[實用新型]雙懸臂梁-編碼絲桿復合傳感拉伸試驗機

有效

• 申請號: 201921495280.2
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN211235257U
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 曲淑英;吳江龍;魯陽
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G01N3/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.雙懸臂梁-編碼絲桿復合傳感拉伸試驗機，其特征是：包括主機(ZJ)、標準器(0)、被測試件(13)；

主機(ZJ)由基座(1)、支板(18)、力-變形復合傳感機構、驅動裝置(31)和橫截面尺寸測量定位支架組成；

基座(1)為箱形結構，其頂板上表面為平面，在頂板的中央位置裝配有軸線沿豎直方向的滑動軸承(4)，滑動軸承(4)周圍對稱分布有四個螺紋孔(24)；支板(18)為一梯形厚板，豎直固定在基座(1)頂板的上部，其右端靠近基座(1)的右端；支板(18)的中面，即縱向對稱面，垂直于基座(1)的右側面，并通過滑動軸承(4)的軸線；支板(18)頂部有一伸向左側的水平突臺，該突臺上加工有軸承孔(17)，軸承孔(17)的軸線與滑動軸承(4)的軸線重合；支板(18)的左側邊沿豎直方向加工有一條U形導向槽(19)；

力-變形復合傳感機構包括力傳感機構和變形傳感機構，力傳感機構由傳動絲桿(16)和雙懸臂梁傳感器組成，變形傳感機構由編碼絲桿和雙懸臂梁傳感器組成，編碼絲桿由傳動絲桿(16)和三態編碼器(27)組成；傳動絲桿(16)為力傳感機構和變形傳感機構所共用，雙懸臂梁傳感器也為力傳感機構和變形傳感機構所共用；傳動絲桿(16)的結構由上到下分為z₁、z₂、z₃、z₄四段，z₁段為第一光軸(49)，z₂段為螺紋桿(51)，z₃段為凸起的臺階(5)，z₄段為第二光軸(50)；傳動絲桿(16)通過第一光軸(49)與軸承孔(17)的配合、臺階(5)的下端面與軸承(4)的上端面的旋轉滑動配合、第二光軸(50)與滑動軸承(4)的配合、擋盤(3)與第二光軸(50)的孔-軸過盈配合和擋盤(3)的上端面與滑動軸承(4)的下端面的旋轉滑動配合，安裝在基座(1)上；雙懸臂梁傳感器由固定懸臂梁傳感器(6)和可動懸臂梁傳感器(15)組成，固定懸臂梁傳感器(6)的結構包括變截面彈性梁、安裝在變截面彈性梁自由端方向朝上的下部鉗口、嵌裝在下部鉗口右側向上突出的下夾持刃塊(10)、分別粘貼在懸臂梁根部附近上下兩側表面的單軸電阻應變計R₁和R₂以及根部圓孔(11)；可動懸臂梁傳感器(15)的結構包括變截面彈性梁、安裝在變截面彈性梁自由端方向朝下的上部鉗口、嵌裝在下部鉗口右側向下突出的上夾持刃塊(12)、粘貼在懸臂梁根部附近下側表面的兩枚單軸電阻應變計R₃和R₅、粘貼在懸臂梁根部附近上側表面的兩枚單軸電阻應變計R₄和R₆、以過盈配合方式嵌裝在懸臂梁根部的帶內螺紋的傳動螺母(20)和圓柱形限位銷釘(21)；電阻應變計R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆的柵軸均與所在懸臂梁的軸線平行；固定懸臂梁傳感器(6)的根部與支板(18)的左下部固定連結，同時傳動絲桿(16)穿過固定懸臂梁傳感器(6)根部的圓孔(11)，傳動絲桿(16)與圓孔(11)之間有間隙，二者不能相互接觸；可動懸臂梁傳感器(15)通過傳動螺母(20)與螺紋桿(51)的配合和限位銷釘(21)與支板(18)上U形導向槽(19)的滑動配合安裝在傳動絲桿(16)上；固定懸臂梁傳感器(6)和可動懸臂梁傳感器(15)處于對稱位置，固定懸臂梁傳感器(6)的變截面彈性梁和可動懸臂梁傳感器(15)的變截面彈性梁，形狀、尺寸和材料均相同，梁的橫截面為矩形，從自由端a到根部c分為剛性段ab和柔性段bc兩段，剛性段ab與柔性段bc的寬度相等，剛性段ab的高度H大于柔性段bc段的高度h；下部鉗口與上部鉗口構造相同，位置對稱，下部鉗口由兩個下L形夾持塊(23)和兩枚下鎖緊螺釘(7)組成，上部鉗口由兩個上L形夾持塊(22)和兩枚上鎖緊螺釘(14)組成；下L形夾持塊(23)的上端面與固定懸臂梁傳感器(6)的變截面彈性梁的上表面共面，上L形夾持塊(22)的下端面與可動懸臂梁傳感器(15)的變截面彈性梁的下表面共面；固定懸臂梁傳感器(6)的上表面與可動懸臂梁傳感器的下表面之間的距離l，稱為加載臂間距；下夾持刃塊(10)和上夾持刃塊(12)是形狀、尺寸相同的剛性圓柱體，二者的軸線與固定懸臂梁傳感器(6)和可動懸臂梁傳感器(15)的軸線平行；固定懸臂梁傳感器(6)的變截面彈性梁的前后兩個側面沿豎直方向刻有第一指示線(45)和第二指示線(46)，第一指示線(45)位于下部鉗口的下L形夾持塊(23)的中面內，第二指示線(46)位于下夾持刃塊(10)的中面內；可動懸臂梁傳感器(15)的變截面彈性梁的前后兩個側面沿豎直方向刻有第三指示線(47)和第四指示線(48)，第三指示線(47)位于上部鉗口的上L形夾持塊(22)的中面內，并與第一指示線(45)共線，第二指示線(48)位于上夾持刃塊(12)的中面內，并與第二指示線(46)共線；電阻應變計R₁、R₂、R₃、R₄組成一個全橋測量電路，稱為位移-變形傳感電路，該電路產生的應變信號用ε_rd表示；電阻應變計R₃、R₄、R₅、R₆組成一個全橋測量電路，稱為力傳感電路，該電路產生的應變信號用ε_rf表示；三態編碼器(27)由齒盤(29)、傳感器支架(2)和左上懸臂梁傳感器(30)、右上懸臂梁傳感器(34)、左下懸臂梁傳感器(42)、右下懸臂梁傳感器(39)組成；齒盤(29)帶有若干圓弧齒(38)，位于擋盤(3)之下，共軸固定在傳動絲桿(16)的第二光軸(50)上，齒盤的齒數取4的整數倍；傳感器支架(2)為一矩形框架，框架的四條邊均在中間位置加工有一個垂直于框架平面的光孔(26)，在靠近一側邊角的位置加工有一個軸線平行于框架平面且垂直于所在邊的矩形通孔(37)和一個與矩形通孔(37)垂直聯通的螺紋孔(35)；傳感器支架(2)利用緊定螺栓(28)和隔離套筒(25)與光孔(26)和螺紋孔(24)的配合，固定在基座(1)頂板的下方，并且將齒盤(29)圍在中間；左上懸臂梁傳感器(30)、右上懸臂梁傳感器(34)、左下懸臂梁傳感器(42)、右下懸臂梁傳感器(39)采用等截面彈性梁或變截面彈性梁，四個彈性梁分別通過其根部與矩形通孔(37)的配合和緊定螺釘(36)的壓緊作用固定于傳感器支架(2)的上側內壁、右側內壁、左側內壁和下側內壁；四個彈性梁在靠近根部處的上下表面或左右表面分別沿梁軸線方向貼有單軸電阻應變計[R₇,R₈]、[R₉,R₁₀]、[R₁₁,R₁₂]和[R₁₃,R₁₄]；四個彈性梁在靠近自由端處朝向齒盤(29)一側分別加工有左三角形突棱(32)、上三角形突棱(33)、下三角形突棱(41)、右三角形突棱(40)；裝配好的左上懸臂梁傳感器(30)、右上懸臂梁傳感器(34)、左下懸臂梁傳感器(42)、右下懸臂梁傳感器(39)的彈性梁均有一定量的預變形，預變形產生的彈性壓力使左三角形突棱(32)、上三角形突棱(33)、下三角形突棱(41)、右三角形突棱(40)的棱頂分別與齒盤(29)周邊的圓弧齒(38)保持接觸，四個接觸點的位置如下：

a.設齒盤(29)的縱向對稱線剛好通過正上方圓弧齒(38)和正下方圓弧齒(38)的中心，同時齒盤(29)的水平對稱線剛好通過最左端圓弧齒(38)和最右端圓弧齒(38)的中心；

b.此時右三角形突棱(40)位于齒盤(29)水平對稱線和最右端圓弧齒(38)的上側，并且剛好對準相鄰兩圓弧齒(38)之間的谷底；左三角形突棱(32)位于齒盤(29)的水平對稱線上，剛好與最左端圓弧齒(38)的頂點接觸；上三角形突棱(33)和下三角形突棱(41)均位于齒盤(29)縱向對稱線的右側，分別與正上方圓弧齒(38)的右側和正下方圓弧齒(38)的右側接觸；右三角形突棱(40)到齒盤(29)縱向對稱線的距離用h_min表示，左三角形突棱(32)到齒盤(29)縱向對稱線的距離用h_max表示，上三角形突棱(33)與正上方圓弧齒(38)接觸點到齒盤(29)水平對稱線的距離和與之相等的下三角形突棱(41)與正下方圓弧齒(38)接觸點到齒盤(29)水平對稱線的距離均用h_mid表示；h_mid、h_min和h_max三者之間存在式(1)表示的關系：

h_min、h_mid和h_max統稱特征高度，其中h_min稱為最小特征高度，h_mid稱為平均特征高度，h_max稱為最大特征高度；驅動裝置(31)為電動機帶動的蝸輪-蝸桿機構或齒輪-齒帶機構，與傳動絲桿(16)上的第二光軸(50)配合，驅動傳動絲桿(16)正、反向轉動；

橫截面尺寸測量定位支架包括兩個帶有V形槽的支座(9)、兩塊壓板(8)和四枚鎖緊螺栓(43)；兩個支座(9)豎直安裝在基座(1)的頂板上部，分別位于固定懸臂梁傳感器(6)的兩側，且關于固定懸臂梁傳感器(6)的中面對稱；支座(9)的兩個V形槽的槽口向上，二者處于共軸位置，V形槽的縱向對稱面與下夾持刃塊(10)和上夾持刃塊(12)的中央截面重合；每塊壓板(8)上加工有兩個通孔，四枚鎖緊螺栓(43)分別穿過這四個通孔與支座(9)頂部V形槽兩邊的螺紋孔(44)配合；

標準器(0)為一組標準規，數量用n表示，2≤n≤10；標準規的結構為三段臺階軸，臺階軸的中間段為標準圓柱，左段和右段為定位軸；標準圓柱的直徑值稱為標準直徑，依次用d₁，d₂…，d_n表示，按d₁＜d₂,...,＜d_n的順序排列；各標準規左、右兩段定位軸的直徑d相等；在標準圓柱中，任選一個，做為基準圓柱，將其直徑值定義為基準直徑，用d₀表示；d₁，d₂，…，d_n的算術平均值用表示；d₁，d₂，…，d_n也表示對應的標準規；將任意一個標準規放入支座(9)上的V形槽，旋緊四枚鎖緊螺栓(43)，兩塊壓板(8)產生的壓力使該標準規定位在V形槽上；安裝好的標準規，其軸線到基座(1)頂板上表面的距離定義為標準規高度，用符號h₀表示；h₀與標準規、支座(9)以及固定懸臂梁傳感器(6)三者的結構尺寸相互協調，滿足特定關系：1.任一標準規在支座(9)上的V形槽內定位時，位移-變形傳感電路測得的應變值ε_rd在100με≤ε_rd≤150με范圍內；2.標準規d_n在支座(9)上的V形槽內定位時，固定懸臂梁傳感器(6)彈性體的最大彎曲正應力不超過彈性體材料的比例極限；

被測試件(13)為金屬細絲、高分子材料、織物纖維、動物纖維或其它纖維材料的拉伸試樣，或者是壓縮試樣。