第二章 力學(xué)試驗機(jī)
*節(jié) 液壓式材料試驗機(jī)
液壓式材料試驗機(jī)類型很多，但一般只是外型不同基本原理卻是一樣的?，F(xiàn)以300kN油壓實驗機(jī)為例，來說明其構(gòu)造原理和使用方法。
一、構(gòu)造原理
該試驗機(jī)的構(gòu)造原理示意圖如圖2-l所示，它由兩部分組成。
1．加載部分
1—底座；2—固定立柱；3—固定橫梁；4工作油缸；5—工作活塞；6—上橫梁；7—活動立柱；8—活動臺；9—上夾頭；10—下夾頭；11—彎曲支座；12—上、下墊板；13—螺柱；14—油泵； 15—蝸輪；16—測力度盤；17—測力油缸；18—測力活塞；19—拉桿；20—擺桿；21—擺錘；22—支點；23—推桿；24—齒桿；25—指針；26—平衡鉈；27—下夾頭電動機(jī) |
圖2-1 液壓式材料試驗機(jī)原理圖在機(jī)器底座1上，裝有兩根固定立柱2，它支承著固定橫梁3和工作油缸4，當(dāng)開動油泵14，將油液從油箱經(jīng)送油管送入工作油缸，從而推動工作活塞5、上橫梁6、活動立柱7和活動臺8上升。若將試件兩端裝于上下夾頭9、10中，由于下夾頭固定不動，當(dāng)活動臺上升時便使試件發(fā)生拉伸變形，承受拉力，便可做拉伸實驗；若把試件放在活動臺上面的下墊板12上，當(dāng)活動臺上升時，就使試件與上墊板12接觸而被壓縮，承受壓力，便可做壓縮實驗；若把試驗梁放在活動臺上的兩個彎曲支座11上，當(dāng)活動臺上升時，就使試驗梁的跨中和彎曲壓頭（取掉上墊板換成彎曲壓頭）接觸而使試驗梁承受彎曲，便可作彎曲試驗；若在上、下夾頭間裝上拉伸式剪切器，則可對材料作剪切試驗。此種試驗機(jī)在輸油管路中都裝置有進(jìn)油閥門和回油閥門，進(jìn)油閥門用來控制進(jìn)入工作油缸中的油量，以便調(diào)節(jié)試件變形速度，回油閥門則是用來將工作油缸中的油液泄回油箱，使活動臺由于自重而下落，回到原始位置。
為了適應(yīng)不同長度試樣要求，可開動下夾頭電動機(jī)27轉(zhuǎn)動底座中的蝸輪15使螺柱13上下移動，以調(diào)節(jié)上下夾頭間的距離。但當(dāng)試件夾緊或受力后，就不能再用下夾頭電動機(jī)加載，否則，會將下夾頭電動機(jī)燒毀或使機(jī)件損壞。
2．測力部分
裝在試驗機(jī)上的試件所受力的大小，可在測力度盤16上直接讀出。
試件受力后，工作油缸中的油具有一定的壓力。這壓力的大小與試件所受載荷的大小是成比例的。用測力油管將工作油缸4與測力油缸17相聯(lián)通，則測力油缸就受到與工作油缸相等的油壓。此油壓就推動測力活塞18向下頂推拉桿19，使擺桿20和擺錘21繞支點22轉(zhuǎn)動。試件所受的力愈大，擺錘轉(zhuǎn)角也愈大。擺桿轉(zhuǎn)動時，它上面的推桿23便推動水平齒桿24，從而使齒輪帶動測力指針25旋轉(zhuǎn)，這樣便可以從測力度盤上讀出試件所受力的力的大小。
擺錘的重量可以調(diào)換，一般試驗機(jī)可以更換三種錘重，測力度盤上也相應(yīng)有三種刻度。實驗時，要根據(jù)試件所需載荷的大小選擇合宜的測力度盤，并在擺桿上放置相應(yīng)的擺錘。
二、操作步驟
（1）加載前，測力指針應(yīng)指在度盤上的“零”點，否則必須加以調(diào)整。調(diào)整時，先開動油泵14，將活動臺8升起1cm左右，然后稍微移動擺桿上的平衡鉈26，使擺桿保持鉛直位置，再轉(zhuǎn)動水平齒桿使指針對準(zhǔn)“零”點。所以，先升起活動臺再調(diào)整零點的原因是由于上橫梁、活動立柱和活動臺等有相當(dāng)大的重量，要有一定的油壓才能將它們升起。但是這部分油壓并未用來給試件加載，不反映到試件載荷的讀數(shù)中去。
（2）根據(jù)估計的zui大載荷Pmax選擇量程并裝上相應(yīng)的擺錘。所選量程應(yīng)使Pmax在其40％～60％內(nèi)為宜，再按步驟（1）校準(zhǔn)“零”點。調(diào)好緩沖器的旋扭，使之與所選量程相同。
（3）安裝試件。壓縮試件必須放置墊板，拉伸試件則須調(diào)整下夾頭位置，使拉伸區(qū)間與試件長短相適應(yīng)。但試件夾緊后，就不能調(diào)整下夾頭了。
（4）調(diào)整好自動繪圖器的傳動裝置和筆紙等。
（5）檢查送油閥和回油閥門是否處于關(guān)閉位置，如不是則應(yīng)關(guān)閉。
（6）開動油泵電動機(jī)數(shù)分鐘，檢查運轉(zhuǎn)是否正常。然后緩緩打開送油閥，用慢速加載。
（7）實驗完畢，立即停車取下試件。緩緩打開回油閥，使油液泄回油箱，于是活動臺便回到原始位置．zui后將一切機(jī)構(gòu)復(fù)原，并清理機(jī)器。
三、注意事項
（1）開車前和停車后，送油閥和回油閥一定要置于關(guān)閉位置，加載卸載和回油均應(yīng)緩慢進(jìn)行。加載時，要求指針勻速平穩(wěn)地走，嚴(yán)防送油閥開得過大，測力指針走得太快，致使試件受到?jīng)_擊作用。
（2）機(jī)器運轉(zhuǎn)時，操縱者不得離開且注意力要集中。以免發(fā)生安全事故。
（3）拉伸試件夾住后，不得再調(diào)節(jié)下夾頭的位置。
（4）實驗時不得觸動擺錘，以免影響讀數(shù)的準(zhǔn)確。
（5）在使用機(jī)器的過程中，如果聽到異聲或發(fā)生故障應(yīng)立即停車，進(jìn)行檢查和修理。
第二節(jié) 機(jī)械式材料試驗機(jī)
機(jī)械式30kN材料試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。該機(jī)加載部分為機(jī)械傳動式，采用手搖施加載荷，測力部分為杠桿式。試驗有四級載荷可供選擇使用，載荷分級為：2kN、5kN、 15kN、30kN。記錄裝置能自動繪出較大圖面尺寸的P－ΔL關(guān)系曲線。該機(jī)的主要特點是體積小，重量輕、性能適用、操作方便，一般都可由學(xué)習(xí)者獨立操作，對培養(yǎng)動手能力是很有益處的。
一、工作原理
圖2-2 機(jī)械式試驗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1—拉桿；2—小車；3—繪圖筆；4—標(biāo)尺；5—不等臂杠桿；6、7—卡具；8—拉伸試件；9—銷子；10－小搖把；11、12—傘齒輪；13—蝸輪；14—加載手搖把；15—絲桿；16—線繩；17—繪圖圓筒；18—擺錘；19－曲柄桿；20—機(jī)座 |
拉伸試件8用相應(yīng)的鉸支卡環(huán)安裝在卡具6和7之間。轉(zhuǎn)動與蝸輪相聯(lián)的手搖把14，使蝸輪13轉(zhuǎn)動。從而帶動卡具6相聯(lián)的絲桿15緩慢地向下移動，試件即受到拉力。試件8所承受的拉力，通過不等臂杠桿5和拉桿1，使帶有擺錘18的曲柄桿19轉(zhuǎn)到相應(yīng)的平衡位置（如虛線所示）。與此同時，曲柄桿19將推動帶有繪圖筆3和測力指針的小車2，使它在繪圖圓筒17上沿測力標(biāo)尺4向右移動，移動的大小即以一定的比例表示出試件受力的大小。另一方面，當(dāng)卡具6拉著試件8向下移動時，通過滑輪并zui后繞在繪圖圓筒17上的線繩16將借摩擦力（由吊掛在線繩16下端的重錘所引起）的作用，而帶動繪圖圓筒17轉(zhuǎn)動。顯然，圓筒轉(zhuǎn)動時，沿圓周方向移動的距離即以一定比例表示出試件的變形（伸長）的大小。這樣，繪圖筆將自動在繪圖紙上繪出試件受拉力P與變形ΔL的關(guān)系曲線。
試驗機(jī)還配備有如圖2-3所示的轉(zhuǎn)荷器，將其安裝在上下卡具6和7之間，則可進(jìn)行壓縮試驗，剪切試驗或彎曲試驗等。
二、操作方法
（1）試件安裝。先轉(zhuǎn)動小搖把10，通過傘形齒輪11、12的傳動，使絲桿15能較快地上下移動，以便調(diào)整卡具6、7之間的距離與所使用試件的長度相適應(yīng)并裝好試件。
（2）在試件安裝好后，應(yīng)立即用銷子9將傘形齒輪11固定住。
（3）根據(jù)估算試件所承受的zui大載荷，選擇相應(yīng)的測力標(biāo)尺（有A、B、C、D四個等級），并將所選定的測力標(biāo)尺相應(yīng)的砝碼18裝到曲柄桿19的擺盤上。
（4）調(diào)整繪圖裝置。將繪圖紙貼在繪圖筒 17 上，擰開繪圖筆架3上的螺絲，將繪圖筆放入筆架并調(diào)整好與繪圖紙的位置。
（5）加載。握住加載搖把14，逆時針均勻轉(zhuǎn)動使試件受力，直至拉斷試件。若在試驗中途需要卸載，可順時針轉(zhuǎn)動搖把14。
三、注意事項
（1）嚴(yán)禁使用小搖把10加載。
（2）加載時，切勿忘記將銷子9插好，否則無法加載。
（3）試驗過程中，不能碰砝碼18，曲柄19以及與測量變形有關(guān)的零件，如繪圖圓筒，線繩等。因這些零件在試驗過程中的反應(yīng)（移動，轉(zhuǎn)動等）是直接與試件的內(nèi)力和變形有關(guān)。因此，不允許受到任何阻礙。
第三節(jié) 電子材料試驗機(jī)
電子材料試驗機(jī)是電子技術(shù)與機(jī)械傳動相結(jié)合的新型試驗機(jī)。現(xiàn)以CSS—2210型微機(jī)控制電子材料試驗機(jī)為例，說明電子材料試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。CSS—2210型試驗機(jī)通過微機(jī)的功能管理，可以實現(xiàn)多種試驗功能。它對載荷、變形、位移的測量和控制有較高的精度和靈敏度。與計算機(jī)相聯(lián)還可實現(xiàn)控制、檢測和數(shù)據(jù)處理的自動化?？梢詫崿F(xiàn)拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、斷裂韌性等多種試驗功能?？梢赃M(jìn)行等速負(fù)荷、等速變形、恒負(fù)荷、恒變形的自動控制實驗，并有低周載荷循環(huán)的功能。
一、加載控制系統(tǒng)
圖2-4是電子材料試驗機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。在加載控制系統(tǒng)中，由上橫梁、活動橫梁、工作臺、滾珠絲杠付及立柱等組成門式框架?；顒訖M梁由滾珠絲杠付驅(qū)動。試樣安裝于活動橫梁與工作臺之間的夾具內(nèi)。試驗機(jī)的位移傳動采用滾珠絲杠—雙螺母預(yù)緊結(jié)構(gòu)。傳動系統(tǒng)由寬調(diào)速直流伺服電機(jī)、減速裝置、傳動帶輪等組成，減速裝置采用同步齒形膠帶傳動。計算機(jī)向測控單元發(fā)出指令，伺服電機(jī)便驅(qū)動減速裝置帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠推動活動橫梁向上或向下位移，從而實現(xiàn)對試樣的加載。伺服電機(jī)內(nèi)加裝高可靠性的反饋元件，使活動橫梁能獲得穩(wěn)定的試驗速度。
二、測量系統(tǒng)
測量系統(tǒng)包括負(fù)荷測量、試樣變形測量和活動橫梁的位移測量等三部分。負(fù)荷測量把負(fù)荷傳感器發(fā)出的信號變?yōu)槲⑷醯碾娦盘?，?jīng)負(fù)荷變形測量放大器放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字顯示。變形測量則是把應(yīng)變式引伸計的信號經(jīng)負(fù)荷變形測量放大器放大，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字顯示?；顒訖M梁的位移是借助絲杠的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的。滾珠絲杠轉(zhuǎn)動時，裝在滾珠絲杠上的位移編碼器輸出的脈沖信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換，也可用數(shù)字顯示。
圖2-4 電子試驗機(jī)結(jié)構(gòu) |
三、功能控制系統(tǒng)操作說明
CSS—2210型微機(jī)控制電子材料試驗機(jī)控制操作面板示意圖如圖2-5所示。
各鍵的操作及指示如下：
1．顯示窗——指示數(shù)值為動橫梁位移量。單位mm。
2．伸長鍵——伸長指示燈亮?xí)r，表示當(dāng)前模擬量輸出切換至小變形通道。
3．清零鍵——在任意時刻將動橫梁位移（或伸長）所在位置定為零點。
4．設(shè)定指示窗——指示試驗方式及控制參數(shù)。試驗方式包括常規(guī)試驗、控制試驗、伸長輸出三種方式。
5．復(fù)位鍵——用來使系統(tǒng)回復(fù)到初始狀態(tài)。
6．量程鍵——用來設(shè)定位移輸出模量的量程。
7．小鍵盤——“0～9，＋/－”用來設(shè)定試驗數(shù)據(jù)，回車符號用來認(rèn)可所設(shè)定的參數(shù)。
8．循環(huán)鍵——選定由zui小值向zui大值，再由zui大值向zui小值的反復(fù)試驗。
9．單向鍵——選定某一方向的定值試驗。
10．負(fù)荷鍵——進(jìn)行單向或循環(huán)負(fù)荷控制。選擇負(fù)荷控制后，負(fù)荷zui大值的輸入被限制在zui大負(fù)荷以內(nèi)。
11．變形鍵——進(jìn)行單向或循環(huán)變形控制。
12．位移鍵——進(jìn)行單向或循環(huán)位移控制。
13．給定鍵——進(jìn)行負(fù)荷/變形控制時，給定函數(shù)發(fā)生器。
14．拉伸鍵——使負(fù)荷/變形控制的啟動方向為“拉”啟動。
15．壓縮鍵——使負(fù)荷/變形控制的啟動方向為“壓”啟動。
圖2-5 操作面板
16．保持鍵——在試驗的任意點使函數(shù)發(fā)生器保持在當(dāng)前值不變。
17．返回鍵——在試驗的任意點使函數(shù)發(fā)生器按相反方向返回至零點。
18．增益鍵——調(diào)整控制通道的增益值可由1～9進(jìn)行選擇。
19．功能鍵——按此鍵指示燈亮表示系統(tǒng)偏差不是零。當(dāng)偏差為零時指示燈滅，并自動完成所設(shè)控制通道的無沖擊轉(zhuǎn)換。
20．任意速度鍵——選擇包括面板十七檔速度在內(nèi)的由zui低至zui高速度之間分度為0.01mm/min的任意速度。
21．1/10鍵——該鍵將面板所設(shè)的十三檔速度值÷10，則可得到十七檔試驗速度。
22．十三個速度鍵——直接設(shè)定如鍵所示的速度值，該十三檔為常用速度。
23．下降鍵——使動橫梁以選定的速度向下運行。
24．停止鍵——任意時刻按下此鍵將使動橫梁停止運行。
25．上升鍵——使動橫梁以選定的速度向上運行。
26．超荷指示燈——當(dāng)試樣負(fù)荷超過量程10%時，指示燈亮。
27．限位指示燈——當(dāng)動橫梁到達(dá)限位環(huán)所限定的位置時，指示燈亮并停機(jī)。
四、實驗操作規(guī)程
1．接通電源，啟動動力驅(qū)動系統(tǒng)，并預(yù)熱一段時間。
2．安裝試樣。
3．檢查是否處于正確的初始狀態(tài)，否則按復(fù)位鍵使其正常。
4．選擇試驗方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
進(jìn)行某一控制方式下試驗參數(shù)的設(shè)定應(yīng)按如下順序進(jìn)行：
（1）選擇試驗給定方式，有速度和函數(shù)給定兩種。
（2）選擇控制方式，有單向和循環(huán)兩種。
（3）選擇試驗項目，有負(fù)荷、變形、位移三種。
（4）設(shè)定試驗參數(shù)。
如只進(jìn)行常用速度下簡單拉伸或壓縮試驗（2）、（3）、（4）步驟省略。
5．如需繪制試驗曲線，接好X—Y記錄儀后，按下“伸長”鍵燈亮則X 軸輸出為小變形，再按下燈滅便切換為位移。
6．參數(shù)設(shè)定完畢按回車鍵，若需重新設(shè)置或選擇另一組新的試驗參數(shù)，則按“復(fù)位”進(jìn)行步驟4便可完成新一組參數(shù)的設(shè)定。
7．按所需的試驗動作選擇相應(yīng)的控制鍵進(jìn)行試驗。
8．試樣破壞后（非破壞性試驗應(yīng)先卸載），先關(guān)閉動力系統(tǒng)，然后關(guān)閉電源，清理還原。
注意：試驗過程中出現(xiàn)異常情況，迅速按“急停”按鍵。待找出原因，系統(tǒng)正常再按正確操作步驟開始試驗。
第四節(jié) NJ—100B扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)
扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)是對試件施加扭矩，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗的設(shè)備。它的類型很多，構(gòu)造形式也各有不同，但一般都是由加載和測力兩部分構(gòu)成?，F(xiàn)以NJ—100B型扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)為例，來說明其構(gòu)造原理和使用方法。
一、主要技術(shù)性能
圖2-6 NJ— 100B扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)外形圖 1—溜板；2—導(dǎo)軌；3—直流電機(jī)；4—減速器； 5—夾頭；6—試件；7—操作臺；8—度盤；9—記錄裝置 |
該試驗機(jī)采用了電子自動平衡測力裝置，直流電機(jī)無級調(diào)速系統(tǒng)并設(shè)有記錄裝置，它可以正反兩個方向施加扭矩進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗，專門用來測定各種金屬和非金屬材料受扭轉(zhuǎn)時的力學(xué)性能。分四級度盤：即0～1000N·m；0～500 N·m；0～200N· m；0～100N·m。
二、工作原理
試驗機(jī)由加載系統(tǒng)，測力系統(tǒng)和記錄裝置三個部分組成，其外形如圖2-6所示。
（1）加載系統(tǒng) 安裝在溜板上的加載機(jī)構(gòu)，通過6個滾珠軸承可以在基座的導(dǎo)軌上自由滑動。由直流電動機(jī)的帶動，通過兩級蝸輪、蝸桿，減速箱的減速，使夾頭旋轉(zhuǎn)，對試件施加扭矩。試驗機(jī)的正反加載和停車可按動操縱面板上的按鈕3（圖2-7），為了適應(yīng)各種材料扭力試驗的需要，試驗機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，即分為兩檔：0～36°／min；0～360°／min，可將調(diào)速開關(guān)6撥在0～36或0～360處，擰動調(diào)速電位器5進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體速度值由電表4顯示出。如選用0～36檔，電表上的數(shù)值減少10倍。
圖2-7 扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)操作面板
1一工作電流表；2一記錄開關(guān)；3一按鈕；4一轉(zhuǎn)速表；5一調(diào)速電位器；
6一變速開關(guān)；7一電源開關(guān)；8一復(fù)位
圖2-8 扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)原理示意圖
1—夾頭；2—杠桿；3—反向杠桿；4—變支點杠桿；5—拉桿；6—平衡杠桿；7—差動變壓器；
8—放大器；9—伺服電機(jī)；10—鋼絲；11—游鉈；12—繩輪；13—指針；14—測力度盤；15—
記錄筆；16—鋼絲；17—記錄筒；18—夾頭；19—減速箱；20－自整角發(fā)送機(jī)；21—放大器；
22—伺服電機(jī)；23—自整角變壓器；24—齒輪，25—量程選擇手輪；26—鏈條；27—傘齒輪；
28—凸輪
（2）測力系統(tǒng) 扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)的杠桿系統(tǒng)原理如圖2-8所示。由夾頭1傳來的力矩，通過杠桿2或反向杠桿3，變支點杠桿4和拉桿5，拉動平衡杠桿6。由于P力的作用，水平杠桿失去平衡，右端上翹，推動差動變壓器7，差動變壓器鐵芯位移后輸出一個電信號，經(jīng)放大器8，使伺服電機(jī)9轉(zhuǎn)動，通過鋼絲10，拉動游鉈11。當(dāng)游鉈對支點的力矩QS=Pr時，杠桿達(dá)到平衡，恢復(fù)水平狀態(tài)。這時，差動變壓器鐵芯處于零點，無信號輸出，電機(jī)9停止轉(zhuǎn)動。游鉈移動的同時，通過鋼絲拉動繩輪12，使指針13在測力度盤14上指出扭矩Mn的數(shù)值。
（3）記錄裝置 記錄裝置中的記錄筆15通過鋼絲16由繩輪12來拉動。
記錄筒17的轉(zhuǎn)動是通過減速箱19上的自整角發(fā)送機(jī)20發(fā)出信號，經(jīng)過放大器21放大，由伺服電機(jī)22帶動自整角變壓器23，通過齒輪24嚙合來實現(xiàn)記錄筒的轉(zhuǎn)動，使記錄筆15在紙上繪出代表扭轉(zhuǎn)變形的曲線。記錄筒的轉(zhuǎn)動有兩種速度，即記錄紙的移動有1°／min、15′／min兩級，通過齒輪24來變換。使用記錄筒時，可開動操作臺上的開關(guān)2，即可自動繪制Mn一φ曲線圖。
試驗機(jī)有四級度盤，采用變支點杠桿及變表盤機(jī)構(gòu)，當(dāng)需要換表盤時，旋動量程選擇手輪25，經(jīng)鏈條26、傘齒輪27、凸輪28來變換支點，即可得到所選用的度盤。
三、操作步驟
（1）檢查試驗機(jī)夾頭的形式是否與試件相配合。將速度范圍開關(guān)置于 0～36°／min處。調(diào)速電位器置于零位。
（2）根據(jù)所需zui大扭矩來轉(zhuǎn)動量程選擇旋鈕，選取相應(yīng)的測力度盤。按下電源開關(guān)，接通電源。轉(zhuǎn)動調(diào)零旋鈕，使指針對準(zhǔn)零點。
（3）裝好自動繪圖器的筆和紙，掛好傳動齒輪（調(diào)低速），打開繪圖器開關(guān)。
（4）安裝試件。先將試件的一端插入夾頭中，調(diào)整加載機(jī)構(gòu)作水平移動，使試件另一端插入夾頭中后再給以夾緊。先緊主夾頭，再緊動夾頭。
（5）加載。將加載開關(guān)“正”（或“反”）按下，逐漸增大調(diào)速電位器的刻度值，操縱直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，對試件施加扭矩。
（6）實驗完畢，停機(jī)，取下試件，將機(jī)器復(fù)原并清理現(xiàn)場。
四、注意事項
（l）施加扭矩后，禁止再轉(zhuǎn)動量程選擇旋鈕。
（2）使用V型夾板夾持試件時，必須盡量夾緊，以免試驗過程中試件打滑。
（3）試驗機(jī)運轉(zhuǎn)時，操作者不得擅自離開。聽見異聲或發(fā)生任何故障應(yīng)立即停機(jī)。
第五節(jié) 數(shù)控扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)
數(shù)控扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)是電子技術(shù)與機(jī)械傳動相結(jié)合的新型試驗機(jī)。它對力矩、角度的測量和控制有較高的精度和靈敏度，具有量程范圍大，數(shù)字顯示直觀準(zhǔn)確，操作方便等特點?，F(xiàn)以TCN—AN型微機(jī)數(shù)控扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)為例，說明數(shù)控扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。
TCN—AN型試驗機(jī)可以通過數(shù)控電機(jī)加載和微動進(jìn)給，可實現(xiàn)扭斷試驗和定變形角度的兩種測試方式。與計算機(jī)相聯(lián)還可實現(xiàn)控制、檢測和數(shù)據(jù)處理的自動化。
一、試驗機(jī)結(jié)構(gòu)及加載控制系統(tǒng)
圖2-9是數(shù)控扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)的外形，操作系統(tǒng)1上置有控制面板，可與計算機(jī)相聯(lián)，實現(xiàn)控制、檢測、和數(shù)據(jù)處理的自動化，松開鎖緊手柄4，搖動手輪5，可以根據(jù)試樣10的長短使操作系統(tǒng)沿導(dǎo)軌2相對滑動，調(diào)整推力爪盤9和測力爪盤11之間的距離。試樣先裝入測力爪盤用夾頭鑰匙擰緊后，再裝入推力爪盤擰緊，然后，將鎖緊手柄擰緊。操作系統(tǒng)發(fā)出指令給數(shù)控電機(jī)8（安裝在減速裝置7后）通過同步帶6驅(qū)動減速裝置7使推力爪盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對試樣的加載。
圖2-9 數(shù)控扭轉(zhuǎn)實驗機(jī) 1—操作系統(tǒng)；2—導(dǎo)軌；3—固定座；4—鎖緊手柄；5—搖動手輪；6—同步帶； 7—減速裝置；8—數(shù)控電機(jī)；9—推力爪盤；10—試件；11—測力爪盤 |
二、功能控制系統(tǒng)操作說明
1．準(zhǔn)備工作
（1）開機(jī)：打開電源開關(guān)，開機(jī)調(diào)零預(yù)熱5分鐘后調(diào)試。
（2）力矩調(diào)零：測試時，若力矩顯示屏顯示值不是“00000”時，調(diào)整調(diào)零旋鈕，將顯示值調(diào)為“00000”狀態(tài)，調(diào)零15秒后調(diào)試。
2．控制面板操作
用控制面板操作，可以完成數(shù)據(jù)輸入，超限判別，數(shù)理統(tǒng)計計算，彈性曲線打印、數(shù)據(jù)自動記錄，數(shù)據(jù)打印，測試方式選擇，單位轉(zhuǎn)換，測試狀態(tài)選擇，批號輸入等功能。
（1）數(shù)據(jù)輸入
在數(shù)據(jù)輸入時必須注意數(shù)據(jù)的位數(shù)，不能缺位，功能顯示窗顯示所要輸入數(shù)據(jù)的值的位數(shù)。如輸入批號時，功能參數(shù)窗顯示“PAno 01”其中“01”就是批號的位數(shù)，該值位數(shù)為兩位，輸入時只能輸兩位值才有效。
a）日期輸入：
按“輸入”鍵、再按“0”鍵，功能參數(shù)窗顯示“Y××××××”，輸入一個六位數(shù)值，按“退出”鍵確認(rèn)。若還有其它數(shù)據(jù)要輸入，可將該數(shù)據(jù)輸入完畢后，再按“退出”鍵確認(rèn)。
b）批號的輸入：
試驗機(jī)可存儲二十批數(shù)據(jù)，輸入批號的操作：按“選點”鍵，選到“A”或“b”點，按“輸入”鍵，再按“8”，功能參數(shù)窗顯示“PAno 01”，輸入一個兩位數(shù)值，按“退出”，即可完成批號的輸入。
c）測試方式的選擇：
試驗機(jī)提供扭斷試驗、定變形角度的測試方式，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、連機(jī)（計算機(jī)）、脫機(jī)狀態(tài)的選擇。選擇測試方式的操作：按“選點”，選到“A”或“b”點，按“輸入”鍵，再按“9”，功能參數(shù)窗顯示“Conn xy”，（其中x、y是測試方式值的代號），當(dāng)：
x=0,y=0時，表示脫機(jī)狀態(tài)，正（順時針）轉(zhuǎn)扭斷或定變形角度測試；
x=0,y=1時，表示連機(jī)狀態(tài)，正（順時針）轉(zhuǎn)扭斷或定變形角度測試；
x=0,y=4時，表示脫機(jī)狀態(tài)，反（逆時針）轉(zhuǎn)扭斷或定變形角度測試；
x=1,y=0時，表示脫機(jī)狀態(tài)，正（順時針）定力矩測試。
d）單位轉(zhuǎn)換：
試驗機(jī)按不同測試要求，提供扭矩單位轉(zhuǎn)換，操作如下：按“功能”鍵，功能參數(shù)窗顯示“CH ”，再按“4”鍵，功能參數(shù)窗顯示“FLno 00”,輸入“10”，則單位換成重量單位，若輸入“20”則單位換成英制單位，按“退出”鍵確認(rèn)。
FLno 00——單位
FL0——重量單位
FLno 20——英制單位
e）定兩點變形角度測試：
按“輸入”鍵，再按“9”鍵，確定顯示為“Conn 00”；按“退出”；
按“選擇”鍵，選到“A”點：
按“輸入”鍵，再按“1”鍵，顯示“A××××××”，輸入測試點角度。
按“輸入”鍵，再按“2”鍵，顯示“A－×××××”，輸入此點扭矩值。
按“輸入”鍵，再按“3”鍵，顯示“A└×××××”，輸入此點扭矩下限。
按“輸入”鍵，再按“4”鍵，顯示“A┐×××××”，輸入此點扭矩上限。
至此，A點數(shù)據(jù)輸入完畢。
按“選擇”鍵，選擇“b”點，按上述方法輸入b點各參數(shù)。
如果只定一個轉(zhuǎn)角測試，其后面一點的角度值應(yīng)清零。即若只定“A”點一個轉(zhuǎn)角，則“b”點轉(zhuǎn)角應(yīng)輸入為“000000”。輸完數(shù)據(jù)后，按“退出”鍵。
注意：在角度的輸入中，只輸入角度的值。
當(dāng)輸入數(shù)據(jù)完畢后，按“自動”便可進(jìn)行測試，功能顯示窗顯示記錄測試的zui大值。轉(zhuǎn)到測試點時，有力矩值超限顯示（超限，紅燈亮；合格，綠燈亮），“功能參數(shù)”框有數(shù)據(jù)顯示，并將數(shù)據(jù)自動記入內(nèi)存，以便作統(tǒng)計計算應(yīng)用；否則，便沒采到數(shù)據(jù)，測試失敗。
f）扭斷測試：
扭斷測試時，應(yīng)先將“A”、“b”兩點的轉(zhuǎn)角清零。即按“選點”鍵，選到“A”點（功能參數(shù)窗顯示“A××××××”），按“輸入”鍵，再按“1”鍵，輸入“000000”；再選到“b”點，按上步驟清零。
清零后，選到“d”點：
按“輸入”鍵，再按“0”鍵，功能參數(shù)窗顯示“L××××.××”，輸入試件的標(biāo)距，必須輸入一個非零值；
按“輸入”鍵，再按“1”鍵，功能參數(shù)窗顯示“S×××.×××”，輸入試件的橫截面積，此值用于計算試件的強(qiáng)度；
按“輸入”鍵，再按“2”鍵，功能參數(shù)窗顯示“└×××.××”，輸入試件zui大抗扭力下限值；
按“輸入”鍵，再按“3”鍵，功能參數(shù)窗顯示“┐×××.××”，輸入試件zui大抗扭力上限值；
按“輸入”鍵，再按“4”鍵，功能參數(shù)窗顯示“┘×××.××”，輸入試件扭斷力矩下限值；
按“輸入”鍵，再按“5”鍵，功能參數(shù)窗顯示“┌×××.××”，輸入試件扭斷力矩上限值。
g）角度置數(shù)：
按“輸入”鍵、再按“6”鍵。設(shè)置當(dāng)前角度數(shù)值，可正可負(fù)。與“位置零”和“－”按鍵配合使用。
h）速度控制：
按“輸入”鍵、再按“7”鍵。可設(shè)定速度。
操作：按“輸入”、“7”，顯示“P ××××”。
zui大速度值為：“P 0999”。輸入≤0999的數(shù)值可選定不同速度檔位。
設(shè)定完畢按“退出”。
i）已測數(shù)據(jù)的刪除：
試驗機(jī)對已測數(shù)據(jù)有*保存功能，避免斷電或死機(jī)造成數(shù)據(jù)丟失。對無用的已測數(shù)據(jù)應(yīng)該刪除，免其占用大量內(nèi)存，刪除的操作：按“功能”鍵，再按“2”，功能參數(shù)窗顯示“CLEAn”，按“退出”鍵完成數(shù)據(jù)刪除。此時按“查看”鍵，功能參數(shù)窗顯示“no d”，說明數(shù)據(jù)已刪除。
（2）測試數(shù)據(jù)瀏覽
按“查看”鍵，進(jìn)入已測數(shù)據(jù)瀏覽狀態(tài)。數(shù)據(jù)窗有：
角度顯示窗、扭矩顯示窗和功能顯示窗。
（3）統(tǒng)計計算及打印測試結(jié)果及剛度
每批試件測試完畢后，可自動進(jìn)行統(tǒng)計計算。
a）按“打印”鍵、再按“當(dāng)前”鍵：打印當(dāng)前角度值及力矩值。
b）按“打印”鍵、再按“統(tǒng)計值”鍵：打印統(tǒng)計結(jié)果值，包括：個數(shù)（Num）、zui大（Max）、zui?。∕in）、平均值（Ave）、均方值（s）、工序能力系數(shù)（CP）、直方圖。
c）按“打印”鍵、再按“批值”鍵：打印一批所有各個測試試樣的數(shù)據(jù)。
（4）其它功能
a）過載保護(hù)：當(dāng)工作點運動加載時，若載荷大于該機(jī)的zui大測值的110%時，電機(jī)停機(jī)，處于自動保護(hù)狀態(tài)，按相反的運動鍵電機(jī)轉(zhuǎn)動，并松開已加載荷。
注意：當(dāng)用“微動進(jìn)給”旋鈕加載時，過載保護(hù)不起作用，應(yīng)小心加載，以免損壞力傳感器。
b）微動進(jìn)給：用“微動進(jìn)給”旋鈕可將工作臺以0.01? 的當(dāng)量進(jìn)給，可方便地調(diào)整工作臺的位置。
第六節(jié) 沖擊試驗機(jī)
沖擊試驗機(jī)是測定材料沖擊韌度的設(shè)備。按沖擊方式可分為落錘式、擺錘式和回轉(zhuǎn)圓盤式?jīng)_擊試驗機(jī)；按受力狀態(tài)可分為彎曲（包括簡支梁式彎曲和懸臂梁式彎曲）沖擊、拉力沖擊和扭轉(zhuǎn)沖擊試驗機(jī)。應(yīng)用zui廣泛的是擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)。
擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)原理如圖2-10所示。它是利用擺錘沖擊試件前后的能量差，來確定沖斷該試件所消耗的功αk，該沖擊功Wk，通常可從試驗機(jī)的度盤上直接讀取。
擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)類型較多，但基本原理相同，只是在擺錘的控制上有人工和自動的區(qū)別。
一、操作步驟
現(xiàn)以JB—30B型擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)作一簡介。該沖擊機(jī)為半自動試驗機(jī)，能自動進(jìn)行取擺、沖擊和放擺的動作。其操作步驟為：
（l）打開電源，指示燈亮，伺服電機(jī)反時針轉(zhuǎn)動。
（2）估算出沖擊所需能量，選好擺錘．
（3）用樣板調(diào)整支座跨距及沖擊刀刃的相對位置。
（4）安裝試件，使試件缺口背對刀刃，并用樣板找準(zhǔn)試件的位置。
（5）進(jìn)行試驗。將指針撥到刻度zui大位置。打開操縱按鈕盒開關(guān)，按下“取擺”按鈕，當(dāng)擺錘可靠地掛于掛擺機(jī)構(gòu)上時，按“沖擊”按鈕，此時擺錘自由下沖。試件被沖斷后，擺錘將重新掛在掛擺機(jī)構(gòu)上，這時可從度盤上讀取試件的沖擊功Wk。
（6）按住“放擺”按鈕，直到擺錘位于鉛垂位置，然后放開按鈕。并閉電源，清理場地。
二、注意事項
（1）試驗前需檢查空打回零狀況，記錄試驗機(jī)因摩擦阻力所消耗的能量，并校對零點。
（2）試驗時，應(yīng)當(dāng)先安裝試件，然后再舉起擺錘。試件沖斷后，切勿立刻檢回，以免擺錘傷人。
（3）當(dāng)擺錘抬起后，任何人不得在其擺動范圍內(nèi)活動，以保證人身安全。
