第二章力学试验机Word格式.docx
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为了适应不同长度试样要求,可开动下夹头电动机27转动底座中的蜗轮15使螺柱13上下移动,以调节上下夹头间的距离。
但当试件夹紧或受力后,就不能再用下夹头电动机加载,否则,会将下夹头电动机烧毁或使机件损坏。
2.测力部分
装在试验机上的试件所受力的大小,可在测力度盘16上直接读出。
试件受力后,工作油缸中的油具有一定的压力。
这压力的大小与试件所受载荷的大小是成比例的。
用测力油管将工作油缸4与测力油缸17相联通,则测力油缸就受到与工作油缸相等的油压。
此油压就推动测力活塞18向下顶推拉杆19,使摆杆20和摆锤21绕支点22转动。
试件所受的力愈大,摆锤转角也愈大。
摆杆转动时,它上面的推杆23便推动水平齿杆24,从而使齿轮带动测力指针25旋转,这样便可以从测力度盘上读出试件所受力的力的大小。
摆锤的重量可以调换,一般试验机可以更换三种锤重,测力度盘上也相应有三种刻度。
实验时,要根据试件所需载荷的大小选择合宜的测力度盘,并在摆杆上放置相应的摆锤。
二、操作步骤
(1)加载前,测力指针应指在度盘上的“零”点,否则必须加以调整。
调整时,先开动油泵14,将活动台8升起1cm左右,然后稍微移动摆杆上的平衡铊26,使摆杆保持铅直位置,再转动水平齿杆使指针对准“零”点。
所以,先升起活动台再调整零点的原因是由于上横梁、活动立柱和活动台等有相当大的重量,要有一定的油压才能将它们升起。
但是这部分油压并未用来给试件加载,不反映到试件载荷的读数中去。
(2)根据估计的最大载荷Pmax选择量程并装上相应的摆锤。
所选量程应使Pmax在其40%~60%内为宜,再按步骤
(1)校准“零”点。
调好缓冲器的旋扭,使之与所选量程相同。
(3)安装试件。
压缩试件必须放置垫板,拉伸试件则须调整下夹头位置,使拉伸区间与试件长短相适应。
但试件夹紧后,就不能调整下夹头了。
(4)调整好自动绘图器的传动装置和笔纸等。
(5)检查送油阀和回油阀门是否处于关闭位置,如不是则应关闭。
(6)开动油泵电动机数分钟,检查运转是否正常。
然后缓缓打开送油阀,用慢速加载。
(7)实验完毕,立即停车取下试件。
缓缓打开回油阀,使油液泄回油箱,于是活动台便回到原始位置.最后将一切机构复原,并清理机器。
三、注意事项
(1)开车前和停车后,送油阀和回油阀一定要置于关闭位置,加载卸载和回油均应缓慢进行。
加载时,要求指针匀速平稳地走,严防送油阀开得过大,测力指针走得太快,致使试件受到冲击作用。
(2)机器运转时,操纵者不得离开且注意力要集中。
以免发生安全事故。
(3)拉伸试件夹住后,不得再调节下夹头的位置。
(4)实验时不得触动摆锤,以免影响读数的准确。
(5)在使用机器的过程中,如果听到异声或发生故障应立即停车,进行检查和修理。
第二节机械式万能材料试验机
机械式30kN万能材料试验机的结构如图2-2所示。
该机加载部分为机械传动式,采用手摇施加载荷,测力部分为杠杆式。
试验有四级载荷可供选择使用,载荷分级为:
2kN、5kN、15kN、30kN。
记录装置能自动绘出较大图面尺寸的P-ΔL关系曲线。
该机的主要特点是体积小,重量轻、性能适用、操作方便,一般都可由学习者独立操作,对培养动手能力是很有益处的。
一、工作原理
图2-2机械式万能试验机结构示意图
1—拉杆;
2—小车;
3—绘图笔;
4—标尺;
5—不等臂杠杆;
6、7—卡具;
8—拉伸试件;
9—销子;
10-小摇把;
11、12—伞齿轮;
13—蜗轮;
14—加载手摇把;
15—丝杆;
16—线绳;
17—绘图圆筒;
18—摆锤;
19-曲柄杆;
20—机座
拉伸试件8用相应的铰支卡环安装在卡具6和7之间。
转动与蜗轮相联的手摇把14,使蜗轮13转动。
从而带动卡具6相联的丝杆15缓慢地向下移动,试件即受到拉力。
试件8所承受的拉力,通过不等臂杠杆5和拉杆1,使带有摆锤18的曲柄杆19转到相应的平衡位置(如虚线所示)。
与此同时,曲柄杆19将推动带有绘图笔3和测力指针的小车2,使它在绘图圆筒17上沿测力标尺4向右移动,移动的大小即以一定的比例表示出试件受力的大小。
另一方面,当卡具6拉着试件8向下移动时,通过滑轮并最后绕在绘图圆筒17上的线绳16将借摩擦力(由吊挂在线绳16下端的重锤所引起)的作用,而带动绘图圆筒17转动。
显然,圆筒转动时,沿圆周方向移动的距离即以一定比例表示出试件的变形(伸长)的大小。
这样,绘图笔将自动在绘图纸上绘出试件受拉力P与变形ΔL的关系曲线。
试验机还配备有如图2-3所示的转荷器,将其安装在上下卡具6和7之间,则可进行压缩试验,剪切试验或弯曲试验等。
二、操作方法
(1)试件安装。
先转动小摇把10,通过伞形齿轮11、12的传动,使丝杆15能较快地上下移动,以便调整卡具6、7之间的距离与所使用试件的长度相适应并装好试件。
(2)在试件安装好后,应立即用销子9将伞形齿轮11固定住。
(3)根据估算试件所承受的最大载荷,选择相应的测力标尺(有A、B、C、D四个等级),并将所选定的测力标尺相应的砝码18装到曲柄杆19的摆盘上。
(4)调整绘图装置。
将绘图纸贴在绘图筒17上,拧开绘图笔架3上的螺丝,将绘图笔放入笔架并调整好与绘图纸的位置。
(5)加载。
握住加载摇把14,逆时针均匀转动使试件受力,直至拉断试件。
若在试验中途需要卸载,可顺时针转动摇把14。
(1)严禁使用小摇把10加载。
(2)加载时,切勿忘记将销子9插好,否则无法加载。
图2-3压缩转荷器
(3)试验过程中,不能碰砝码18,曲柄19以及与测量变形有关的零件,如绘图圆筒,线绳等。
因这些零件在试验过程中的反应(移动,转动等)是直接与试件的内力和变形有关。
因此,不允许受到任何阻碍。
第三节电子万能材料试验机
电子万能材料试验机是电子技术与机械传动相结合的新型试验机。
现以CSS—2210型微机控制电子万能材料试验机为例,说明电子万能材料试验机的结构及工作原理。
CSS—2210型试验机通过微机的功能管理,可以实现多种试验功能。
它对载荷、变形、位移的测量和控制有较高的精度和灵敏度。
与计算机相联还可实现控制、检测和数据处理的自动化。
可以实现拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、断裂韧性等多种试验功能。
可以进行等速负荷、等速变形、恒负荷、恒变形的自动控制实验,并有低周载荷循环的功能。
一、加载控制系统
图2-4是电子万能材料试验机的主机结构简图。
在加载控制系统中,由上横梁、活动横梁、工作台、滚珠丝杠付及立柱等组成门式框架。
活动横梁由滚珠丝杠付驱动。
试样安装于活动横梁与工作台之间的夹具内。
试验机的位移传动采用滚珠丝杠—双螺母预紧结构。
传动系统由宽调速直流伺服电机、减速装置、传动带轮等组成,减速装置采用同步齿形胶带传动。
计算机向测控单元发出指令,伺服电机便驱动减速装置带动滚珠丝杠转动,丝杠推动活动横梁向上或向下位移,从而实现对试样的加载。
伺服电机内加装高可靠性的反馈元件,使活动横梁能获得稳定的试验速度。
二、测量系统
测量系统包括负荷测量、试样变形测量和活动横梁的位移测量等三部分。
负荷测量把负荷传感器发出的信号变为微弱的电信号,经负荷变形测量放大器放大,再经A/D转换变成数字显示。
变形测量则是把应变式引伸计的信号经负荷变形测量放大器放大,并经A/D转换变为数字显示。
活动横梁的位移是借助丝杠的转动来实现的。
滚珠丝杠转动时,装在滚珠丝杠上的位移编码器输出的脉冲信号经过转换,也可用数字显示。
图2-4电子万能试验机结构
三、功能控制系统操作说明
CSS—2210型微机控制电子万能材料试验机控制操作面板示意图如图2-5所示。
各键的操作及指示如下:
1.显示窗——指示数值为动横梁位移量。
单位mm。
2.伸长键——伸长指示灯亮时,表示当前模拟量输出切换至小变形通道。
3.清零键——在任意时刻将动横梁位移(或伸长)所在位置定为零点。
4.设定指示窗——指示试验方式及控制参数。
试验方式包括常规试验、控制试验、伸长输出三种方式。
5.复位键——用来使系统回复到初始状态。
6.量程键——用来设定位移输出模量的量程。
7.小键盘——“0~9,+/-”用来设定试验数据,回车符号用来认可所设定的参数。
8.循环键——选定由最小值向最大值,再由最大值向最小值的反复试验。
9.单向键——选定某一方向的定值试验。
10.负荷键——进行单向或循环负荷控制。
选择负荷控制后,负荷最大值的输入被限制在最大负荷以内。
11.变形键——进行单向或循环变形控制。
12.位移键——进行单向或循环位移控制。
13.给定键——进行负荷/变形控制时,给定函数发生器。
14.拉伸键——使负荷/变形控制的启动方向为“拉”启动。
15.压缩键——使负荷/变形控制的启动方向为“压”启动。
图2-5操作面板
16.保持键——在试验的任意点使函数发生器保持在当前值不变。
17.返回键——在试验的任意点使函数发生器按相反方向返回至零点。
18.增益键——调整控制通道的增益值可由1~9进行选择。
19.功能键——按此键指示灯亮表示系统偏差不是零。
当偏差为零时指示灯灭,并自动完成所设控制通道的无冲击转换。
20.任意速度键——选择包括面板十七档速度在内的由最低至最高速度之间分度为0.01mm/min的任意速度。
21.1/10键——该键将面板所设的十三档速度值÷
10,则可得到十七档试验速度。
22.十三个速度键——直接设定如键所示的速度值,该十三档为常用速度。
23.下降键——使动横梁以选定的速度向下运行。
24.停止键——任意时刻按下此键将使动横梁停止运行。
25.上升键——使动横梁以选定的速度向上运行。
26.超荷指示灯——当试样负荷超过量程10%时,指示灯亮。
27.限位指示灯——当动横梁到达限位环所限定的位置时,指示灯亮并停机。
四、实验操作规程
1.接通电源,启动动力驱动系统,并预热一段时间。
2.安装试样。
3.检查是否处于正确的初始状态,否则按复位键使其正常。
4.选择试验方式进行参数设定。
进行某一控制方式下试验参数的设定应按如下顺序进行:
(1)选择试验给定方式,有速度和函数给定两种。
(2)选择控制方式,有单向和循环两种。
(3)选择试验项目,有负荷、变形、位移三种。
(4)设定试验参数。
如只进行常用速度下简单拉伸或压缩试验
(2)、(3)、(4)步骤省略。
5.如需绘制试验曲线,接好X—Y记录仪后,按下“伸长”键灯亮则X轴输出为小变形,再按下灯灭便切换为位移。
6.参数设定完毕按回车键,若需重新设置或选择另一组新的试验参数,则按“复位”进行步骤4便可完成新一组参数的设定。
7.按所需的试验动作选择相应的控制键进行试验。
8.试样破坏后(非破坏性试验应先卸载),先关闭动力系统,然后关闭电源,清理还原。
注意:
试验过程中出现异常情况,迅速按“急停”按键。
待找出原因,系统正常再按正确操作步骤开始试验。
第四节NJ—100B扭转试验机
扭转试验机是对试件施加扭矩,进行扭转试验的专用设备。
它的类型很多,构造形式也各有不同,但一般都是由加载和测力两部分构成。
现以NJ—100B型扭转试验机为例,来说明其构造原理和使用方法。
一、主要技术性能
图2-6NJ—100B扭转试验机外形图
1—溜板;
2—导轨;
3—直流电机;
4—减速器;
5—夹头;
6—试件;
7—操作台;
8—度盘;
9—记录装置
该试验机采用了电子自动平衡测力装置,直流电机无级调速系统并设有记录装置,它可以正反两个方向施加扭矩进行扭转试验,专门用来测定各种金属和非金属材料受扭转时的力学性能。
分四级度盘:
即0~1000N·
m;
0~500N·
0~200N·
m;
0~100N·
m。
二、工作原理
试验机由加载系统,测力系统和记录装置三个部分组成,其外形如图2-6所示。
(1)加载系统安装在溜板上的加载机构,通过6个滚珠轴承可以在基座的导轨上自由滑动。
由直流电动机的带动,通过两级蜗轮、蜗杆,减速箱的减速,使夹头旋转,对试件施加扭矩。
试验机的正反加载和停车可按动操纵面板上的按钮3(图2-7),为了适应各种材料扭力试验的需要,试验机具有较宽的调速范围,即分为两档:
0~36°
/min;
0~360°
/min,可将调速开关6拨在0~36或0~360处,拧动调速电位器5进行调节,具体速度值由电表4显示出。
如选用0~36档,电表上的数值减少10倍。
图2-7扭转试验机操作面板
1一工作电流表;
2一记录开关;
3一按钮;
4一转速表;
5一调速电位器;
6一变速开关;
7一电源开关;
8一复位
图2-8扭转试验机原理示意图
1—夹头;
2—杠杆;
3—反向杠杆;
4—变支点杠杆;
5—拉杆;
6—平衡杠杆;
7—差动变压器;
8—放大器;
9—伺服电机;
10—钢丝;
11—游铊;
12—绳轮;
13—指针;
14—测力度盘;
15—
记录笔;
16—钢丝;
17—记录筒;
18—夹头;
19—减速箱;
20-自整角发送机;
21—放大器;
22—伺服电机;
23—自整角变压器;
24—齿轮,25—量程选择手轮;
26—链条;
27—伞齿轮;
28—凸轮
(2)测力系统扭转试验机的杠杆系统原理如图2-8所示。
由夹头1传来的力矩,通过杠杆2或反向杠杆3,变支点杠杆4和拉杆5,拉动平衡杠杆6。
由于P力的作用,水平杠杆失去平衡,右端上翘,推动差动变压器7,差动变压器铁芯位移后输出一个电信号,经放大器8,使伺服电机9转动,通过钢丝10,拉动游铊11。
当游铊对支点的力矩QS=Pr时,杠杆达到平衡,恢复水平状态。
这时,差动变压器铁芯处于零点,无信号输出,电机9停止转动。
游铊移动的同时,通过钢丝拉动绳轮12,使指针13在测力度盘14上指出扭矩Mn的数值。
(3)记录装置记录装置中的记录笔15通过钢丝16由绳轮12来拉动。
记录筒17的转动是通过减速箱19上的自整角发送机20发出信号,经过放大器21放大,由伺服电机22带动自整角变压器23,通过齿轮24啮合来实现记录筒的转动,使记录笔15在纸上绘出代表扭转变形的曲线。
记录筒的转动有两种速度,即记录纸的移动有1°
/min、15′/min两级,通过齿轮24来变换。
使用记录筒时,可开动操作台上的开关2,即可自动绘制Mn一φ曲线图。
试验机有四级度盘,采用变支点杠杆及变表盘机构,当需要换表盘时,旋动量程选择手轮25,经链条26、伞齿轮27、凸轮28来变换支点,即可得到所选用的度盘。
三、操作步骤
(1)检查试验机夹头的形式是否与试件相配合。
将速度范围开关置于0~36°
/min处。
调速电位器置于零位。
(2)根据所需最大扭矩来转动量程选择旋钮,选取相应的测力度盘。
按下电源开关,接通电源。
转动调零旋钮,使指针对准零点。
(3)装好自动绘图器的笔和纸,挂好传动齿轮(调低速),打开绘图器开关。
(4)安装试件。
先将试件的一端插入夹头中,调整加载机构作水平移动,使试件另一端插入夹头中后再给以夹紧。
先紧主夹头,再紧动夹头。
(5)加载。
将加载开关“正”(或“反”)按下,逐渐增大调速电位器的刻度值,操纵直流电机转动,对试件施加扭矩。
(6)实验完毕,停机,取下试件,将机器复原并清理现场。
四、注意事项
(l)施加扭矩后,禁止再转动量程选择旋钮。
(2)使用V型夹板夹持试件时,必须尽量夹紧,以免试验过程中试件打滑。
(3)试验机运转时,操作者不得擅自离开。
听见异声或发生任何故障应立即停机。
第五节数控扭转试验机
数控扭转试验机是电子技术与机械传动相结合的新型试验机。
它对力矩、角度的测量和控制有较高的精度和灵敏度,具有量程范围大,数字显示直观准确,操作方便等特点。
现以TCN—AN型微机数控扭转试验机为例,说明数控扭转试验机的结构及工作原理。
TCN—AN型试验机可以通过数控电机加载和微动进给,可实现扭断试验和定变形角度的两种测试方式。
一、试验机结构及加载控制系统
图2-9是数控扭转试验机的外形,操作系统1上置有控制面板,可与计算机相联,实现控制、检测、和数据处理的自动化,松开锁紧手柄4,摇动手轮5,可以根据试样10的长短使操作系统沿导轨2相对滑动,调整推力爪盘9和测力爪盘11之间的距离。
试样先装入测力爪盘用夹头钥匙拧紧后,再装入推力爪盘拧紧,然后,将锁紧手柄拧紧。
操作系统发出指令给数控电机8(安装在减速装置7后)通过同步带6驱动减速装置7使推力爪盘转动,实现对试样的加载。
11
图2-9数控扭转实验机
1—操作系统;
3—固定座;
4—锁紧手柄;
5—摇动手轮;
6—同步带;
7—减速装置;
8—数控电机;
9—推力爪盘;
10—试件;
11—测力爪盘
二、功能控制系统操作说明
1.准备工作
(1)开机:
打开电源开关,开机调零预热5分钟后调试。
(2)力矩调零:
测试时,若力矩显示屏显示值不是“00000”时,调整调零旋钮,将显示值调为“00000”状态,调零15秒后调试。
2.控制面板操作
用控制面板操作,可以完成数据输入,超限判别,数理统计计算,弹性曲线打印、数据自动记录,数据打印,测试方式选择,单位转换,测试状态选择,批号输入等功能。
(1)数据输入
在数据输入时必须注意数据的位数,不能缺位,功能显示窗显示所要输入数据的值的位数。
如输入批号时,功能参数窗显示“PAno01”其中“01”就是批号的位数,该值位数为两位,输入时只能输两位值才有效。
a)日期输入:
按“输入”键、再按“0”键,功能参数窗显示“Y×
×
”,输入一个六位数值,按“退出”键确认。
若还有其它数据要输入,可将该数据输入完毕后,再按“退出”键确认。
b)批号的输入:
试验机可存储二十批数据,输入批号的操作:
按“选点”键,选到“A”或“b”点,按“输入”键,再按“8”,功能参数窗显示“PAno01”,输入一个两位数值,按“退出”,即可完成批号的输入。
c)测试方式的选择:
试验机提供扭断试验、定变形角度的测试方式,正转、反转、连机(计算机)、脱机状态的选择。
选择测试方式的操作:
按“选点”,选到“A”或“b”点,按“输入”键,再按“9”,功能参数窗显示“Connxy”,(其中x、y是测试方式值的代号),当:
x=0,y=0时,表示脱机状态,正(顺时针)转扭断或定变形角度测试;
x=0,y=1时,表示连机状态,正(顺时针)转扭断或定变形角度测试;
x=0,y=4时,表示脱机状态,反(逆时针)转扭断或定变形角度测试;
x=1,y=0时,表示脱机状态,正(顺时针)定力矩测试。
d)单位转换:
试验机按不同测试要求,提供扭矩单位转换,操作如下:
按“功能”键,功能参数窗显示“CH”,再按“4”键,功能参数窗显示“FLno00”,输入“10”,则单位换成重量单位,若输入“20”则单位换成英制单位,按“退出”键确认。
FLno00——国际单位
FLno10——重量单位
FLno20——英制单位
e)定两点变形角度测试:
按“输入”键,再按“9”键,确定显示为“Conn00”;
按“退出”;
按“选择”键,选到“A”点:
按“输入”键,再按“1”键,显示“A×
”,输入测试点角度。
按“输入”键,再按“2”键,显示“A-×
”,输入此点扭矩值。
按“输入”键,再按“3”键,显示“A└×
”,输入此点扭矩下限。
按“输入”键,再按“4”键,显示“A┐×
”,输入此点扭矩上限。
至此,A点数据输入完毕。
按“选择”键,选择“b”点,按上述方法输入b点各参数。
如果只定一个转角测试,其后面一点的角度值应清零。
即若只定“A”点一个转角,则“b”点转角应输入为“000000”。
输完数据后,按“退出”键。
在角度的输入中,只输入角度的绝对值。
当输入数据完毕后,按“自动”便可进行测试,功能显示窗显示记录测试的最大值。
转到测试点时,有力矩值超限显示(超限,红灯亮;
合格,绿灯亮),“功能参数”框有数据显示,并将数据自动记入内存,以便作统计计算应用;
否则,便没采到数据,测试失败。
f)扭断测试:
扭断测试时,应先将“A”、“b”两点的转角清零。
即按“选点”键,选到“A”点(功能参数窗显示“A×
”),按“输入”键,再按“1”键,输入“000000”;
再选到“b”点,按上步骤清零。
清零后,选到“d”点:
按“输入”键,再按“0”键,功能参数窗显示“L×
.×
”,输入试件的标距,必须输入一个非零值;
按“输入”键,再按“1”键,功能参数窗显示“S×
”,输入试件的横截面积,此值用于计算试件的强度;
按“输入”键,再按“2”键,功能参数窗显示“└×
”,输入试件最大抗扭力下限值;
按“输入”键,再按“3”键,功能参数窗显示“┐×
”,输入试件最大抗扭力上限值;
按“输入”键,再按“4”键,功能参数窗显示“┘×
”,输入试件扭断力矩下限值;
按“输入”键,再按“5”键,功能参数窗显示“┌×
”,输入试件扭断力矩上限值。
g)角度置数:
按“输入”键、再按“6”键。
设置当前角度数值,可正可负。
与“位置零”和“-”按键配合使用。
h)速度控制:
按“输入”键、再按“7”键。
可设定速度。
操作:
按“输入”、“7”,显示“P×
”。
最大速度值为:
“P0999”。
输入≤0999的数值可选定不同速度档位。
设定完毕按“退出”。
i)已测数据的删除:
试验机对已测数据有永久保存功能,避免断电或死机造成数据丢失。
对无用的已测数据应该删除,免其占用大量内存,删除的操作:
按“功能”键,再按“2”,功能参数窗显示“CLEAn”,按“退出”键完成数据删除。
此时按“查看”键,功能参数窗显示“nod”,说明数据已删除。
(2)测试数据浏览
按“查看”键,进入已测数据浏览状态。
数据窗有:
角度显示窗、扭矩显示窗和功能显示窗。
(3)统计计算及打印测试结果及刚度
每批试件测试完毕后,可自动进行统计计算。
a)按“打印”键、再按“当前”键:
打印当前
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