[發明專利]圓盤式定載荷全息材料試驗機

有效

• 申請號: 02109775.5
• 申請日: 2002-06-03
• 公開（公告）號: CN1396442A
• 公開（公告）日: 2003-02-12
• 發明（設計）人: 宋玉泉;管志平
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱世林

技術領域：

本發明屬于材料測試、實驗儀器，具體涉及一種特別適用于在任意定載荷作用下測試材料性能和變形規律的試驗機。

背景技術：

在大量的工業工程中所應用的材料，往往只需研究、測試材料在載荷作用下的變形規律及其機械性能，目前大多用結構、功能復雜、造價高的萬能材料試驗機，尤其是對于塑性和超塑性材料具有很強的應變速率敏感性，用萬能試驗進行定載荷測試其有關性能，其試驗結果誤差較大，其原因是塑性和超塑性材料的變形抗力對應變速率都有很強的敏感性，而無論是使用液壓式、還是機械式的萬能試驗機，均是采用閉環式控制實現定載荷的施加，載荷的測量又是力傳感器，因而受其信息反饋、調整載荷引起速度的變化而使載荷測量或記錄曲線發生波動。

發明內容：

本發明的目的是針對解決上述在用萬能試驗機測試材料在定載荷條件下的性能及其變形規律存在的缺點，提供一種能穩定施加載荷、準確記錄數據、結構簡單、造價低、占用空間小、操作簡便的圓盤式定載荷全息材料試驗機，該試驗機不但能穩定施加載荷、準確記錄數據，而且經過對數據的數學處理，能給出材料的應變硬化指數、應變速率敏感性指數、應力松弛指數的變化規律及相關的本構方程。

本發明的基本原理如圖1所示，半徑為R的大圓盤1與半徑為r的小圓盤2固定在一轉軸上，當在大圓盤外圓有定載荷F作用時，便在小圓盤上產生變形載荷P作用在試樣上，根據r·R＝R·F，即：R/r＝P/F，于是得到將載荷放大R/r倍的變形載荷。

本發明圓盤式定載荷全息材料試驗機由主機、試樣夾頭、力值和變形數據采集及計算機控制和數據全息處理系統所組成，其主機由設置在機架內的載荷傳動及其制動機構組成，即在機架的兩側上立板上通過滾動軸承設置一轉軸，在轉軸上分別固定設置小圓盤和大圓盤，轉軸的左端通過對稱滑鍵連接摩擦式電磁離合器的動摩擦盤，直流電機與蝸輪蝸桿減速器的輸入軸相連接，減速器的輸出軸上用平鍵固定連接扭矩傳感器，扭矩傳感器的端面與電磁離合器的靜摩擦盤相連，一條鋼絲繩的一端固接在大圓盤的圓周上，并繞在大圓盤的周槽上，其另一端繞過導向滑輪垂掛連接一載荷裝置，另一條鋼絲繩的一端固接在小圓盤的圓周上，并與大圓盤鋼絲繩呈力偶向繞在小圓盤的周槽上，其另一端繞過導向滑輪與上夾頭相連接，下夾頭通過夾頭座連接在機架底座上。

在轉軸的右端設置光電編碼器，編碼器通過信號采集電路與單片機電連接。

扭矩傳感器通過信號采集電路與單片機電連接。

直流電機通過電機驅動器與單片機電連接。

摩擦式電磁離合器通過觸發器與單片機電連接。

還設置有對應載荷裝置的加載機構，控制加載機構的步進電機通過電機驅動器與單片機電連接。在所述的轉軸上還固定設置有限位盤，限位盤上設置有限位塊，在機架左側上立板上設有正、反向行程開關，行程開關通過觸發器與單片機電連接。在實際運行中，整機控制系統主要完成以下幾個動作：

1、當電磁離合器處于接合狀態時，直流電機在單片機系統的控制下，正(反)向轉動和制動，經過減速器減速后，帶動轉軸正(反)向轉動和制動；

2、當電磁離合器從接合狀態變為分離狀態時，轉軸就處于自由狀態，此時，加載機構的載荷就施加在試樣上，開始加載；

3、當轉軸的轉角超過允許范圍，限位盤上的限位塊就觸動正(反)向行程開關，單片機接收到觸發信號，指令電磁離合器變為接合狀態和直流電機處于制動狀態，使轉軸制動；

4、當轉軸處于自由狀態時，給電磁離合器通額定電流，使其接合，由于蝸輪蝸桿減速器的反向自鎖功能，使轉軸制動。

本發明的數據采集系統包括力值和變形值采集系統：

力值采集系統由扭矩傳感器、信號放大電路、分檔衰減電路、A/D轉換電路、單片機系統及LED顯示屏等組成，當電磁離合器處于接合狀態時，扭矩傳感器測量轉軸承受的扭矩，從而間接測量載荷機構的載荷或作用于試樣上的力值，力值信號經過放大、衰減放大、A/D轉換后，被單片機采集處理，處理后的信號可以作為加載機構控制程序的控制參數，可以存儲在數據存儲器RAM中，顯示在LED顯示屏上，并輸至數據處理系統。

變形值采集系統由編碼器、編碼器信號放大整形電路、辨向電路、計數器、單片機系統及LED顯示屏等組成，編碼器測量轉軸的轉角，其信號經放大、整形、辨向處理后，由計數器讀取，單片機對信號采集并處理，轉換為試樣的變形量，存儲在數據存儲器RAM中，顯示在LED顯示屏上，并輸至數據處理系統，同時兼為試樣斷裂判斷程序的參數。

本機的加載控制程序是由單片機采集的測量力值與需要施加的載荷比較，在測量力值等于需要施加的載荷時，加載機構停止加載。