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*材料试验机工作原理与试验机夹具发展趋势

来源：济南中特试验机有限公司2022/4/29 13:10:03168

导读:

　　材料试验机概述

　　近年来，试验机行业技术突飞猛进。试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展方向。试验机的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、滚珠丝杠三部分组成。经过校核后所有设计均符合要求。用ProE软件完成试验机的三维总装图，然后得到了整个试验机的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。

　　材料试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种*的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。

　　*材料试验机的工作原理

　　*材料试验是现代电子技术与机械传动技术相结合的产物，是充分发挥了机电各自特长而构成的大型精密测试仪器，可对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切等多项性能试验，且有测量范围宽、精度高、响应快等特点。工作可靠，效率高，可对试验数据进行实时显示记录、打印。 *材料试验机是由测量系统、驱动系统、控制系统及电脑(电脑系统型拉力试验机)等结构组成。

　　一.*材料试验机的测量系统

　　1.力值的测量通过测力传感器、放大器和数据处理系统来实现测量，常yong的测力传感器是应变片式传感器。所谓应变片式传感器，就是由【应变片】、弹性元件和某些附件(补偿元件、防护罩、接线插座、加载件组成)，能将某种机械量变成电量输出的器件。应变片式的拉、压力传感器国内外种类繁多，主要有筒状力传感器、轮辐式力传感器、S双连孔型传感器、十字梁式传感器等类型。从材料力学上得知，在小变形条件下，一个弹性元件某一点的应变ε与弹性元件所受的力成正比，也与弹性的变形成正比。以S型传感器为例，当传感器受到拉力P的作用时，由于弹性元件表面粘贴有应变片，因为弹性元件的应变与外力P的大小成正比例，故此将应变片接入测量电路中，即可通过测出其输出电压，从而测出力的大小。

　　一般来说，传感器的输出信号都是非常微弱的，通常只有几个mV，如果我们直接对此信号进行测量，是非常困难的，并且不能满足高精度测量要求。因此必须通过放大器将此微弱信号放大，放大后的信号电压可达10V，此时的信号为模拟信号，这个模拟信号经过多路开关和A/D转换芯片转变为数字信号，然后进行数据处理，至此，力的测量告一段落。 2.形变的测量通过形变测量装置来测量，它是用来测量试样在试验过程中产生的形变。该装置上有两个夹头，经过一系列传动机构与装在测量装置顶部的【光电编码器】连在一起，当两夹头间的距离发生变化时，带动光电编码器的轴旋转，光电编码器就会有脉冲信号输出。再由处理器对此信号进行处理，就可以得出试样的变形量。 3.横梁位移的测量其原理同变形测量大致相同，都是通过测量光电编码器的输出脉冲数来获得横梁的位移量。

　　二.*材料试验机的驱动系统

　　主要是用于试验机的横梁移动，其工作原理是由伺服系统控制电机，电机经过减速箱等一系列传动机构带动丝杆转动，从而达到控制横梁移动的目的。通过改变电机的转速，可以改变横梁的移动速度。

　　三.*材料试验机的控制系统顾名思义，就是控制试验机运作的系统，人们通过操作台可以控制试验机的运作，通过显示屏可以获知试验机的状态及各项试验参数，若该机带有电脑的话，也可以由电脑实现各项功能并进行数据处理分析、试验结果打印。试验机同电脑之间的通信一般都是使用RS232串行通信方式，它通过计算机背后的串口(COM口)进行通信，此技术比较成熟、可靠，使用方便。四.电脑用来采集和处理分析数据。进入试验界面后，电脑会不断采集各样试验数据，实时画出试验曲线(常用力--位移的曲线)，自动求出各试验参数及输出报表

　　*材料试验机的特点

　　1.简便直观的中文试验软件。 2.具有2.5ms采样间隔的高速度数据采集，适合各种特性材料的测试数据的真实性。 3.高速返回原点功能，缩短下次试验的准备时间，提高试验效率。 4.拥有多种完善的试验夹具，适合多种样品的试验要求。

　　材料试验机夹具的发展趋势简述如下

　　应力直接与应变成正比。胡克定律(Hooke'slaw)是假设材料属于*弹性的条件下得以成立的。它不考虑材料的塑性或者动态损耗等特性。

　　1、材料试验机的发展方向是由制样检测向制品(即成品、半成品)检测方向发展，这就要求与之相适应的夹具由原来用于标准试样试验的夹具向用于成品检测的夹具发展 2、夹具的使用向高效率、低劳动强度的方向发展。以往的夹具一般采用机械锁紧，费时费力，劳动强度大，效率低。随着工作环境的改善，及大批量试验(生产流水线随机抽检的)需要，夹具的夹紧方式由原来的机械夹紧向气压夹紧、液压夹紧等方向发展。

　　3、全自动夹具：从试样尺寸测量到装夹，再到开始试验，后出测试报告一次完成。此类夹具成本很高，仅适用于大批量的相同试样或成品的测试和检验。

　　4、高低温环境试验的增多，使用于高低温的夹具种类增多。高低温环境试验的增多，给夹具的设计增加了难度。我们知道高温拉伸试验标准都有规定：圆试样用螺纹，板试样上有孔。由于连接方式固定，所以夹具的设计较为简单。但高低温试验却不同，它一般是在高低温箱中做试验，它的试样一般标距短(一般为常温试样)，这样夹具就必须装在高低温箱内，高低温试验一般由于试验机行程受限制(试验机在装标准夹具时行程)，这就要求夹具体积小，又要满足试验力，又要耐高温、低温，一般比较难设计。

　　5、连续试验夹具增多。由于过去一般是制样检测，试样的拉伸、压缩是分开进行的( 即拉伸、压缩是用不同的夹具进行的)，而现在成品检测越来越多，试样在同一次试验中又要受拉伸，又要受压缩，又要有高的效率，只能用同一种夹具既做拉伸又做压缩。

　　6、特殊行业用试验夹具增多。随着科学技术的发展，一些新兴的行业对试验机夹具提出了新的要求，例如要求夹具结构小、无磁性，耐腐蚀(在溶液中做试验)等

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