(yàn)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，以保證有足夠的驅(qū)動(dòng)動(dòng)能，但它存在以下主要不足:一是采用了較復(fù)雜的雙立柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其工藝復(fù)雜，加工費(fèi)用高；二是兩個(gè)立柱需要同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)力，很難保證試驗(yàn)過(guò)程的同步性，導(dǎo)致試件的測(cè)量精度較低；三是占地面積大，需要較大的設(shè)備安裝空間；四是雙立柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致裝夾試件僅能從兩個(gè)側(cè)面進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)域，增加了裝夾試件的難度。
中國(guó)專利申請(qǐng)97100487.0公開(kāi)了一種“材料試驗(yàn)機(jī)”,該材料試驗(yàn)機(jī)主要由一對(duì)垂直設(shè)立的箱形立柱組成，其中:一對(duì)位于立柱中的螺桿，另一對(duì)位于立柱之間并與螺桿配合的橫架以及兩夾頭組成，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，橫架運(yùn)動(dòng)，對(duì)由夾頭卡持的測(cè)試件可施以拉伸載荷等，它雖然具有足夠的驅(qū)動(dòng)力，但還存在以下不足:一是雙立柱結(jié)構(gòu)精度不高，直接影響到試件的測(cè)量精度；二是雙立柱結(jié)構(gòu)占地面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備制造成本高；三是雙立柱結(jié)構(gòu)的可操作空間小，增加了裝夾試件的難度。
如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為當(dāng)今材料試驗(yàn)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的重點(diǎn)難題之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，本發(fā)明具有高精度和高可靠性的顯著優(yōu)點(diǎn)，且大大地縮小了本發(fā)明設(shè)備的體積和降低了制造成本。
根據(jù)本發(fā)明提出的一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，它包括底板、底座、驅(qū)動(dòng)器、立柱、橫梁、軸承座、滾珠絲杠、力傳固定件、壓力傳感器、夾具、試件、夾具套和拖線板，所述的滾珠絲杠的頂端通過(guò)軸承座固定在立柱的頂蓋上，壓力傳感器一端用力傳固定件固定在橫梁上，另一端與夾具螺紋連接；其特征在于還包括光軸桿、光滑法蘭盤、光軸支架、螺紋法蘭盤、張緊槽凸臺(tái)、聯(lián)軸器、 穩(wěn)壓器和帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)，所述的立柱為單個(gè)箱型立柱，垂直設(shè)置在底座上；驅(qū)動(dòng)器為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器；光軸桿、可旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠以及可隨滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)的橫梁設(shè)置于立柱內(nèi)，橫梁設(shè)有兩個(gè)貫穿上下表面的圓孔，該圓孔周圍均勻分布螺孔，橫梁可通過(guò)上下移動(dòng)對(duì)夾具的裝夾試件施加拉壓載荷，光軸桿法蘭盤和螺紋法蘭盤套入橫梁的圓孔中并用螺絲緊固；螺紋法蘭盤與滾珠絲杠螺紋連接，并用螺絲固定在橫梁上；穩(wěn)壓器電源線與帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)連接，帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠底端連接；橫梁尾端通過(guò)孔中套入光滑法蘭盤與光軸桿連接，光軸桿與光軸支架套接，光軸支架固定在立柱側(cè)面；張緊槽凸臺(tái)垂直固定在底座上，滾珠絲杠的下端套入張緊槽凸臺(tái)的光滑圓孔中。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案在于:橫梁與壓力傳感器固定段垂直于立柱，并伸出立柱之外；細(xì)分驅(qū)動(dòng)器封裝并固定在底座的內(nèi)部。本發(fā)明的工作原理是:本發(fā)明主要由帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠螺母以及橫梁夾具等組成運(yùn)動(dòng)模塊，當(dāng)帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)驅(qū)動(dòng)橫梁作直線運(yùn)動(dòng)，并利用夾具實(shí)現(xiàn)對(duì)裝夾試件的拉伸或壓縮，其中帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)采用直聯(lián)的方式，省略了減速箱部分，這樣在保證輸出力矩和步距精度的前提下，減小了齒隙、空回所帶來(lái)的影響。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)選用滾珠絲杠螺母副，這樣可提高傳動(dòng)效率，減小因摩擦造成的位置精度的誤差。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:一是本發(fā)明采用步進(jìn)電機(jī)的編碼器對(duì)橫梁的位移值進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)將測(cè)量到的滾珠絲杠的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)傳送給上位機(jī)，通過(guò)換算滾珠絲杠導(dǎo)程與橫梁位移的關(guān)系而得到橫梁的位移值，從而提高本發(fā)明的試驗(yàn)精度；二是采用了外部伺服控制系統(tǒng)與本發(fā)明的壓力傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)負(fù)反饋的自控來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加載速率；三是本發(fā)明采用壓力傳感器來(lái)測(cè)量裝夾試件的應(yīng)變量，通過(guò)帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒應(yīng)變率加載，其性能穩(wěn)定可靠；四是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，既大大地縮小了本發(fā)明設(shè)備的體積、減小了占地面積，又降低了本發(fā)明設(shè)備的制造成本。


圖1是本發(fā)明提出的一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置的主視局部剖視圖。圖2是本發(fā)明圖1的C-C左視全剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明提出的一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，它主要由底板(I)、底座(2)、驅(qū)動(dòng)器(3)、立柱(4)、光軸桿(5)、橫梁(6)、光滑法蘭盤(7)、光軸支架(8)、軸承座(9)、滾珠絲杠(10)、力傳固定件(11)、螺紋法蘭盤(12)、壓力傳感器(13)、夾具(14)、裝夾試件(15)、凸臺(tái)(16)、聯(lián)軸器(17)、夾具套(18)、穩(wěn)壓器(19)、帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)和拖線板(21)組成。其中:所述的底板(I)用四個(gè)相同的螺絲固定在底座(2)的底部，并將底座(2)進(jìn)行封裝；立柱(4)為單體箱型立柱，垂直設(shè)置在底座(2)上；驅(qū)動(dòng)器(3)為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，細(xì)分驅(qū)動(dòng) 器最高可細(xì)分30000步，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、穩(wěn)壓器(19)以及拖線板(21)用螺絲封裝并固定在底座(2)的內(nèi)部；光軸桿(5)、可旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠(10)以及可隨滾珠絲杠(10)轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)的橫梁(6)設(shè)置于立柱(4)內(nèi)，橫梁(6)設(shè)有兩個(gè)貫穿上下表面的圓孔，該圓孔周圍均勻分布螺孔，橫梁(6)可通過(guò)上下移動(dòng)對(duì)夾具(14)的裝夾試件(15)施加拉壓載荷，光軸桿法蘭盤(7)和螺紋法蘭盤(12)套入橫梁￠)的圓孔中并用螺絲緊固，橫梁(6)與壓力傳感器(13)固定段伸出立柱(4)之外；滾珠絲杠(10)的頂端通過(guò)軸承座
(9)固定在立柱(4)的頂蓋上，壓力傳感器(13)—端用力傳固定件(11)固定在橫梁(6)上，另一端與夾具(14)螺紋連接，以直接獲得試驗(yàn)中拉壓力；螺紋法蘭盤(12)與滾珠絲杠
(10)螺紋連接，并用螺絲固定在橫梁(6)上；夾具套(18)通過(guò)螺絲固定在底座(2)上；穩(wěn)壓器(19)電源線與帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)連接，帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)軸通過(guò)聯(lián)軸器(17)與滾珠絲杠(10)底端連接，當(dāng)外部給定帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)運(yùn)動(dòng)信號(hào)時(shí)，帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)并通過(guò)聯(lián)軸器(17)帶動(dòng)滾珠絲杠(10)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；橫梁(6)尾端通過(guò)孔中套入光滑法蘭盤(7)與光軸桿(5)連接，光軸桿(5)與光軸支架(8)套接，光軸支架(8)固定在立柱(4)側(cè)面；張緊槽凸臺(tái)(16)垂直固定在底座(2)上，滾珠絲杠(10)的下端套入張緊槽凸臺(tái)(16)的光滑圓孔中。現(xiàn)以制造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為850mm/min加載速度的高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置為例,進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
:
本發(fā)明的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為850mm/min加載速度，該加載速度可根據(jù)實(shí)際需求在400至850mm/min范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。由于高分子材料拉伸變形應(yīng)力較小，系統(tǒng)拉伸速率也較慢，這樣在保證輸出力矩的前提下，可以省略減速箱，減小結(jié)構(gòu)尺寸并節(jié)約成本。同時(shí)，由于滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并不具有自鎖功能，而帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)自身的自鎖功能可以彌補(bǔ)這一方面的不足，避免因電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致回轉(zhuǎn)的出現(xiàn)，保證了本發(fā)明的位置精度。本發(fā)明采用的壓力傳感器(13)為S型稱重傳感器，該稱重壓力傳感器選用SM6型，其量程為50kg，輸出最大電壓值為21mV，利用放大器進(jìn)行信號(hào)變送放大后，輸出電壓最大為5V，能夠被數(shù)據(jù)采集卡獲得。本發(fā)明采用的滾珠絲杠(10)的公稱直徑為17mm,軸端直徑為13mm,而確定的支撐方式為一端固定一端游動(dòng)，固定端選用一對(duì)反裝的角接觸球軸承，游動(dòng)端選用深溝球軸承，其中角接觸球軸承型號(hào)可選用7001C/DB，深溝球軸承型號(hào)可選用6211型。本發(fā)明采用的滾珠絲杠(10)的導(dǎo)程/ 為5mm,試驗(yàn)機(jī)最大加載速度不超過(guò)850mm/min,則帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)的轉(zhuǎn)速最高為170r/min,帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)
(20)可選用型號(hào)為60BYG350的三相混合式帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)。本發(fā)明的帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)的驅(qū)動(dòng)器(3)可選用SH-30806N三相細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器(3)由直流電源供電，具有最大30000步/轉(zhuǎn)的十六種細(xì)分模式可選，并且該驅(qū)動(dòng)器具有斷電記憶的功能。細(xì)分驅(qū)動(dòng)器(3)主要功能是接收電機(jī)控制卡發(fā)送的脈沖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制指令來(lái)驅(qū)動(dòng)帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)以設(shè)定的速度正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止，從而控制橫梁(6)上升、下降和停止。帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部自帶的光電編碼器捕捉電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，并以脈沖的形式發(fā)送給外部的上位機(jī)，外部的上位機(jī)通過(guò)計(jì)算脈沖數(shù)間接獲得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，也即為滾珠絲杠(10)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，根據(jù)滾準(zhǔn)絲杠(10)的導(dǎo)程以及位移相關(guān)的計(jì)算公式從而計(jì)算出橫梁(6)移動(dòng)的位移量。本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗(yàn) 驗(yàn)證，取得了滿意的應(yīng)用效果。
權(quán)利要求
1.一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，它包括底板(I)、底座(2)、驅(qū)動(dòng)器(3)、立柱(4)、橫梁(6)、軸承座(9)、滾珠絲杠(10)、力傳固定件(11)、壓力傳感器(13)、夾具(14)、試件(15)、夾具套(18)和拖線板(21)，所述的滾珠絲杠(10)的頂端通過(guò)軸承座(9)固定在立柱(4)的頂蓋上，壓力傳感器(13) —端用力傳固定件(11)固定在橫梁(6)上，另一端與夾具(14)螺紋連接；其特征在于還包括光軸桿(5)、光滑法蘭盤(7)、光軸支架(8)、螺紋法蘭盤(12)、張緊槽凸臺(tái)(16)、聯(lián)軸器(17)、穩(wěn)壓器(19)和帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)，所述的立柱(4)為單個(gè)箱型立柱，垂直設(shè)置在底座(2)上；驅(qū)動(dòng)器(3)為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器；光軸桿(5)、可旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠(10)以及可隨滾珠絲杠(10)轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)的橫梁(6)設(shè)置于立柱(4)內(nèi)，橫梁(6)設(shè)有兩個(gè)貫穿上下表面的圓孔，該圓孔周圍均勻分布螺孔，橫梁(6)可通過(guò)上下移動(dòng)對(duì)夾具(14)的裝夾試件(15)施加拉壓載荷，光軸桿法蘭盤(7)和螺紋法蘭盤(12)套入橫梁(6)的圓孔中并用螺絲緊固；螺紋法蘭盤(12)與滾珠絲杠(10)螺紋連接，并用螺絲固定在橫梁(6)上；穩(wěn)壓器(19)電源線與帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)連接，帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)(20)軸通過(guò)聯(lián)軸器(17)與滾珠絲杠(10)底端連接；橫梁(6)尾端通過(guò)孔中套入光滑法蘭盤(7)與光軸桿(5)連接，光軸桿(5)與光軸支架⑶套接，光軸支架⑶固定在立柱(4)側(cè)面；張緊槽凸臺(tái)(16)垂直固定在底座(2)上，滾珠絲杠(10)的下端套入張緊槽凸臺(tái)(16)的光滑圓孔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于橫梁(6)與壓力傳感器(13)固定段垂直于立柱(4)，并伸出立柱(4)之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器封裝并固定在底座(2)的內(nèi)部。`
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高分子材料拉伸試驗(yàn)裝置，它包括底板、底座、驅(qū)動(dòng)器、立柱、橫梁、軸承座、滾珠絲杠、力傳固定件、壓力傳感器、夾具、試件、夾具套和拖線板，其特征在于還包括光軸桿、光滑法蘭盤、光軸支架、螺紋法蘭盤、張緊槽凸臺(tái)、聯(lián)軸器、穩(wěn)壓器和帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)；所述的立柱為單體箱型立柱，垂直設(shè)置在底座上；驅(qū)動(dòng)器為細(xì)分驅(qū)動(dòng)器；帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠底端連接；橫梁尾端通過(guò)孔中套入光滑法蘭盤與光軸桿連接，光軸桿與光軸支架套接，光軸支架固定在立柱側(cè)面。本發(fā)明具有高精度和高可靠性的顯著優(yōu)點(diǎn)，且大大地縮小了本發(fā)明設(shè)備的體積和降低了制造成本。
文檔編號(hào)G01N3/16GK103245568SQ201310176690
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者袁偉, 鞠玉濤, 潘強(qiáng), 崔業(yè)兵, 陳雄, 鄭健, 周長(zhǎng)省, 王政時(shí) 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)