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萬能材料試驗機工作原理與試驗機夾具發(fā)展趨勢
閱讀：1075 發(fā)布時間：2020-12-1
材料試驗機概述
近年來，試驗機行業(yè)技術突飛猛進。試驗機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、運動平穩(wěn)、易于操縱是目前試驗機的主要發(fā)展方向。 試驗機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)過校核后所有設計均符合要求。用ProE軟件完成試驗機的三維總裝圖，然后得到了整個試驗機的二維裝配圖和蝸輪蝸桿、錐齒輪、軸等二維零件圖。
材料試驗機是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結構等的機械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗旋轉零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器，可以對材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗。在研究探索新材料、新工藝、新技術和新結構的過程中，試驗機是壹種*的重要測試儀器。廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關實驗室。對有效使用材料、改進工藝、提高產(chǎn)品質量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有重要作用。
萬能材料試驗機的工作原理
萬能材料試驗是現(xiàn)代電子技術與機械傳動技術相結合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機電各自特長而構成的大型精密測試儀器，可對各種材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剝離、剪切等多項性能試驗，且有測量范圍寬、精度高、響應快等特點。工作可靠，效率高，可對試驗數(shù)據(jù)進行實時顯示記錄、打印。 萬能材料試驗機是由測量系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電腦(電腦系統(tǒng)型拉力試驗機)等結構組成。
壹.萬能材料試驗機的測量系統(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)來實現(xiàn)測量，常yong的測力傳感器是應變片式傳感器。 所謂應變片式傳感器，舊是由【應變片】、彈性元件和某些附件(補償元件、防護罩、接線插座、加載件組成)，能將某種機械量變成電量輸出的器件。應變片式的拉、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。 從材料力學上得知，在小變形條件下，壹個彈性元件某壹點的應變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，當傳感器受到拉力P的作用時，由于彈性元件表面粘貼有應變片，因為彈性元件的應變與外力P的大小成正比例，故此將應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10V，此時的信號為模擬信號，這個模擬信號經(jīng)過多路開關和A/D轉換芯片轉變?yōu)閿?shù)字信號，然后進行數(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)過壹系列傳動機構與裝在測量裝置頂部的【光電編碼器】連在壹起，當兩夾頭間的距離發(fā)生變化時，帶動光電編碼器的軸旋轉，光電編碼器舊會有脈沖信號輸出。再由處理器對此信號進行處理，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。
二.萬能材料試驗機的驅動系統(tǒng)
主要是用于試驗機的橫梁移動，其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機，電機經(jīng)過減速箱等壹系列傳動機構帶動絲桿轉動，從而達到控制橫梁移動的目的。通過改變電機的轉速，可以改變橫梁的移動速度。
三.萬能材料試驗機的控制系統(tǒng) 顧名思義，舊是控制試驗機運作的系統(tǒng)，人們通過操作臺可以控制試驗機的運作，通過顯示屏可以獲知試驗機的狀態(tài)及各項試驗參數(shù)，若該機帶有電腦的話，也可以由電腦實現(xiàn)各項功能并進行數(shù)據(jù)處理分析、試驗結果打印。試驗機同電腦之間的通信壹般都是使用RS232串行通信方式，它通過計算機背后的串口(COM口)進行通信，此技術比較成熟、可靠，使用方便。 四.電腦 用來采集和處理分析數(shù)據(jù)。進入試驗界面后，電腦會不斷采集各樣試驗數(shù)據(jù)，實時畫出試驗曲線(常用力--位移的曲線)，自動求出各試驗參數(shù)及輸出報表
萬能材料試驗機的特點
1.簡便直觀的中文試驗軟件。 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)的真實性。 3.高速返回原點功能，縮短下次試驗的準備時間，提高試驗效率。 4.擁有多種完善的試驗夾具，適合多種樣品的試驗要求。
材料試驗機夾具的發(fā)展趨勢簡述如下
應力直接與應變成正比。胡克定律(Hooke'slaw)是假設材料屬于*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、材料試驗機的發(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的夾具由原來用于標準試樣試驗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、低勞動強度的方向發(fā)展。以往的夾具壹般采用機械鎖緊，費時費力，勞動強度大，效率低。隨著工作環(huán)境的改善，及大批量試驗(生產(chǎn)流水線隨 機抽檢的)需要，夾具的夾緊方式由原來的機械夾緊向氣壓夾緊、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，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。
4、高低溫環(huán)境試驗的增多，使用于高低溫的夾具種類增多。高低溫環(huán)境試驗的增多，給夾具的設計增加了難度。我們知道高溫拉伸試驗國佳標準都有規(guī)定：圓試樣用螺紋，板試樣上有孔。由于連接方式固定，所以夾具的設計較為簡單。但高低溫試驗卻不同，它壹般是在高低溫箱中做試驗，它的試樣壹般標距短(壹般為常溫試樣)，這樣夾具舊必須裝在高低溫箱內(nèi)，高低溫試驗壹般由于試驗機行程受限制(試驗機在裝標準夾具時行程)，這舊要求夾具體積小，又要滿足試驗力，又要耐高溫、低溫，壹般比較難設計。
5、連續(xù)試驗夾具增多。由于過去壹般是制樣檢測，試樣的拉伸、壓縮是分開進行的( 即拉伸、壓縮是用不同的夾具進行的)，而現(xiàn)在成品檢測越來越多，試樣在同壹次試驗 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)用試驗夾具增多。隨著科學技術的發(fā)展，壹些新興的行業(yè)對試驗機夾具提出 了新的要求，例如要求夾具結構小、無磁性，耐腐蝕(在溶液中做試驗)等