测量拉伸试样断裂后标距的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量拉伸试样断裂后标距的装置及方法。该装置是由试样支座、被测试样、编码丝杆测量机构和数据采集‑分析‑处理单元组成的测量系统。编码丝杆测量机构由定位支架、传动丝杆、游标、编码盘和转轮组成。编码盘由齿盘、四个悬臂梁传感器和传感器支架组成，用于测定齿盘的旋转角度和旋转方向。编码盘与定位支架、传动丝杆配合，测定游标的位移量。测量时，将被测试样固定在试样支座上，用转轮调整游标的位置，使之先后对准被测试样上左、右两侧的标距线，编码盘实时输出表示齿盘旋转角和旋转方向的度信号，数据采集‑分析‑处理单元给出被测试样断裂后标距。

Device and method for measuring gauge distance after fracture of tensile specimen

The invention discloses a device and a method for measuring the gauge distance after the fracture of a tensile sample. The device is a measuring system composed of sample holder, tested sample, coding screw measuring mechanism and data acquisition \u2011 analysis \u2011 processing unit. The measuring mechanism of coding screw rod is composed of positioning bracket, driving screw rod, vernier, coding plate and runner. The coding plate is composed of a toothed plate, four cantilever sensors and a sensor bracket, which is used to measure the rotation angle and direction of the toothed plate. The encoder plate is matched with the positioning bracket and the driving screw rod to measure the displacement of the vernier. During the measurement, the tested sample is fixed on the sample support, and the position of the vernier is adjusted by the runner, so that it is aligned with the gauge line on the left and right sides of the tested sample successively. The encoder disk outputs the degree signal indicating the rotation angle and rotation direction of the gear disk in real time. The data acquisition \u2011 analysis \u2011 processing unit gives the gauge distance after the fracture of the tested sample.

【技术实现步骤摘要】
测量拉伸试样断裂后标距的装置及方法
本设计提供一种用于测量拉伸试样断裂后标距的装置及方法，属力学试验技术、传感器技术及机械测量

技术介绍
在金属材料拉伸力学性能试验中，为了得到拉伸试样的断后伸长率，需要测量试样断裂后的标距，目前普遍使用游标卡尺进行测量，而缺乏适用的量具或测量仪器。用游标卡尺测量试样断裂后的标距，存在以下问题：一、被测试样的标距线不能用游标卡尺夹持。因此，用游标卡尺测量两条标距线的间距，是不合理的测量方法。二、由于游标卡尺不能夹持标距线，因此容易引入较大的人工操作误差。三、普通游标卡尺不能配接数据采集仪，不适合数字化测量。
技术实现思路
本设计的目的，是为材料拉伸力学性能试验中试样断裂后标距测量提供一种以编码丝杆测量机构为核心组件的游标照准式测量方法及装置。本设计的测量拉伸试样断裂后标距的装置，是由试样支座、编码丝杆测量机构、被测试样和数据采集-分析-处理单元四部分组成的测量系统。试样支座由底板、竖直固定在底板上方的两个带V形槽支座、两块压板和四枚锁紧螺钉组成。两个支座的上部各加工有一个第一V形槽，两个第一V形槽处于同轴位置。编码丝杆测量机构由定位支架、传动丝杆、游标、编码盘和带摇柄的转轮组成。定位支架的结构包括顶板和固定在顶板下方的左定位支板和右定位支板。在顶板的下表面沿顶板的长度方向加工有一条U形导向限位槽。左定位支板中部加工有左轴承孔，右侧定位支板中部加工有右轴承孔，左轴承孔与右轴承孔处于同轴位置。左定位支板下部和右定位支板下部分别加工有第二V形槽，这两个第二V形槽处于同轴位置。U形导向限位槽的轴线、左轴承孔和右轴承孔的轴线以及第二V形槽的轴线均位于同一纵向平面内且相互平行。传动丝杆的结构从左到右分为五段，即左光轴、左轴肩、螺纹轴、右轴肩、右光轴；传动丝杆通过左光轴与左轴承孔的配合和右光轴与右轴承孔的配合安装在定位支架上，并且左轴肩的左端面与左定位支板的右侧面接触，右轴肩的右端面与右定位支板的左侧面接触，使传动丝杆不能作轴向串动。传动丝杆位于定位支架上U形导向限位槽的正下方，且与U形导向限位槽平行。游标由传动螺母、指针和导向限位销组成，传动螺母与传动丝杆的螺纹轴配合。指针固定在传动螺母的底部，其针尖垂直向下。导向限位销固定在传动螺母的顶部，其上端与U形导向限位槽间隙配合，使游标保持在垂直位置，并且可以在U形导向限位槽内沿槽的轴线方向滑动。编码盘由传感器支撑框架、齿盘和第一悬臂梁传感器、第二悬臂梁传感器、第三悬臂梁传感器、第四悬臂梁传感器组成。传感器支撑框架为矩形结构，固定在定位支架右定位支板的右侧。在传感器支撑框架的四条边上靠近一端各加工有一个矩形通孔和一个垂直于矩形通孔且与之贯通的螺纹孔。齿盘为周边带有若干圆弧齿的圆盘，共轴固定在传动丝杆的右光轴上，同时处于传感器支撑框架内的中央位置。第一悬臂梁传感器、第二悬臂梁传感器、第三悬臂梁传感器、第四悬臂梁传感器的结构和尺寸相同，分别由第一弹性梁和单轴电阻应变计[R1,R2]、第二弹性梁和单轴电阻应变计[R3,R4]、第三弹性梁和单轴电阻应变计[R5,R6]、第四弹性体梁和单轴电阻应变计[R7,R8]组成。四个弹性梁采用矩形等截面结构或矩形变截面结构，四个弹性梁的根部分别与传感器支撑框架上的四个矩形通孔配合，并利用紧定螺钉分别固定于传感器支撑框架的上侧内壁、下侧内壁、右侧内壁和左侧内壁。单轴电阻应变计[R1,R2]、[R3,R4]、[R5,R6]和[R7,R8]分别粘贴在第一弹性梁、第二弹性梁、第三弹性梁、第四弹性梁靠近根部的位置，各电阻应变计的轴线分别与所在弹性梁的轴线平行。第一、二、三、四弹性梁在靠近自由端处朝向齿盘一侧分别加工有第一三角形突棱、第二三角形突棱、第三三角形突棱、第四三角形突棱，装配好的四个弹性梁均有一定量的预变形，预变形产生的弹性压力使各三角形突棱的棱顶分别与齿盘周边的圆弧齿保持接触，接触点的具体位置如下：a.设齿盘的纵向对称线刚好通过正上方圆弧齿和正下方圆弧齿的中心，同时齿盘的水平对称线刚好通过最左端圆弧齿和最右端圆弧齿的中心。b.此时，第一三角形突棱位于齿盘的水平对称线上，并且与最左端圆弧齿的顶点接触。第三三角形突棱位于齿盘水平对称线和最右端圆弧齿的上侧，并且刚好对准相邻两圆弧齿之间的谷底。第二三角形突棱和第四三角形突棱均位于齿盘纵向对称线的右侧，分别与正上方圆弧齿的右侧和正下方圆弧齿的右侧接触。第一三角形突棱到齿盘纵向对称线的距离用hmax表示，第三三角形突棱到齿盘纵向对称线的距离用hmin表示，第二三角形突棱与正上方圆弧齿接触点到齿盘水平对称线的距离以及第四三角形突棱与正下方圆弧齿接触点到齿盘水平对称线的距离均用hmid表示。hmid与hmin和hmax之间存在式(1)表示的关系：hmin、hmid和hmax统称特征高度，其中hmin称为最小特征高度，hmid称为平均特征高度，hmax称为最大特征高度。转轮固定在传动丝杆上右光轴的右端。旋动摇柄使传动丝杆转动时，传动丝杆与传动螺母的配合和导向限位销与U形导向限位槽的配合带动游标沿传动丝杆的轴线向左或向右移动。传动螺母与传动丝杆配合副采取消间隙措施，理论上认为该配合副的空回量为零，传动丝杆改变旋转方向时，能够带动游标无滞后地改变移动方向。编码丝杆测量机构按以下方式工作：1)编码盘量电路连接：将电阻应变计[R1,R2]、[R3,R4]、[R5,R6]、和[R7,R8]分别以半桥方式接入数据采集-分析-处理单元，用分别表示数据采集-分析-处理单元测得的这四个半桥电路的应变读数。2)编码盘测量电路零位调整：旋动摇柄转动齿盘，应变读数均发生连续周期性变化，变化周期用T表示，T同时也表示齿盘上相邻两个圆弧齿的齿顶间距。齿盘每转过一个齿，即一个周期T，应变读数各自完成一次循环。观察的变化，当刚好为最小值εrmin时，停止转动齿盘，调节数据采集-分析-处理单元上电阻应变计[R1,R2]所在电桥的平衡电路，使之达到平衡状态，即重复前述动作，依次在取得最小值εrmin时，调节电阻应变计[R3,R4]、[R5,R6]和[R7,R8]所在电桥的平衡电路，使按以上方法完成四个半桥测量电路零位调整后，再转动齿盘，则四个应变读数均在最小值0和一个最大值εrmax之间循环变化，最小值0对应于第一三角形突棱或第二三角形突棱或第三三角形突棱或第四三角形突棱处在正对相邻两圆弧齿之间的谷底位置，即对应最于小特征高度hmin。最大值εrmax对应于第一三角形突棱或第二三角形突棱或第三三角形突棱或第四三角形突棱处在与圆弧齿顶点接触的位置，即对应于最大特征高度hmax。以上调整编码盘测量电路零位的方法，称为零位四步调整法。3)确定应变读数与齿盘旋转状态的关系：完成编码盘测量电路零位调整后，规定用数字1、0和1/2分别表示应变读数的最大值εrmax、最小值0和平均值0.5εrmax。数字1与最大特征高度hmax对应，定义为满值。数字0与最小特征高度hmin对应，定义为零值。数字1/2与平均特征高度hmid对应，定义为中值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.测量拉伸试样断裂后标距的装置，其特征是，该装置是由试样支座(SZ)、编码丝杆测量机构(BS)、被测试样(3)和数据采集-分析-处理单元四部分组成的测量系统；试样支座(SZ)由底板(1)、竖直固定在底板(1)上的两个带V形槽支座(2)、两块带有螺钉孔的压板(4)和四枚锁紧螺钉(5)组成；两个带V形槽支座(2)的上部均加工有第一V形槽(26)，两个第一V形槽(26)处于同轴位置；编码丝杆测量机构(BS)由定位支架(dz)、传动丝杆(cs)、游标(yb)、编码盘(bp)和带摇柄(24)的转轮(23)组成；定位支架(dz)包括顶板(9)和固定在顶板(9)下方的左定位支板(8)和右定位支板(14)；在顶板(9)的下表面沿顶板(9)的长度方向加工有一条U形导向限位槽(18)；左定位支板(8)中部加工有左轴承孔(6)，右定位支板(14)中部加工有右轴承孔(15)，左轴承孔(6)与右轴承孔(15)处于同轴位置；左定位支板(8)下部和右侧定位支板(14)下部均加工有第二V形槽(10)，两个第二V形槽(10)处于同轴位置；U形导向限位槽(18)的轴线、左轴承孔(6)和右轴承孔(15)的轴线以及第二V形槽(10)的轴线均位于同一纵向平面内且相互平行；传动丝杆(cs)从左到右分为五段，即左光轴(7)、左轴肩(17)、螺纹轴(11)、右轴肩(20)、右光轴(16)；传动丝杆(cs)通过左光轴(7)与左轴承孔(6)的配合和右光轴(16)与右轴承孔(15)的配合安装在定位支架(dz)上，并且左轴肩(17)的左端面与左定位支板(8)的右侧面接触，右轴肩(20)的右端面与右定位支板(14)的左侧面接触，使传动丝杆(cs)不能轴向串动；传动丝杆(cs)位于定位支架(dz)上U形导向限位槽(18)的正下方，且与U形导向限位槽(18)平行；游标(yb)由传动螺母(12)、指针(13)和导向限位销(19)组成，传动螺母(12)与传动丝杆(cs)的螺纹轴(11)配合；指针(13)固定在传动螺母(12)的底部，其针尖垂直向下；导向限位销(19)固定在传动螺母(12)的顶部，其上端与U形导向限位槽(18)间隙配合，使游标(yb)保持在垂直位置，并且可以在U形导向限位槽(18)内作轴向滑动；/n编码盘(bp)由传感器支撑框架(21)、齿盘(29)和第一悬臂梁传感器(S...

【技术特征摘要】
1.测量拉伸试样断裂后标距的装置，其特征是，该装置是由试样支座(SZ)、编码丝杆测量机构(BS)、被测试样(3)和数据采集-分析-处理单元四部分组成的测量系统；试样支座(SZ)由底板(1)、竖直固定在底板(1)上的两个带V形槽支座(2)、两块带有螺钉孔的压板(4)和四枚锁紧螺钉(5)组成；两个带V形槽支座(2)的上部均加工有第一V形槽(26)，两个第一V形槽(26)处于同轴位置；编码丝杆测量机构(BS)由定位支架(dz)、传动丝杆(cs)、游标(yb)、编码盘(bp)和带摇柄(24)的转轮(23)组成；定位支架(dz)包括顶板(9)和固定在顶板(9)下方的左定位支板(8)和右定位支板(14)；在顶板(9)的下表面沿顶板(9)的长度方向加工有一条U形导向限位槽(18)；左定位支板(8)中部加工有左轴承孔(6)，右定位支板(14)中部加工有右轴承孔(15)，左轴承孔(6)与右轴承孔(15)处于同轴位置；左定位支板(8)下部和右侧定位支板(14)下部均加工有第二V形槽(10)，两个第二V形槽(10)处于同轴位置；U形导向限位槽(18)的轴线、左轴承孔(6)和右轴承孔(15)的轴线以及第二V形槽(10)的轴线均位于同一纵向平面内且相互平行；传动丝杆(cs)从左到右分为五段，即左光轴(7)、左轴肩(17)、螺纹轴(11)、右轴肩(20)、右光轴(16)；传动丝杆(cs)通过左光轴(7)与左轴承孔(6)的配合和右光轴(16)与右轴承孔(15)的配合安装在定位支架(dz)上，并且左轴肩(17)的左端面与左定位支板(8)的右侧面接触，右轴肩(20)的右端面与右定位支板(14)的左侧面接触，使传动丝杆(cs)不能轴向串动；传动丝杆(cs)位于定位支架(dz)上U形导向限位槽(18)的正下方，且与U形导向限位槽(18)平行；游标(yb)由传动螺母(12)、指针(13)和导向限位销(19)组成，传动螺母(12)与传动丝杆(cs)的螺纹轴(11)配合；指针(13)固定在传动螺母(12)的底部，其针尖垂直向下；导向限位销(19)固定在传动螺母(12)的顶部，其上端与U形导向限位槽(18)间隙配合，使游标(yb)保持在垂直位置，并且可以在U形导向限位槽(18)内作轴向滑动；
编码盘(bp)由传感器支撑框架(21)、齿盘(29)和第一悬臂梁传感器(S1)、第二悬臂梁传感器(S2)、第三悬臂梁传感器(S3)、第四悬臂梁传感器(S4)组成；传感器支撑框架(21)为矩形结构，固定在定位支架(dz)右侧定位支板(14)的右侧面；在传感器支撑框架(21)的四条边上靠近一端处各加工有一个矩形通孔(38)和一个与矩形通孔(38)垂直贯通的螺纹孔(36)；齿盘(29)为周边带有若干圆弧齿(30)的圆盘，共轴固定在传动丝杆(cs)的右光轴(16)上，同时处于传感器支撑框架(21)内的中央位置；第一悬臂梁传感器(S1)、第二悬臂梁传感器(S2)、第三悬臂梁传感器(S3)、第四悬臂梁传感器(S4)的结构和尺寸相同，分别由第一弹性梁(33)和单轴电阻应变计[R1,R2]、第二弹性梁(28)和单轴电阻应变计[R5,R6]、第三弹性梁(32)和单轴电阻应变计[R3,R4]、第四弹性体梁(31)和单轴电阻应变计[R7,R8]组成；四个弹性梁采用矩形等截面结构或矩形变截面结构，四个弹性梁的根部分别与传感器支撑框架(21)上的四个矩形通孔(38)配合，并通过紧定螺钉(41)与螺纹孔(36)的配合分别固定于传感器支撑框架(21)的上侧内壁、下侧内壁、右侧内壁和左侧内壁；单轴电阻应变计[R1,R2]、[R5,R6]、[R3,R4]和[R7,R8]分别粘贴在第一弹性梁(33)、第二弹性梁(28)、第三弹性梁(32)、第四弹性梁(31)靠近根部的位置，各电阻应变计的轴线分别与所在弹性梁的轴线平行；第一、二、三、四弹性梁(33、28、32、31)在靠近自由端处朝向齿盘(29)一侧分别加工有第一三角形突棱(34)、第二三角形突棱(35)、第三三角形突棱(39)、第四三角形突棱(40)，装配好的弹性梁均有一定量的预变形，预变形产生的弹性压力使各三角形突棱的棱顶均与齿盘(29)周边的圆弧齿(30)保持接触，接触点的具体位置如下：
a.设齿盘(29)的纵向对称线刚好通过正上方圆弧齿和正下方圆弧齿的中心，同时齿盘(29)的水平对称线刚好通过最左端圆弧齿和最右端圆弧齿的中心；
b.此时，第一三角形突棱(34)位于齿盘(29)的水平对称线上，并且与最左端圆弧齿的顶点接触；第三三角形突棱(39)位于齿盘(29)水平对称线和最右端圆弧齿的上侧，并且刚好对准相邻两圆弧齿(30)之间的谷底；第二三角形突棱(35)和第四三角形突棱(40)均位于齿盘(29)纵向对称线的右侧，且分别与正上方圆弧齿的右侧和正下方圆弧齿的右侧接触；第一三角形突棱(34)到齿盘(29)纵向对称线的距离用hmax表示，第三三角形突棱(39)到齿盘(29)纵向对称线的距离用hmin表示，第二三角形突棱(35)与正上方圆弧齿接触点到齿盘(29)水平对称线的距离以及第四三角形突棱(40)与正下方圆弧齿接触点到齿盘(29)水平对称线的距离均用hmid表示；hmid与hmin和hmax三者之间存在式(1)表示的关系；



hmin、hmid和hmax统称特征高度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振华，雷华，鲁阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33