专利名称：微型宽频拉－扭疲劳试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型宽频拉-扭疲劳试验机，属于材料疲劳试验机的改进技术。
背景技术：
目前，多轴拉扭疲劳试验机多采用液压系统实现，液压疲劳试验机主要存在以下几个问题1、液压系统的量程较大，无法满足小型试件的精密试验；2、动态响应速度慢，无法进行高频疲劳试验；3、功率大，试验过程中产生较多热量，试验机进行高周疲劳试验时会有散热问题。因此，液压试验机无法满足微电子材料、高分子材料等各种新型材料的力学性能测试要求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种微型宽频拉-扭疲劳试验机，该试验机具有精度高、响应快、功耗小、易操作等主要特点。
本实用新型是通过下述技术方案加以实现的，包括框架1，框架上端连接的横梁2、连接在横梁2上的电机3、、电机连接的上夹头4、连接在框架下端的传感器7、及其之上的下夹头6构成的微型宽频拉-扭试劳试验机，其特征在于，电机采用输出拉力和扭力的音圈电机，传感器为拉扭复合传感器。
本实用新型的优点在于，具有精度高、响应快、功耗小、易于操作等特点；拉力为10～258N，扭矩可达7N.m，测试频率可达100次数/分钟。
下面对本实用新型加以详细说明音圈电机是本试验机的基本作动单元，该电机具有卓越的直线进给运动控制功能。其工作原理是利用通电线圈在恒定磁场中受电磁力作用，力的大小与磁场强度、线圈运动速度及通电电流成正比。当电机型号确定，磁场强度也就确定，因此电机的作动单元可根据需要形成力矩环或速度环的闭环控制方式。电机的动态响应性能优越，运动加速度可达到20g。同时，输出力与通电电流成正比，可方便对输出载荷的大小进行控制调节。将电机控制器与上位机相连，可单独对电机进行控制或与上位机通讯控制。电机控制器提供AD输入接口，可以将外部载荷传感器信号输入形成闭环控制，或采用电机控制器的命令将信号读出进行显示和存储。扭转方向采用微型直流电机与减速器配合使用，可在保证0.0068度的角度控制精度下输出1N·m大小以内的扭矩。采用与直线动动方向相同的控制器对扭转方向的运动进行控制。扭矩的大小同样可以通过外部扭矩传感器测量得到后输入到控制器进行处理。
试验机的控制装置为全数字闭环控制系统，两种控制模式(载荷、位移)可根据需要自由选择。由于位移控制的精度极高(最大分辨率1um)，经标定可以将位移信号用作应变信号。轴向运动与扭转运动由独立的控制器分别控制，两通道可无干扰的异步工作，也可同步协调工作。控制波形由音圈电机控制器的内部数字寄存器产生，可生成三角波、正弦波、方波、斜波、梯形波等各种控制波形。合理的设置拉扭方向的控制方式及波形、频率，可实现比例路径和圆路径、菱形路径、方形路径等各种非比例路径，用于研究金属、非金属材料在多轴非比例加载条件下的力学响应。通过将电机控制器与上位机相连，可以把试验过程中的载荷、位移信号在上位机实时显示、控制或存储以备后续处理。
音圈电机控制器可以解释和执行ASCII码命令，可利用VB或Delphi等编程语言制作疲劳试验程序界面，形成上位机对音圈电机的控制。控制器对单条指令的解释时间不超过200us，可以满足疲劳试验动态响应要求。自主开发的疲劳试验程序功能主要包括初始化电机控制器的控制参数，对试验数据如轴向力、位移、扭矩、转角进行实时显示和存储，设定试验参数，对电机进行位移和载荷方式保护等。
图1为本实用新型结构示意图。
图中1为框架、2为横梁、3为音圈电机、4为上夹头、5为试件、6为下夹头、7为传感器。
具体实施方式
打开拉扭疲劳试验程序。开启电机，初始化电机的控制参数，设定好相位，进入位移模式，设定比例、积分、微分增益，索引极限号，采样频率，速度，加速度，扭矩，最大跟随误差，电机作动器的运动方向等。选用适当的夹头形式与电机作动轴和传感器的输入轴进行连接。试验操作时先将上夹头夹紧试件，根据试件的长度将横梁调整到相应的高度，夹紧下夹头。开启电机伺服控制方式，通过电机控制器输入的载荷信号检查试件当前的受力状态是否为零。若不为零应先检查电机的控制方式。如果是位移控制，切换到载荷控制方式将其清零。根据试验要求设定好相应的电机控制参数和试验信息，如波形、频率、幅值、控制方式、循环次数等，同时，估算试验可能的载荷和位移极值，设定载荷和位移保护值，以便试验出现异常时做及时处理。参数全部设置完毕，即可进行试验。试验结束后，应先关闭电机伺服控制，松开下夹头将横梁升高，再松开上夹头将试件取下，试验停止，关闭电机和控制器。
权利要求1.一种微型宽频拉-扭疲劳试验机，该试验机包括框架1，框架上端连接的横梁2、连接在横梁2上的电机3、、电机连接的上夹头4、连接在框架下端的传感器7、及其之上的下夹头6构成的，其特征在于电机采用输出拉力和扭力的音圈电机，传感器为拉扭复合传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种微型宽频拉－扭疲劳试验机，属于材料疲劳试验机的改进技术。该微型宽频拉－扭疲劳试验机包括框架，框架上端连接的横梁、连接在横梁上的电机、电机连接的上夹头、连接在框架下端的传感器、及其之上的下夹头构成，其特征在于，电机采用输出拉力和扭力的音圈电机，传感器为拉扭复合传感器。本实用新型的优点在于，具有精度高、响应快、功耗小、易于操作等特点。
文档编号G01N3/00GK2729688SQ20042002981
公开日2005年9月28日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者陈旭, 陈刚 申请人:天津大学