一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置制造方法及圖紙

一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，在底座上端面由下至上設置有通過導線與外部控制器系統連接的載荷傳感器和用于支撐和定位被測試件的定位機構，底座上端面上位于定位機構的兩側對稱且垂直的設置有2個絲杠，底座內設置有同時驅動2個絲杠旋轉的電機，絲杠上設置有能夠沿絲杠上下移動的橫梁，橫梁位于定位機構的上方，橫梁上設置有動磁式電磁力直線電機，其輸出軸貫穿橫梁與定位機構的上端為接觸連接，動磁式電磁力直線電機的信號輸入端通過導線連接外部控制器系統，橫梁的下端面設置有數字光柵尺，數字光柵尺的信號輸出端通過導線連接外部控制器系統。本發明專利技術能實現寬頻加載，并能滿足大行程特性，還具有響應快、精度高、噪聲小等特點。

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..

【技術實現步驟摘要】
一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置
本專利技術涉及一種橡膠材料疲勞試驗裝置。特別是涉及一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置。
技術介紹
橡膠材料因其能承受大應變而不發生永久形變的特性，被廣泛運用在軌道交通、汽車工業、航天航空、軍用裝備等領域。在上述領域中，疲勞失效是橡膠材料制件的主要失效形式。因此，對橡膠疲勞性能的研究近年來引發了大量關注。此外，上述用件在實際工況中，往往受到大變形和高頻率的應力作用，而由于疲勞試驗裝置的限制，國內外針對橡膠材料在大變形和高頻率加載條件下疲勞性能的研究非常有限。因此，針對橡膠材料疲勞性能并具有寬頻響大行程特性的實驗裝置急需開發。目前，大部分橡膠材料疲勞試驗依舊應用傳統的電液伺服疲勞試驗機或機械式的電子萬能疲勞試驗機。這兩種形式的試驗機雖然能滿足橡膠材料試驗大行程的要求，但受到作動原理的限制，均不具備高頻加載的特點。另外，電液伺服疲勞試驗機存在能耗大、運行噪聲大、維護成本高等缺點，而機械式疲勞試驗機也有動態響應差等問題。另一方面，動磁式電磁力直線試驗機因其輸出平穩、響應速度快、加速度大、比推力大、方便、可靠性高等特點，在近年來有逐漸成為主流疲勞試驗機的趨勢。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種能實現寬頻加載，并能滿足大行程特性的用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置。本專利技術所采用的技術方案是：一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，包括底座，所述的底座上端面的中部由下至上依次設置有通過導線與外部控制器系統連接的載荷傳感器和用于支撐和定位被測試件的定位機構，所述的底座上端面上位于所述定位機構的兩側對稱且垂直的設置有2個絲杠，所述的底座內設置有能夠同時驅動2個絲杠旋轉的電機，所述2個絲杠上設置有在絲杠旋轉時能夠沿所述絲杠上下移動的橫梁，所述的橫梁位于定位機構的上方，所述的橫梁上設置有用于對所述的定位機構施加拉壓力的動磁式電磁力直線電機，所述動磁式電磁力直線電機的輸出軸貫穿所述橫梁與所述的定位機構的上端為接觸連接，所述動磁式電磁力直線電機的信號輸入端通過導線連接外部控制器系統，所述橫梁的下端面設置有用于對所述動磁式電磁力直線電機輸出軸的位移進行測量的數字光柵尺，所述數字光柵尺的信號輸出端通過導線連接外部控制器系統。所述的定位機構包括有由下至上依次設置在所述載荷傳感器上的支撐件，用于定位被測試件底端的下夾具，以及用于定位被測試件上端的上夾具，所述上夾具與所述動磁式電磁力直線電機的輸出軸接觸連接。所述的動磁式電磁力直線電機的外殼上設置有用于收攏載荷傳感器、動磁式電磁力直線電機和數字光柵尺與外部控制器系統相連的導線通道。所述的2個絲杠上分別設置有與所述絲杠螺紋連接的滑塊，所述的橫梁的兩端分別固定連接在兩個所述的滑塊上。所述的2個絲杠均分別設置有用于限制橫梁上升高度的上限位擋(14)，用于限制橫梁下降高度的下限位擋。所述的動磁式電磁力直線電機包括有固定在所述橫梁上端面上的外殼，所述的外殼內側分別設置有：對稱設置且下端固定在所述橫梁上端面上的左框架和右框架，設置在所述左框架和右框架之間的E形結構的第一鐵芯和第二鐵芯，所述E形結構的第一鐵芯和第二鐵芯的開口端的兩個側邊對接連接，其中，第一鐵芯的中間部分套有第一線圈，第二鐵芯的中間部分套有第二線圈，相連接的第一鐵芯和第二鐵芯的中間部分形成有間隙，所述的間隙內設置有在第一線圈和第二線圈的作用下能夠在所述的間隙內上下移動的永磁體機構，所述永磁體機構的上端固定連接有用于限制永磁體機構直線位移的上導向機構，所述永磁體機構的下端固定連接有用于限制永磁體機構直線位移的下導向機構，所述下導向機構的輸出構成動磁式電磁力直線電機的輸出軸貫穿所述橫梁與定位機構中的上夾具為接觸連接。所述的永磁體機構包括有：永磁體框架以及設置在永磁體框架內的S極磁鐵和N極磁鐵。所述的上導向機構包括有：兩側分別對應固定連接在所述左框架和右框架上的Π形框架，固定設置在所述Π形框架水平端面上端的上直線軸承，以及T形上軸，所述T形上軸的水平部分構成上連接法蘭與永磁體機構中的永磁體框架的上端固定連接，所述T形上軸的垂直部分構成上軸依次貫穿所述Π形框架的水平端面和所述的上直線軸承，所述的T形上軸的垂直部分在位于Π形框架水平端面下面的部分上套有上彈簧。所述的下導向機構包括有兩側分別對應固定連接在所述左框架和右框架上的倒Π形框架，固定設置在所述倒Π形框架水平端面下端的下直線軸承，以及T形下軸，所述T形下軸的水平部分構成下連接法蘭與永磁體機構中的永磁體框架的下端固定連接，所述T形下軸的垂直部分構成輸出軸依次貫穿所述倒Π形框架的水平端面、所述的下直線軸承以及所述的橫梁與定位機構中的上夾具為接觸連接，所述的T形下軸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彈簧。本專利技術的一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，能實現寬頻加載，并能滿足大行程特性，還具有響應快、精度高、噪聲小等特點。能夠實現對橡膠材料在大變形和高頻率加載條件下疲勞性能的研究。本專利技術由動磁式電磁力直線電機為作動器，可實現寬頻響、大行程作動輸出。試驗裝置頻率范圍可達0-200Hz，最大行程可達50mm，最大輸出載荷為1000N。通過載荷傳感器及電機內部安裝的光柵尺可將采集到的實時載荷及位移數據精確地輸出給試驗裝置的控制器，并由上位機對采集到的數據實時顯示、控制和存儲，從而實現高精度的閉環控制。另外，裝置自帶溫度保護，作動器內部裝有溫度傳感器，能夠將采集到的溫度信號實時反饋給控制器。當作動器內溫度超過限定溫度時，則會觸發溫度保護裝置，電機自動停止運行。應用自主開發的疲勞測試試驗軟件，可實現對控制方式、波形、試驗條件等的自定義設置，能夠滿足橡膠材料在高頻率、大變形條件下的拉伸、壓縮、拉壓交變載荷的疲勞試驗，也可實現蠕變、預制裂紋、裂紋擴展等試驗。由于動磁式電磁力直線電機的電磁力是由非接觸的勵磁線圈和永磁體相互作用產生，因此整體實驗裝置可以達到低噪音甚至無噪音。附圖說明圖1是本專利技術用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置的整體結構示意圖；圖2是本專利技術動磁式電磁力直線電機的整體結構示意圖；圖3是本專利技術動磁式電磁力直線電機的內部結構示意圖；圖4是本專利技術動磁式電磁力直線電機中鐵芯、線圈和永磁體機構結合的結構示意俯視圖；圖5是圖4中永磁體機構的結構示意圖；圖6是采用本專利技術裝置的疲勞試驗控制系統的整體結構示意圖。圖中1：導線通道2：動磁式電磁力直線電機21：外殼22：左框架23：右框架24：第一鐵芯25：第二鐵芯26：第一線圈27：第二線圈28：永磁體機構281：永磁體框架282：S極磁鐵283：N極磁鐵29：上導向機構291：Π形框架292：上直線軸承293：T形上軸294：上彈簧210：下導向機構2101：倒Π形框架2102：下直線軸承2103：T形下軸2104：輸出軸2105：下彈簧3：數字光柵尺4：絲杠5：橫梁6：支撐件7：上夾具8：被測試件9：下夾具10：載荷傳感器11：底座12：下限位擋13：滑塊14：上限位擋1001：用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置1002：控制器10021：數字信號采集器10022：AD轉換器10023：運動控制模塊10024：DA轉換器10本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，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設置有通過導線與外部控制器系統連接的載荷傳感器(10)和用于支撐和定位被測試件(8)的定位機構，所述的底座(11)上端面上位于所述定位機構的兩側對稱且垂直的設置有2個絲杠(4)，所述的底座(11)內設置有能夠同時驅動2個絲杠(4)旋轉的電機，所述2個絲杠(4)上設置有在絲杠(4)旋轉時能夠沿所述絲杠(4)上下移動的橫梁(5)，所述的橫梁(5)位于定位機構的上方，所述的橫梁(5)上設置有用于對所述的定位機構施加拉壓力的動磁式電磁力直線電機(2)，所述動磁式電磁力直線電機(2)的輸出軸貫穿所述橫梁(5)與所述的定位機構的上端為接觸連接，所述動磁式電磁力直線電機(2)的信號輸入端通過導線連接外部控制器系統，所述橫梁(5)的下端面設置有用于對所述動磁式電磁力直線電機(2)輸出軸的位移進行測量的數字光柵尺(3)，所述數字光柵尺(3)的信號輸出端通過導線連接外部控制器系統。

【技術特征摘要】
1.一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，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設置有通過導線與外部控制器系統連接的載荷傳感器(10)和用于支撐和定位被測試件(8)的定位機構，所述的底座(11)上端面上位于所述定位機構的兩側對稱且垂直的設置有2個絲杠(4)，所述的底座(11)內設置有能夠同時驅動2個絲杠(4)旋轉的電機，所述2個絲杠(4)上設置有在絲杠(4)旋轉時能夠沿所述絲杠(4)上下移動的橫梁(5)，所述的橫梁(5)位于定位機構的上方，所述的橫梁(5)上設置有用于對所述的定位機構施加拉壓力的動磁式電磁力直線電機(2)，所述動磁式電磁力直線電機(2)的輸出軸貫穿所述橫梁(5)與所述的定位機構的上端為接觸連接，所述動磁式電磁力直線電機(2)的信號輸入端通過導線連接外部控制器系統，所述橫梁(5)的下端面設置有用于對所述動磁式電磁力直線電機(2)輸出軸的位移進行測量的數字光柵尺(3)，所述數字光柵尺(3)的信號輸出端通過導線連接外部控制器系統。2.根據權利要求1所述的一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，其特征在于，所述的定位機構包括有由下至上依次設置在所述載荷傳感器(10)上的支撐件(6)，用于定位被測試件(8)底端的下夾具(9)，以及用于定位被測試件(8)上端的上夾具(7)，所述上夾具(7)與所述動磁式電磁力直線電機(2)的輸出軸接觸連接。3.根據權利要求1所述的一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，其特征在于，所述的動磁式電磁力直線電機(2)的外殼上設置有用于收攏載荷傳感器(10)、動磁式電磁力直線電機(2)和數字光柵尺(3)與外部控制器系統相連的導線通道(1)。4.根據權利要求1所述的一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，其特征在于，所述的2個絲杠(4)上分別設置有與所述絲杠(4)螺紋連接的滑塊(13)，所述的橫梁(5)的兩端分別固定連接在兩個所述的滑塊(13)上。5.根據權利要求1所述的一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，其特征在于，所述的2個絲杠(4)均分別設置有用于限制橫梁(5)上升高度的上限位擋(14)，用于限制橫梁(5)下降高度的下限位擋(12)。6.根據權利要求1所述的一種用于橡膠疲勞性能測試的寬頻響大行程實驗裝置，其特征在于，所述的動磁式電磁力直線電機(2)包括有固定在所述橫梁(5)上端面上的外殼(21)，所述的外殼(21)內側分別設置有：對稱設置且下端固定在所述橫梁(5)上端面上的左框架(22)和右框架(23)，設置在所述左框架(22)和右框架(23)之間的E形結構的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳剛，高健文，吳昊，林強，王磊，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津,12