拉扭试验机及其试验方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及材料力学测试领域，具体的说是一种适用于测量材料拉伸及扭转的各项特性参数的拉扭试验机及其试验方法。
【背景技术】
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[0002]随着现代工业的发展，现代新型材料层出不穷，为了探索新型材料在各种复杂环境(高温、高压、真空、腐蚀等)下的具体参数，就要进行精确的抗拉压扭转试验以便得到较好的机械性能、工艺性能、结构强度等，从而控制产品质量。目前，试验机广泛应用于机械、建筑、交通、运输、冶金、化工、轻纺、航空、航天、能源开发、新型材料等各个领域和部门，对于试验机的要求与日俱增，传统的材料试验机一般有拉伸试验机和扭转试验机，不能实现拉压扭转测量试验的一体化及同时进行。
【发明内容】
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[0003]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以对试样进行拉伸、扭转及拉扭试验的拉扭试验机及其试验方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种拉扭试验机，包括机体，机体内设置有传动装置，机体上部设置有框架，所述机体和框架连接处设置有第一连接板，所述框架内设置有升降装置，所述传动装置带动所述升降装置升降。
[0006]所述升降装置包括第一丝杠和第二丝杠，所述第一丝杠和所述第二丝杠的上端与框架的顶部盖板连接，下端与所述第一连接板连接，所述第一丝杠和第二丝杠上固定有可移动连接板，上卡盘固定于所述可移动连接板，上卡盘内安装有拉力传感器，与所述上卡盘对应的下卡盘下部与所述第一连接板连接，所述上卡盘与所述下卡盘之间固定待测试样，第一传感器设置于所述第一连接板上。
[0007]所述传动装置包括第一齿轮，所述第一齿轮套接固定于第一齿轮轴，所述第一齿轮轴的一端固定连接有涡轮蜗杆装置，另一端连接第一离合器，所述第一离合器另一端连接于所述下卡盘，所述涡轮蜗杆装置连接外部动力机构，所述第一齿轮的两侧分别设有第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮分别与所述第二齿轮及所述第三齿轮啮合，所述第二齿轮套接固定于第二齿轮轴，所述第二齿轮轴连接第二离合器，所述第二离合器另一端连接于所述第一丝杠，所述第三齿轮套接固定于第三齿轮轴，所述第三齿轮轴连接第三离合器，所述第三离合器另一端连接于所述第二丝杠，所述涡轮的下方装有光栅，第二传感器设置在靠近第二齿轮轴的底板上。
[0008]所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮为斜齿轮。
[0009]所述框架内壁设有滑道，所述可移动连接板沿所述滑道滑动。
[0010]所述第一离合器、第二离合器和第三离合器为牙嵌式离合器；所述第一离合器、第二离合器和第三离合器的两端和与其对应的轴连接处采用键连接。
[0011]所述下卡盘上方设置有温度控制箱，所述温度控制箱由两个半柱状罩扣合而成，围设在待测试样外侧。
[0012]所述下卡盘包括大卡盘和小卡盘，所述小卡盘下端面连接大卡盘上端面，所述小卡盘顶端卡接待测试样，所述大卡盘下部与所述第一连接板通过轴承连接。
[0013]所述第一丝杠和第二丝杠的上端与框架的顶部盖板通过轴承座连接，其下端通过轴承及轴承端盖与第一连接板连接。
[0014]所述第一齿轮轴、第二齿轮轴和第三齿轮轴与机体的第一连接板和第二连接板之间均装有轴承。
[0015]所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮与对应的齿轮轴之间采用键连接，所述涡轮与第二齿轮轴之间采用键连接。
[0016]所述第二齿轮与涡轮通过轴肩及套筒进行同轴定位。
[0017]所述第一传感器为用于测量位移的光电传感器。
[0018]所述第二传感器为用于测量扭转角度的光电传感器。
[0019]使用所述拉扭试验机进行拉扭试验的方法如下:
[0020]将待测试样装夹在所述下卡盘上，先根据不同的试验需要调节离合器的结合状态，然后启动外部动力机构，使所述传动装置带动升降装置运动:
[0021]a.若需要进行拉伸试验，则将所述第二离合器和所述第三离合器结合，所述第一离合器分离；所述涡轮蜗杆驱动所述第一齿轮轴带动所述第一齿轮转动，进而带动与所述第一齿轮相啮合的所述第二齿轮和所述第三齿轮转动，带动所述第一丝杠和所述第二丝杠旋转，使所述上卡盘向上或向下移动，所述下卡盘为静止状态，卡紧试样后实现对试样的拉伸测试；所述第一传感器与所述拉力传感器分别测得位移和拉力，将两组数据传输到数据采集卡，通过虚拟仪器得出材料性能；
[0022]b.若需要进行扭转试验，则将所述第二离合器和所述第三离合器分离，所述第一离合器结合；所述涡轮蜗杆驱动所述第一齿轮轴带动所述第一齿轮转动，进而带动与所述第一齿轮相连接的下卡盘，使所述下卡盘旋转，所述第一丝杠、第二丝杠与所述上卡盘都为静止状态，实现对试样的拉扭测试；所述第二传感器通过光栅测得扭转角，扭矩传感器测得扭矩，两参数传输到数据采集卡，通过虚拟仪器得出材料性能；
[0023]c.若需要进行拉扭试验，则将所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器结合；所述涡轮蜗杆驱动所述第一齿轮轴带动所述第一齿轮转动，进而带动与所述第一齿轮相啮合的所述第二齿轮和所述第三齿轮转动，带动所述第一丝杠和所述第二丝杠旋转，使所述上卡盘向上或向下移动，卡紧试样后实现对试样的拉伸测试；同时通过旋转的第一齿轮带动与所述第一齿轮相连接的下卡盘，使所述下卡盘旋转，实现对试样的拉扭测试；所述第一传感器与所述拉力传感器分别测得位移和拉力，所述第二传感器通过光栅测得扭转角，扭矩传感器测得扭矩，将数据分别传输到数据采集卡，通过虚拟仪器得出材料性能。
[0024]本发明的有益效果:可以实现拉伸扭转试验的一体化，为试验带来更多的方便；能在测量过程中显示各项特性参数和动态特性曲线，对测量数据进行统计分析，并将测量结果输出；经济实用，节省空间。
【附图说明】
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[0025]图1为本发明的拉扭试验机的结构示意图。
[0026]图2为本发明的拉扭试验机拉伸试验时离合器状态图。
[0027]图3为本发明的拉扭试验机拉伸试验时测量系统工作原理图。
[0028]图4为本发明的拉扭试验机扭转试验时离合器状态图。
[0029]图5为本发明的拉扭试验机扭转试验时测量系统工作原理图。
[0030]图6为本发明的拉扭试验机拉扭试验时离合器状态图。
[0031]图中机体，2-框架，3-底板，4-第一连接板，5-第二连接板，6-第二传感器，7-涡轮，8-蜗杆，9-光栅，10-第一斜齿轮，11-第二斜齿轮11，12-第三斜齿轮，13-第一齿轮轴，14-第二齿轮轴，15-第三齿轮轴，16-第一离合器，17-第二离合器，18-第三离合器，19-第一丝杠，20-第二丝杠，21-第一传感器，22-下卡盘，23-上卡盘，24-可移动连接板，25-丝杠螺母，26-温度控制箱，27-滑道，28-顶部盖板。
【具体实施方式】
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[0032]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明。
[0033]如图1所示，一种拉扭试验机，包括机体1，机体内设置有传动装置，机体上部设置有框架2，所述机体I和框架2连接处设置有第一连接板4，所述框架2内设置有升降装置，所述传动装置带动所述升降装置升降。
[0034]所述升降装置包括第一丝杠19和第二丝杠20，所述第一丝杠19和所述第二丝杠20的上端与框架2的顶部盖板28通过轴承座连接，下端与所述第一连接板4通过轴承及轴承端盖连接，所述第一丝杠19和第二丝杠20上通过丝杠螺母25固定有可移动连接板24，所述框架2内壁设有滑道27，所述可移动连接板24沿所述滑道27滑动，既可以起到帮助连接板移动的作用，又可以在进行扭转实验的过程中起到保护可移动连接板24的作用，上卡盘23固定于所述可移动连接板24，上卡盘23内安装有拉力传感器(未图示)，与所述上卡盘23对应的下卡盘22下部与所述第一连接板4通过轴承连接，以确保进行扭转实验时下卡盘22的旋转，所述上卡盘23与所述下卡盘22之间固定待测试样，第一传感器21设置于所述第一连接板4上。
[0035]所述传动装置包括第一斜齿轮10，所述第一斜齿轮10通过键连接于第一齿轮轴13，所述第一齿轮轴13的一端通过键连接有涡轮蜗杆装置，另一端连接第一离合器16，所述第一离合器16另一端连接于所述下卡盘22，所述涡轮蜗杆装置连接外部动力机构(未图示)，所述第一斜齿轮10的两侧分别设有第二斜齿轮11和第三斜齿轮12，所述第一斜齿轮10分别与所述第二斜齿轮11及所述第三斜齿轮12啮合，所述第二斜齿轮11通过键连接于第二齿轮轴14，所述第二齿轮轴14连接第二离合器17，所述第二离合器17另一端连接于所述第一丝杠19，所述第三斜齿轮12通过键连接于第三齿轮轴15，所述第三齿轮轴15连接第三离合器18，所述第三离合器18另一端连接于所述第二丝杠20，所述涡轮7的下方装有光栅9，第二传感器6设置在靠近第二齿轮轴14的底板3上。
[0036]所述下卡盘22为双卡盘结构，包括大卡盘和小卡盘，所述小卡盘下端面连接大卡盘上端面，所述小卡盘顶端卡接待测试样，所述大卡盘下部与所述第一连接板4通过轴承连接，为了防止长期的温度变化导致卡盘的损坏，上面的小卡盘可以随时更换，保证测试结果更加精准。
[0037]所述下卡盘22上方设置有温度控制箱26，所述温度控制箱26由两个半柱状罩扣合而成，围设在待测试样外侧，可以控制试样所在空间的温度，达到在不同温度条件下，对试样进行试验的目的。
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