第二章常用试验机及测试仪器 §2-1液压式万能材料试验机 材料试验机是测定材料力学性能的主要设备。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试 验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等,能兼作拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种实 验的试验机称为万能材料试验机(简称为万能机)。供静力实验用的万能材料试验机有液压 式、机械式、电子式等多种类型。下面将以我室现有的国产w系列液压式万能材料试验机 为例着重进行介绍 液压式万能材料试验机构造原理 各种万能材料试验机虽然在外观、型号方面不尽相同,但基本结构和原理是一样的,它 们的构造原理如图2-1-1所示。 工作活塞 29示力指针 示力度盘 34绘图笔 固定横梁 19回油管 27推杆 11承压垫板 18送油管 A10弯曲支座 31平衡砣 8活动平台 26摆杆 9上夹头 滑轮(1) 36下夹头升降按钮 下夹头 7送油阀 33拉绳 25摆锤 15蜗轮蜗杆 1底座 21测力油管 4下夹头升降电机 13螺杆 测力油缸 图2-1-1 1、加载系统 在底座1上,两根固定的立柱2和固定横梁3组成承载框架,工作油缸4固定于框架上 在工作油缸的活塞5上,支承着由上横梁6、活动立柱7和活动平台8组成的活动框架。当 油泵16开动时,液压油通过送油阀17,经送油管18进入工作油缸,把活塞5连同活动平
4 第二章 常用试验机及测试仪器 §2-1 液压式万能材料试验机 材料试验机是测定材料力学性能的主要设备。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试 验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等,能兼作拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种实 验的试验机称为万能材料试验机(简称为万能机)。供静力实验用的万能材料试验机有液压 式、机械式、电子式等多种类型。下面将以我室现有的国产 WE 系列液压式万能材料试验机 为例着重进行介绍。 一、液压式万能材料试验机构造原理 各种万能材料试验机虽然在外观、型号方面不尽相同，但基本结构和原理是一样的，它 们的构造原理如图 2-1-1 所示。 上横梁 工作活塞 工作油缸 活动立柱 固定横梁 承压垫板 弯曲支座 活动平台 上夹头 下夹头升降按钮 下夹头 立柱 底座 14 下夹头升降电机 螺杆 蜗轮蜗杆 拉绳 送油阀 送油管 回油管 滑轮（1） 滚筒 绘图笔 示力指针 示力度盘 齿杆 推杆 平衡砣 支点 摆杆 拉杆 摆锤 测力油缸 测力活塞 测力油管 油箱 滑轮（2） 回油阀 油泵 油泵电机 图 2-1-1 1、加载系统 在底座 1 上，两根固定的立柱 2 和固定横梁 3 组成承载框架，工作油缸 4 固定于框架上。 在工作油缸的活塞 5 上，支承着由上横梁 6、活动立柱 7 和活动平台 8 组成的活动框架。当 油泵 16 开动时，液压油通过送油阀 17，经送油管 18 进入工作油缸，把活塞 5 连同活动平
台8一同顶起。这样,如把试件安装于上夹头9和下夹头12之间,由于下夹头固定,上夹 头随活动平台上升,试件将受到拉力作用。若把试件安装于两个承压板11之间,或将受弯 试件置于两个弯曲支座10上,因固定横梁不动而活动平台上升,试件将分别产生压缩或弯 曲。此外,实验开始前如须调整上、下夹头之间的距离,则可开动电机14,驱动螺杆13 可使下夹头12上升或下降。但电机14绝对不能用来给试件施加拉力。 2、测力系统 加载时,开动油泵电机,打开送油阀17,油泵把液压油送入工作油缸4顶起工作活塞5 给试件加载:同时,液压油经过回油管19及测力油管21(此时回油阀20处于关闭状态, 液压油不能流回油箱37),进入测力油缸22,推动测力活塞23工作,带动拉杆24向下移动, 从而使摆杆26和摆锤25连同推杆27绕支点偏转。推杆27偏转时,推动齿杆28作水平移 动,于是驱动测力度盘的指针齿轮,使测力指针29绕测力度盘30的中心旋转,测力指针旋 转的角度与测力油缸活塞上的总压力(即拉杆24所受拉力)成正比。因为测力油缸和工作 油缸中油压压强相同,两个油缸活塞上的总压力与其面积成正比。这样,测力指针的转角便 与工作油缸活塞上的总压力即试件所受载荷成正比。经过标定便可使测力指针在测力度盘上 直接指示载荷的大小。 试验机一般配有重量不同的几个摆锤供选择。对重量不同的摆锤,测力指针转同样的角 度,所需油压并不相同,即载荷并不相同。所以,测力度盘上由刻度表示的测力范围应与摆 锤的重量相匹配。例如W-300试验机配有A、B、C三种摆锤。摆锤A对应的测力范围为 0-60kN,A+B对应0~150kN,A+B+C对应0~300kN 开动油泵电机,适度开启送油阀以调节液压油进入工作油缸的快慢,可控制增加载荷的 速度。开启回油阀20,使工作油缸中的液压油经回油管19泄回油箱37,可实现卸减载 实验开始前,为消除活动平台等的自重影响,应开动油泵送油,将活动平台稍微升高。 然后调节测力部分的平衡陀31,使摆杆26保持垂直位置,并使测力指针指在零点。 试验机上一般还有自动绘图装置,其工作原理是:活动平台上升时,由绕过滑轮(1) 和(2)的拉绳33带动滚筒32绕轴线转动,在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标; 同时,齿杆28的移动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样,实验时绘图笔34在滚筒上就 可自动绘出载荷一位移曲线 液压式万能材料试验机操作步骤及注意事项 1、检查试验机状态: 2、估算最大载荷,选择测量范围
5 台 8 一同顶起。这样，如把试件安装于上夹头 9 和下夹头 12 之间，由于下夹头固定，上夹 头随活动平台上升，试件将受到拉力作用。若把试件安装于两个承压板 11 之间，或将受弯 试件置于两个弯曲支座 10 上，因固定横梁不动而活动平台上升，试件将分别产生压缩或弯 曲。此外，实验开始前如须调整上、下夹头之间的距离，则可开动电机 14，驱动螺杆 13， 可使下夹头 12 上升或下降。但电机 14 绝对不能用来给试件施加拉力。 2、测力系统 加载时，开动油泵电机，打开送油阀 17，油泵把液压油送入工作油缸 4 顶起工作活塞 5 给试件加载；同时，液压油经过回油管 19 及测力油管 21（此时回油阀 20 处于关闭状态， 液压油不能流回油箱 37），进入测力油缸 22，推动测力活塞 23 工作，带动拉杆 24 向下移动， 从而使摆杆 26 和摆锤 25 连同推杆 27 绕支点偏转。推杆 27 偏转时，推动齿杆 28 作水平移 动，于是驱动测力度盘的指针齿轮，使测力指针 29 绕测力度盘 30 的中心旋转，测力指针旋 转的角度与测力油缸活塞上的总压力（即拉杆 24 所受拉力）成正比。因为测力油缸和工作 油缸中油压压强相同，两个油缸活塞上的总压力与其面积成正比。这样，测力指针的转角便 与工作油缸活塞上的总压力即试件所受载荷成正比。经过标定便可使测力指针在测力度盘上 直接指示载荷的大小。 试验机一般配有重量不同的几个摆锤供选择。对重量不同的摆锤，测力指针转同样的角 度，所需油压并不相同，即载荷并不相同。所以，测力度盘上由刻度表示的测力范围应与摆 锤的重量相匹配。例如 WE-300 试验机配有 A、B、C 三种摆锤。摆锤 A 对应的测力范围为 0~60kN,A+B 对应 0~150 kN，A+B+C 对应 0~300 kN。 开动油泵电机，适度开启送油阀以调节液压油进入工作油缸的快慢，可控制增加载荷的 速度。开启回油阀 20，使工作油缸中的液压油经回油管 19 泄回油箱 37，可实现卸减载。 实验开始前，为消除活动平台等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台稍微升高。 然后调节测力部分的平衡陀 31，使摆杆 26 保持垂直位置，并使测力指针指在零点。 试验机上一般还有自动绘图装置，其工作原理是：活动平台上升时，由绕过滑轮（1） 和（2）的拉绳 33 带动滚筒 32 绕轴线转动，在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标； 同时，齿杆 28 的移动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，实验时绘图笔 34 在滚筒上就 可自动绘出载荷—位移曲线。 二、液压式万能材料试验机操作步骤及注意事项 1、检查试验机状态； 2、估算最大载荷，选择测量范围；
3、根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口 4、试验机的准备(注意消除活动平台自重 5、装夹试件及度盘调零(试件安装完成后不能移动下夹头) 6、匀速缓慢加载进行试验 7、试验结束,机器复原
6 3、根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口； 4、试验机的准备（注意消除活动平台自重）； 5、装夹试件及度盘调零（试件安装完成后不能移动下夹头）； 6、匀速缓慢加载进行试验； 7、试验结束，机器复原
§2-2电子万能材料试验机 电子式万能材料试验机是继液压式万能材料试验机之后的又一种新型试验机如图 2-2-1所示,其由于测试的精度高及计算机控制的应用而将成为科研和教学的主流机型。电 子式万能材料试验机除了具有液压式的万能材料试验机所有的实验功能外,还增加了一些新 的功能。本节将介绍其构造原理和操作方法。 控制面板 电子万能材料试验机构造原理 电子式万能材料试验机主要由主机部分和微机控制部分组成。 1、主机部分 电子万能材料试验机的主机部分由上横梁、移动横梁、立柱和机箱等组成,上横梁、立 柱和机箱组成一个门式框架,活动横梁由滚珠丝杆驱动,可在门式框架内上下移动;活动横 梁的上方和上横梁的下部装有拉伸夹具,活动横梁下方和机箱的上方装有压缩夹具。门式框 架右边的立柱上装有一个控制开关盒,用以调整活动横梁的位置,便于试件的装夹;机箱内 封装了伺服器、伺服电机、减速机等,伺服电机在接到速度控制单元的指令后,驱动传动系 统带动滚珠丝杄转动,滚珠丝杆推动横梁向上和向下位移,从而实现对试件的加载,而横梁 的向上和向下位移通过光电编码器记录,横梁的位移的上下极限位置由立柱旁限位杆上的挡 圈控制。试件所受的载荷和变形以及横梁的位移可以通过相应的传感器(力传感器、引伸计 和光栅编码器转化成电信号,经放大器放大,再经AD转换成数字信号后输入,到微机控制 部分进行处理和显示。如果微机控制部分还外接有其它显示设备,数字信号也可通过所接外 围设备进行显示。其机械原理如图2-2-2所示
7 §2-2 电子万能材料试验机 电子式万能材料试验机是继液压式万能材料试验机之后的又一种新型试验机如图 2-2-1 所示，其由于测试的精度高及计算机控制的应用而将成为科研和教学的主流机型。电 子式万能材料试验机除了具有液压式的万能材料试验机所有的实验功能外，还增加了一些新 的功能。本节将介绍其构造原理和操作方法。 图 2-2-1 一、电子万能材料试验机构造原理 电子式万能材料试验机主要由主机部分和微机控制部分组成。 1、 主机部分 电子万能材料试验机的主机部分由上横梁、移动横梁、立柱和机箱等组成，上横梁、立 柱和机箱组成一个门式框架，活动横梁由滚珠丝杆驱动，可在门式框架内上下移动；活动横 梁的上方和上横梁的下部装有拉伸夹具，活动横梁下方和机箱的上方装有压缩夹具。门式框 架右边的立柱上装有一个控制开关盒，用以调整活动横梁的位置，便于试件的装夹；机箱内 封装了伺服器、伺服电机、减速机等，伺服电机在接到速度控制单元的指令后，驱动传动系 统带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆推动横梁向上和向下位移，从而实现对试件的加载，而横梁 的向上和向下位移通过光电编码器记录，横梁的位移的上下极限位置由立柱旁限位杆上的挡 圈控制。试件所受的载荷和变形以及横梁的位移可以通过相应的传感器（力传感器、引伸计） 和光栅编码器转化成电信号，经放大器放大，再经 A/D 转换成数字信号后输入，到微机控制 部分进行处理和显示。如果微机控制部分还外接有其它显示设备，数字信号也可通过所接外 围设备进行显示。其机械原理如图 2-2-2 所示
定挡圈 拉楔形夹具 珠丝杠 电子引伸计 可调挡圈 移动梁 手动控制盒 限位碰块 弯自压头 传喜器 可调挡圈 圉定挡圈 弯由装置 急停开美 电源开关 压下压板 减蘧机 传南系兢 伺服电机 连轴器 电器系棻(徼处理器) 图2 2、微机控制部分 电子万能材料试验机的微机控制部分主要由计算机机、打印机等组成如图2-2-3所示 根据具体需要,还可以加入其它外接设备,这部分的主要功能是进行试验的前处理和后处理 力传感器 变形传感器 位移传感器 试样 放大器 放大器 横梁 计算机 微控制器(控制盒) 伺服器 显示器 键盘 打印机 小键盘
8 300 20 100 10 200 30 压 缩 下 压 板 弯 曲 装 置 伺 服 电 机 伺 服 器 限 位 碰 块 弯 曲 压 头 手 动 控 制 盒 机 械 原 理 图 附 图 一 、( 此 处 仅 以 门 式 机 双 空 间 为 例 , 台 式 机 、 单 柱 机 结 构 与 此 相 似 ) 位 移 传 感 器 拉 伸 楔 形 夹 具 移 动 横 梁 传 动 系 统 电 子 引 伸 计 固 定 挡 圈 可 调 挡 圈 电 器 系 统 （ 微 处 理 器 ） 滚 珠 丝 杠 可 调 挡 圈 固 定 挡 圈 急 停 开 关 电 源 开 关 连 轴 器 减 速 机 力 传 感 器 原点 返车 慢下 快下 慢上 快上 暂停 R 图 2-2-2 2、微机控制部分 电子万能材料试验机的微机控制部分主要由计算机机、打印机等组成如图 2-2-3 所示， 根据具体需要，还可以加入其它外接设备，这部分的主要功能是进行试验的前处理和后处理， 图 2-2-3 力传感器 放大器 计算机 显示器 变形传感器 位移传感器 试样 放大器 微控制器（控制盒） 伺服器 电机 横梁 键盘 打印机 小键盘