一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置制造方法及图纸

一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，在底座上端面由下至上设置有通过导线与外部控制器系统连接的载荷传感器和用于支撑和定位被测试件的定位机构，底座上端面上位于定位机构的两侧对称且垂直的设置有2个丝杠，底座内设置有同时驱动2个丝杠旋转的电机，丝杠上设置有能够沿丝杠上下移动的横梁，横梁位于定位机构的上方，横梁上设置有动磁式电磁力直线电机，其输出轴贯穿横梁与定位机构的上端为接触连接，动磁式电磁力直线电机的信号输入端通过导线连接外部控制器系统，横梁的下端面设置有数字光栅尺，数字光栅尺的信号输出端通过导线连接外部控制器系统。本发明专利技术能实现宽频加载，并能满足大行程特性，还具有响应快、精度高、噪声小等特点。

Wide frequency and large travel experimental device for testing fatigue property of rubber

A rubber fatigue performance test for wide rang of large stroke experimental device on the base from the bottom end is provided with a positioning mechanism load sensor is connected by wire and the external controller system and for supporting and positioning of the test piece, the upper end surface of the base is located on both sides of the symmetrical and vertical positioning mechanism is provided with 2 screw at the same time, the base is arranged in the driving screw 2 rotating motor, screw is arranged on the cross beam can move along the screw on the upper beam is arranged on the positioning mechanism, the beam is arranged on the moving magnet linear motor electromagnetic force, the output shaft through the beam and the positioning mechanism is arranged at the upper end of the contact connection, dynamic magnetic signal input electromagnetic force of linear motor is connected with an external controller system through the wire, the lower end of the beam is provided with digital grating, grating digital signal output end. Through wire connecting external controller system. The invention can realize wide frequency loading, and can satisfy the large stroke characteristic, and has the characteristics of fast response, high precision, small noise, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置
本专利技术涉及一种橡胶材料疲劳试验装置。特别是涉及一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置。
技术介绍
橡胶材料因其能承受大应变而不发生永久形变的特性，被广泛运用在轨道交通、汽车工业、航天航空、军用装备等领域。在上述领域中，疲劳失效是橡胶材料制件的主要失效形式。因此，对橡胶疲劳性能的研究近年来引发了大量关注。此外，上述用件在实际工况中，往往受到大变形和高频率的应力作用，而由于疲劳试验装置的限制，国内外针对橡胶材料在大变形和高频率加载条件下疲劳性能的研究非常有限。因此，针对橡胶材料疲劳性能并具有宽频响大行程特性的实验装置急需开发。目前，大部分橡胶材料疲劳试验依旧应用传统的电液伺服疲劳试验机或机械式的电子万能疲劳试验机。这两种形式的试验机虽然能满足橡胶材料试验大行程的要求，但受到作动原理的限制，均不具备高频加载的特点。另外，电液伺服疲劳试验机存在能耗大、运行噪声大、维护成本高等缺点，而机械式疲劳试验机也有动态响应差等问题。另一方面，动磁式电磁力直线试验机因其输出平稳、响应速度快、加速度大、比推力大、方便、可靠性高等特点，在近年来有逐渐成为主流疲劳试验机的趋势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能实现宽频加载，并能满足大行程特性的用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，包括底座，所述的底座上端面的中部由下至上依次设置有通过导线与外部控制器系统连接的载荷传感器和用于支撑和定位被测试件的定位机构，所述的底座上端面上位于所述定位机构的两侧对称且垂直的设置有2个丝杠，所述的底座内设置有能够同时驱动2个丝杠旋转的电机，所述2个丝杠上设置有在丝杠旋转时能够沿所述丝杠上下移动的横梁，所述的横梁位于定位机构的上方，所述的横梁上设置有用于对所述的定位机构施加拉压力的动磁式电磁力直线电机，所述动磁式电磁力直线电机的输出轴贯穿所述横梁与所述的定位机构的上端为接触连接，所述动磁式电磁力直线电机的信号输入端通过导线连接外部控制器系统，所述横梁的下端面设置有用于对所述动磁式电磁力直线电机输出轴的位移进行测量的数字光栅尺，所述数字光栅尺的信号输出端通过导线连接外部控制器系统。所述的定位机构包括有由下至上依次设置在所述载荷传感器上的支撑件，用于定位被测试件底端的下夹具，以及用于定位被测试件上端的上夹具，所述上夹具与所述动磁式电磁力直线电机的输出轴接触连接。所述的动磁式电磁力直线电机的外壳上设置有用于收拢载荷传感器、动磁式电磁力直线电机和数字光栅尺与外部控制器系统相连的导线通道。所述的2个丝杠上分别设置有与所述丝杠螺纹连接的滑块，所述的横梁的两端分别固定连接在两个所述的滑块上。所述的2个丝杠均分别设置有用于限制横梁上升高度的上限位挡(14)，用于限制横梁下降高度的下限位挡。所述的动磁式电磁力直线电机包括有固定在所述横梁上端面上的外壳，所述的外壳内侧分别设置有：对称设置且下端固定在所述横梁上端面上的左框架和右框架，设置在所述左框架和右框架之间的E形结构的第一铁芯和第二铁芯，所述E形结构的第一铁芯和第二铁芯的开口端的两个侧边对接连接，其中，第一铁芯的中间部分套有第一线圈，第二铁芯的中间部分套有第二线圈，相连接的第一铁芯和第二铁芯的中间部分形成有间隙，所述的间隙内设置有在第一线圈和第二线圈的作用下能够在所述的间隙内上下移动的永磁体机构，所述永磁体机构的上端固定连接有用于限制永磁体机构直线位移的上导向机构，所述永磁体机构的下端固定连接有用于限制永磁体机构直线位移的下导向机构，所述下导向机构的输出构成动磁式电磁力直线电机的输出轴贯穿所述横梁与定位机构中的上夹具为接触连接。所述的永磁体机构包括有：永磁体框架以及设置在永磁体框架内的S极磁铁和N极磁铁。所述的上导向机构包括有：两侧分别对应固定连接在所述左框架和右框架上的Π形框架，固定设置在所述Π形框架水平端面上端的上直线轴承，以及T形上轴，所述T形上轴的水平部分构成上连接法兰与永磁体机构中的永磁体框架的上端固定连接，所述T形上轴的垂直部分构成上轴依次贯穿所述Π形框架的水平端面和所述的上直线轴承，所述的T形上轴的垂直部分在位于Π形框架水平端面下面的部分上套有上弹簧。所述的下导向机构包括有两侧分别对应固定连接在所述左框架和右框架上的倒Π形框架，固定设置在所述倒Π形框架水平端面下端的下直线轴承，以及T形下轴，所述T形下轴的水平部分构成下连接法兰与永磁体机构中的永磁体框架的下端固定连接，所述T形下轴的垂直部分构成输出轴依次贯穿所述倒Π形框架的水平端面、所述的下直线轴承以及所述的横梁与定位机构中的上夹具为接触连接，所述的T形下轴的垂直部分在位于倒Π形框架水平端面上面的部分上套有下弹簧。本专利技术的一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，能实现宽频加载，并能满足大行程特性，还具有响应快、精度高、噪声小等特点。能够实现对橡胶材料在大变形和高频率加载条件下疲劳性能的研究。本专利技术由动磁式电磁力直线电机为作动器，可实现宽频响、大行程作动输出。试验装置频率范围可达0-200Hz，最大行程可达50mm，最大输出载荷为1000N。通过载荷传感器及电机内部安装的光栅尺可将采集到的实时载荷及位移数据精确地输出给试验装置的控制器，并由上位机对采集到的数据实时显示、控制和存储，从而实现高精度的闭环控制。另外，装置自带温度保护，作动器内部装有温度传感器，能够将采集到的温度信号实时反馈给控制器。当作动器内温度超过限定温度时，则会触发温度保护装置，电机自动停止运行。应用自主开发的疲劳测试试验软件，可实现对控制方式、波形、试验条件等的自定义设置，能够满足橡胶材料在高频率、大变形条件下的拉伸、压缩、拉压交变载荷的疲劳试验，也可实现蠕变、预制裂纹、裂纹扩展等试验。由于动磁式电磁力直线电机的电磁力是由非接触的励磁线圈和永磁体相互作用产生，因此整体实验装置可以达到低噪音甚至无噪音。附图说明图1是本专利技术用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置的整体结构示意图；图2是本专利技术动磁式电磁力直线电机的整体结构示意图；图3是本专利技术动磁式电磁力直线电机的内部结构示意图；图4是本专利技术动磁式电磁力直线电机中铁芯、线圈和永磁体机构结合的结构示意俯视图；图5是图4中永磁体机构的结构示意图；图6是采用本专利技术装置的疲劳试验控制系统的整体结构示意图。图中1：导线通道2：动磁式电磁力直线电机21：外壳22：左框架23：右框架24：第一铁芯25：第二铁芯26：第一线圈27：第二线圈28：永磁体机构281：永磁体框架282：S极磁铁283：N极磁铁29：上导向机构291：Π形框架292：上直线轴承293：T形上轴294：上弹簧210：下导向机构2101：倒Π形框架2102：下直线轴承2103：T形下轴2104：输出轴2105：下弹簧3：数字光栅尺4：丝杠5：横梁6：支撑件7：上夹具8：被测试件9：下夹具10：载荷传感器11：底座12：下限位挡13：滑块14：上限位挡1001：用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置1002：控制器10021：数字信号采集器10022：AD转换器10023：运动控制模块10024：DA转换器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，包括底座(11)，其特征在于，所述的底座(11)上端面的中部由下至上依次设置有通过导线与外部控制器系统连接的载荷传感器(10)和用于支撑和定位被测试件(8)的定位机构，所述的底座(11)上端面上位于所述定位机构的两侧对称且垂直的设置有2个丝杠(4)，所述的底座(11)内设置有能够同时驱动2个丝杠(4)旋转的电机，所述2个丝杠(4)上设置有在丝杠(4)旋转时能够沿所述丝杠(4)上下移动的横梁(5)，所述的横梁(5)位于定位机构的上方，所述的横梁(5)上设置有用于对所述的定位机构施加拉压力的动磁式电磁力直线电机(2)，所述动磁式电磁力直线电机(2)的输出轴贯穿所述横梁(5)与所述的定位机构的上端为接触连接，所述动磁式电磁力直线电机(2)的信号输入端通过导线连接外部控制器系统，所述横梁(5)的下端面设置有用于对所述动磁式电磁力直线电机(2)输出轴的位移进行测量的数字光栅尺(3)，所述数字光栅尺(3)的信号输出端通过导线连接外部控制器系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，包括底座(11)，其特征在于，所述的底座(11)上端面的中部由下至上依次设置有通过导线与外部控制器系统连接的载荷传感器(10)和用于支撑和定位被测试件(8)的定位机构，所述的底座(11)上端面上位于所述定位机构的两侧对称且垂直的设置有2个丝杠(4)，所述的底座(11)内设置有能够同时驱动2个丝杠(4)旋转的电机，所述2个丝杠(4)上设置有在丝杠(4)旋转时能够沿所述丝杠(4)上下移动的横梁(5)，所述的横梁(5)位于定位机构的上方，所述的横梁(5)上设置有用于对所述的定位机构施加拉压力的动磁式电磁力直线电机(2)，所述动磁式电磁力直线电机(2)的输出轴贯穿所述横梁(5)与所述的定位机构的上端为接触连接，所述动磁式电磁力直线电机(2)的信号输入端通过导线连接外部控制器系统，所述横梁(5)的下端面设置有用于对所述动磁式电磁力直线电机(2)输出轴的位移进行测量的数字光栅尺(3)，所述数字光栅尺(3)的信号输出端通过导线连接外部控制器系统。2.根据权利要求1所述的一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，其特征在于，所述的定位机构包括有由下至上依次设置在所述载荷传感器(10)上的支撑件(6)，用于定位被测试件(8)底端的下夹具(9)，以及用于定位被测试件(8)上端的上夹具(7)，所述上夹具(7)与所述动磁式电磁力直线电机(2)的输出轴接触连接。3.根据权利要求1所述的一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，其特征在于，所述的动磁式电磁力直线电机(2)的外壳上设置有用于收拢载荷传感器(10)、动磁式电磁力直线电机(2)和数字光栅尺(3)与外部控制器系统相连的导线通道(1)。4.根据权利要求1所述的一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，其特征在于，所述的2个丝杠(4)上分别设置有与所述丝杠(4)螺纹连接的滑块(13)，所述的横梁(5)的两端分别固定连接在两个所述的滑块(13)上。5.根据权利要求1所述的一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，其特征在于，所述的2个丝杠(4)均分别设置有用于限制横梁(5)上升高度的上限位挡(14)，用于限制横梁(5)下降高度的下限位挡(12)。6.根据权利要求1所述的一种用于橡胶疲劳性能测试的宽频响大行程实验装置，其特征在于，所述的动磁式电磁力直线电机(2)包括有固定在所述横梁(5)上端面上的外壳(21)，所述的外壳(21)内侧分别设置有：对称设置且下端固定在所述横梁(5)上端面上的左框架(22)和右框架(23)，设置在所述左框架(22)和右框架(23)之间的E形结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，高健文，吴昊，林强，王磊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12