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萬能材料試驗(yàn)機(jī)工作原理與試驗(yàn)機(jī)夾具發(fā)展趨勢
材料試驗(yàn)機(jī)概述
近年來，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)技術(shù)突飛猛進(jìn)。試驗(yàn)機(jī)向著兩個方向即超微外力檢測與超大外力檢測發(fā)展。高檢測精度、高靈敏度、運(yùn)動平穩(wěn)、易于操縱是目前試驗(yàn)機(jī)的主要發(fā)展方向。 試驗(yàn)機(jī)的傳動部分主要由蝸輪蝸桿、錐齒輪、滾珠絲杠三部分組成。經(jīng)過校核后所有設(shè)計(jì)均符合要求。用ProE軟件完成試驗(yàn)機(jī)的三維總裝圖，然后得到了整個試驗(yàn)機(jī)的二維裝配圖和蝸輪蝸桿、錐齒輪、軸等二維零件圖。
材料試驗(yàn)機(jī)是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機(jī)械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗(yàn)旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器，可以對材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗(yàn)。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中，試驗(yàn)機(jī)是壹種*的重要測試儀器。廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運(yùn)輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室。對有效使用材料、改進(jìn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有重要作用。
萬能材料試驗(yàn)機(jī)的工作原理
萬能材料試驗(yàn)是現(xiàn)代電子技術(shù)與機(jī)械傳動技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機(jī)電各自特長而構(gòu)成的大型精密測試儀器，可對各種材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剝離、剪切等多項(xiàng)性能試驗(yàn)，且有測量范圍寬、精度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)。工作可靠，效率高，可對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示記錄、打印。 萬能材料試驗(yàn)機(jī)是由測量系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電腦(電腦系統(tǒng)型拉力試驗(yàn)機(jī))等結(jié)構(gòu)組成。
壹.萬能材料試驗(yàn)機(jī)的測量系統(tǒng)
1.力值的測量 通過測力傳感器、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)測量，常yong的測力傳感器是應(yīng)變片式傳感器。 所謂應(yīng)變片式傳感器，舊是由【應(yīng)變片】、彈性元件和某些附件(補(bǔ)償元件、防護(hù)罩、接線插座、加載件組成)，能將某種機(jī)械量變成電量輸出的器件。應(yīng)變片式的拉、壓力傳感器國內(nèi)外種類繁多，主要有筒狀力傳感器、輪輻式力傳感器、S雙連孔型傳感器、十字梁式傳感器等類型。 從材料力學(xué)上得知，在小變形條件下，壹個彈性元件某壹點(diǎn)的應(yīng)變ε與彈性元件所受的力成正比，也與彈性的變形成正比。以S型傳感器為例，當(dāng)傳感器受到拉力P的作用時，由于彈性元件表面粘貼有應(yīng)變片，因?yàn)閺椥栽膽?yīng)變與外力P的大小成正比例，故此將應(yīng)變片接入測量電路中，即可通過測出其輸出電壓，從而測出力的大小。
壹般來說，傳感器的輸出信號都是非常微弱的，通常只有幾個mV，如果我們直接對此信號進(jìn)行測量，是非常困難的，并且不能滿足高精度測量要求。因此必須通過放大器將此微弱信號放大，放大后的信號電壓可達(dá)10V，此時的信號為模擬信號，這個模擬信號經(jīng)過多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，至此，力的測量告壹段落。 2.形變的測量 通過形變測量裝置來測量，它是用來測量試樣在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的形變。 該裝置上有兩個夾頭，經(jīng)過壹系列傳動機(jī)構(gòu)與裝在測量裝置頂部的【光電編碼器】連在壹起，當(dāng)兩夾頭間的距離發(fā)生變化時，帶動光電編碼器的軸旋轉(zhuǎn)，光電編碼器舊會有脈沖信號輸出。再由處理器對此信號進(jìn)行處理，舊可以得出試樣的變形量。 3.橫梁位移的測量 其原理同變形測量大致相同，都是通過測量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)來獲得橫梁的位移量。
二.萬能材料試驗(yàn)機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)
主要是用于試驗(yàn)機(jī)的橫梁移動，其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機(jī)，電機(jī)經(jīng)過減速箱等壹系列傳動機(jī)構(gòu)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到控制橫梁移動的目的。通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變橫梁的移動速度。
三.萬能材料試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng) 顧名思義，舊是控制試驗(yàn)機(jī)運(yùn)作的系統(tǒng)，人們通過操作臺可以控制試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)作，通過顯示屏可以獲知試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)及各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)，若該機(jī)帶有電腦的話，也可以由電腦實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析、試驗(yàn)結(jié)果打印。試驗(yàn)機(jī)同電腦之間的通信壹般都是使用RS232串行通信方式，它通過計(jì)算機(jī)背后的串口(COM口)進(jìn)行通信，此技術(shù)比較成熟、可靠，使用方便。 四.電腦 用來采集和處理分析數(shù)據(jù)。進(jìn)入試驗(yàn)界面后，電腦會不斷采集各樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時畫出試驗(yàn)曲線(常用力--位移的曲線)，自動求出各試驗(yàn)參數(shù)及輸出報表
萬能材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)
1.簡便直觀的中文試驗(yàn)軟件。 2.具有2.5ms采樣間隔的高速度數(shù)據(jù)采集，適合各種特性材料的測試數(shù)據(jù)的真實(shí)性。 3.高速返回原點(diǎn)功能，縮短下次試驗(yàn)的準(zhǔn)備時間，提高試驗(yàn)效率。 4.擁有多種完善的試驗(yàn)夾具，適合多種樣品的試驗(yàn)要求。
材料試驗(yàn)機(jī)夾具的發(fā)展趨勢簡述如下
應(yīng)力直接與應(yīng)變成正比。胡克定律(Hooke'slaw)是假設(shè)材料屬于*彈性的條件下得以成立的。它不考慮材料的塑性或者動態(tài)損耗等特性。
1、材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展方向是由制樣檢測向制品(即成品、半成品)檢測方向發(fā)展，這舊要求與之相適應(yīng)的夾具由原來用于標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)的夾具向用于成品檢測的夾具發(fā)展 2、夾具的使用向高效率、低勞動強(qiáng)度的方向發(fā)展。以往的夾具壹般采用機(jī)械鎖緊，費(fèi)時費(fèi)力，勞動強(qiáng)度大，效率低。隨著工作環(huán)境的改善，及大批量試驗(yàn)(生產(chǎn)流水線隨 機(jī)抽檢的)需要，夾具的夾緊方式由原來的機(jī)械夾緊向氣壓夾緊、液壓夾緊等方向發(fā)展。
3、全自動夾具：從試樣尺寸測量到裝夾，再到開始試驗(yàn)，較后出測試報告壹次完成。此類夾具成本很高，僅適用于大批量的相同試樣或成品的測試和檢驗(yàn)。
4、高低溫環(huán)境試驗(yàn)的增多，使用于高低溫的夾具種類增多。高低溫環(huán)境試驗(yàn)的增多，給夾具的設(shè)計(jì)增加了難度。我們知道高溫拉伸試驗(yàn)國佳標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定：圓試樣用螺紋，板試樣上有孔。由于連接方式固定，所以夾具的設(shè)計(jì)較為簡單。但高低溫試驗(yàn)卻不同，它壹般是在高低溫箱中做試驗(yàn)，它的試樣壹般標(biāo)距短(壹般為常溫試樣)，這樣夾具舊必須裝在高低溫箱內(nèi)，高低溫試驗(yàn)壹般由于試驗(yàn)機(jī)行程受限制(試驗(yàn)機(jī)在裝標(biāo)準(zhǔn)夾具時行程)，這舊要求夾具體積小，又要滿足試驗(yàn)力，又要耐高溫、低溫，壹般比較難設(shè)計(jì)。
5、連續(xù)試驗(yàn)夾具增多。由于過去壹般是制樣檢測，試樣的拉伸、壓縮是分開進(jìn)行的( 即拉伸、壓縮是用不同的夾具進(jìn)行的)，而現(xiàn)在成品檢測越來越多，試樣在同壹次試驗(yàn) 中又要受拉伸，又要受壓縮，又要有高的效率，只能用同壹種夾具既做拉伸又做壓縮。
6、特殊行業(yè)用試驗(yàn)夾具增多。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壹些新興的行業(yè)對試驗(yàn)機(jī)夾具提出 了新的要求，例如要求夾具結(jié)構(gòu)小、無磁性，耐腐蝕(在溶液中做試驗(yàn))等
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