一、         电子万能试验机简介 

 

1、 构造原理 

    测定材料力学性能的主要设备是材料试验机。一般把同时可以作拉伸、压缩、剪切和弯曲等多种实验的试验机称为万能材料试验机。供静力实验用的万能材料试验机有液压式、机械式和电子机械式等类型。下面介绍的电子万能试验机为电子机械式的试验机，它是电子技术与机械传动相结合的一种新型试验机，以CSS-44000型试验机为例，它由主机、控制器、计算机系统及附件所组成。如图1-3。

1.主机              2.手动操作盒              3.EDC控制器 

4.功率放大器        5.计算机显示器        6.打印机         7.计算机主机 

图1-3  电子万能试验机布局图 

(1) 主机部分

    电子万能试验机主机由负荷机架、传动系统、夹持系统和位置保护装置等四部分组成。如图1-4。

1) 负荷机架

    负荷机架由四立柱支承上横梁与工作台板构成门式框架，两丝杠穿过动横梁两端并安装在上横梁与工作台板之间。工作台板由两个支脚支承在底板上，且机械传动减速器也固定在工作台板上。工作时，伺服电机驱动机械传动减速器，进而带动丝杠转动，驱使动横梁上下移动。试验过程中，力在门式负荷框架内得到平衡。

2) 传动系统

    传动系统由数字式脉宽调制直流伺服系统、减速装置和传动带轮等组成。执行元件采用永磁直流伺服电机，其特点是响应快，而且该电机具有高转矩和良好的低速性能。由与电机同步的高性能光电编码器作为位置反馈元件，从而使动横梁获得准确而稳定的试验速度。

                            1.位移编码传感器   2.上横梁         3.万向联轴节 

                            4.防尘罩           5.拉伸夹具       6.立柱 

                            7.滚珠丝杆副       8.负荷传感器     9.活动横梁 

                            10.上压头          11.下压板        12.弯曲试台 

                            13.工作台          14.轴承组        15.圆弧齿形带 

                            16.大带轮          17.底板          18.导向节           

                            19.限位杆          20.限位环 

   图1-4  电子式万能试验机主机结构图 

3) 夹持系统

    对于100kN和200kN规格的电子万能试验机，在拉伸夹具的上夹头均安装有万向连轴节，它的作用是消除由于上、下拉伸夹具的不同轴度误差带来的影响，使试样在拉伸过程中只受到沿轴线方向的单向力，并使该力准确地传递给负荷传感器。但是500kN规格的电子万能试验机的夹具不用万向连轴节，而是通过连杆直接与夹具刚性连接。对于双空间结构的电子万能试验机（如100kN和200kN规格的试验机），下夹头安装在动横梁上。对于单空间结构的电子万能试验机（如500kN的试验机），下夹头直接安装在工作台板上。

4) 位置保护装置

    动横梁位移行程限位保护装置由导杆、上、下限位环以及限位开关组成，安装在负荷机架的左侧前方。调整上、下限位环可以预先设定动横梁上、下运动的极限位置，从而保证当动横梁运动到极限位置时，碰到限位环，进而带动导杆操纵限位开关触头切断驱动电源，动横梁立即停止运行。

(2) 数字控制器

   数字控制系统由德国DOLI公司的EDC120数字控制器和直流功率放大器组成。其中功率放大器的作用在于功率放大、驱动和控制电机。通常情况下，数字控制器与计算机相联，利用计算机软件控制和完成各种实验。

2、 测量系统 

图1-5   轮辐式拉压传感器 

    电子式万能试验机测量系统包括载荷测量、试样变形测量和活动横梁的位移测量等三部分。

 (1) 载荷测量

    载荷测量是通过负荷传感器来完成的，本实验所用的负荷传感器为应变片式拉、压力传感器，由于这种传感器以电阻应变片为敏感元件，并将被测物理量转换成为电信号，因此便于实现测量数字化和自动化。应变片式拉、压力传感器有圆筒式、轮辐式等类型，本试验机上采用轮辐式传感器。见图1-5所示，应变片通常接成全桥以提高其灵敏度和实现温度补偿。

    轮辐式拉、压力传感器的弹性元件为四根应变梁，从图中可知轮轴处受到载荷作用后，四根应变梁受到剪切力，在梁的45°方向和－45°方向分别受到拉应变和压应变，故与传感器受拉方向成45°方向贴四枚应变片、、、，与传感器受拉方向成－45°方向贴四枚应变片、、、，然后把对称且同一方向的应变片两两串联组成测量电桥。当载荷变化时被测应变片的电信号量同时也发生变化，应变片电测原理详见§2-2应变电测原理简介。

(a) (b) 

(c) 

图1-6   变形传感器外形、结构原理及应变测量桥路图 

(2) 变形测量

    试样的伸长变形量是通过变形传感器来测得的。本实验所用的变形传感器为应变式轴向引伸仪。其外形、结构原理及应变测量桥路分别见图1-6（a）、（b）、(c)所示。引伸仪主要由刚性变形传递杆、弹性元件及贴在其上的应变片和刀刃等部件所组成。为引伸仪的初始标距，其长度靠定位销插入销孔来确定。实验前，将引伸仪装夹于试样上，当两刀刃以一定压力与试样接触，刀刃就与接触点保持同步移动，试样变形就准确地传递给引伸仪，该压力通过绑在试样上的橡皮筋得到，于是，在传递杆带动下，引伸仪的弹性元件产生弯曲应变。从几何关系可以得到，在一定范围内与可视为正比关系，故测得后，就可知道试样的伸长，然后通过控制器并经放大后输入计算机。

(3) 位移测量

    活动横梁相对于某一初始位置的位移量是借助丝杠的转动来实现的，滚珠丝杠转动时，装在滚珠丝杠上的光电编码传感器输出的脉冲信号经过转换而测得。