阅读说明：本技术 用于试验机的同轴度调整装置及方法 (Coaxiality adjusting device and method for testing machine ) 是由 赵宏伟 孟凡越 张建海 陈俊先 侯伟光 石成玉 秦学志 赵久成 赵大庆 于 2019-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于试验机的同轴度调整装置及方法,属于同轴度校准领域。整体安装在立式拉伸试验机上,包括主轴加载链、同轴度调整机构、检测及反馈机构、机架,同轴度调整机构安装在主轴加载链上,主轴加载链安装在机架上,检测及反馈机构安装在机架上,用于检测和控制调整量。该装置可调整加载链三个自由度,对调整轴进行分度,使调整量达到0.01mm/格,调整范围为±1mm,不仅可以实现在单轴拉伸试验机上进行单向拉伸,而且还可以再增设一套调整装置实现双向拉伸对中调整,装置适配性强,能够匹配不同轴径夹具或加载链,空间占用小,操作简单,可重复调整,能够提高实验精度,使测量数据更加精确。(The invention relates to a coaxiality adjusting device and method for a testing machine, and belongs to the field of coaxiality calibration. The whole device is arranged on a vertical tensile testing machine and comprises a main shaft loading chain, a coaxiality adjusting mechanism, a detection and feedback mechanism and a rack, wherein the coaxiality adjusting mechanism is arranged on the main shaft loading chain, the main shaft loading chain is arranged on the rack, and the detection and feedback mechanism is arranged on the rack and used for detecting and controlling the adjustment amount. The three degree of freedom of the adjustable loading chain of the device, carry out the graduation to the adjusting spindle, make the adjustment volume reach 0.01 mm/check, the adjustment range is 1mm, not only can realize carrying out unidirectional stretching on unipolar tensile testing machine, but also can add one set of adjusting device again and realize the alignment adjustment of biaxial stretching, device suitability is strong, can match different footpath anchor clamps or loading chain, the space occupies for a short time, easy operation, can repeatedly adjust, can improve the experiment precision, make measured data more accurate.)

用于试验机的同轴度调整装置及方法

技术领域

本发明涉及同轴度校准领域，特别涉及一种用于试验机的同轴度调整装置及方法，安装在试验机上对加载链的同轴度进行校准。

背景技术

随着经济的发展、科技的进步，试验机行业如雨后春笋一样，蓬勃发展，各种不同用途的试验机不断涌现，试验机可测量材料的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量等方面，并在机械工业等领域应用越来越广泛。传统试验机同轴度调整方式是人工调配，但人工调配效率低，而且标准不一，调整量有限，易造成试验机损坏、精度不达标、稳定性差等结果，由此为解决上述问题设计了一种用于试验机的同轴度调整装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于试验机的同轴度调整装置及方法，解决了现有试验机加载链同轴度需要拆卸加载链，不能实时调整的问题，且在一定程度上填补了现有技术的空白。本发明可安装再其他种类的试验机例如压缩试验机、扭转试验机、弯曲试验机、万能试验机等；可匹配夹具种类多样，空间占用小，操作简单，可重复调整；同时对调整轴进行分度，使调整量达到0.01mm，调整范围大（±0.5mm）；装置和夹具选装台组合可实现三个自由度的调整（加载链安装平面及加载链轴向转动）；调整装置内部易损件（顶尖、销套、销轴等）及定位精度要求高的零件都是标准化设计，采用销套等易加工件和标准件；装置适配性强，通过调整母体及其他部件的尺寸用以安装不同轴径的加载链；连接加载链中采用法兰连接提高强度，消除间隙；每个中间调整块利用母体上两个销轴和母体下表面定位（一面两销）；本发明安装在试验机上，不仅可以实现在单轴拉伸试验机上进行单向拉伸，而且还可以再增设一套调整装置实现双向拉伸，可以提高实验精度，使测量数据更加精确。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

用于试验机的同轴度调整装置，整体安装在立式拉伸试验机上，包括主轴加载链、同轴度调整机构、检测及反馈机构、机架，同轴度调整机构安装在主轴加载链上，主轴加载链安装在机架上，检测及反馈机构安装在机架上检测和控制调整量。

所述主轴加载链是：电动作动缸19安装在上顶盖21上，电缸连接轴23安装在电动作动缸19的输出轴上，六维力传感器1安装在电缸连接轴23上，所述六维力传感器1通过定位销9在电缸连接轴23上定位；同轴度调整机构的母体3安装在六维力传感器1另一端，夹具连接轴8通过主轴连接螺栓12安装在母体3上，上夹具13安装在夹具连接轴8上；试件16由盖板14压紧安装在上夹具13内，下夹具17通过法兰安装在支撑座18上，所述支撑座18通过法兰安装在旋转台26上，所述旋转台26通过法兰安装在下平台24上。

所述的同轴度调整机构是：四个调整轴4安装在母体3上，推力球轴承5安装在中间调整块6内，销轴套27安装在母体3上，定位销9安装在销轴套27上；中间调整块6由两个定位销9定位安装在母体3上，销轴弹簧10安装在母体3销轴孔内，连接母体3与中间调整块6。主轴连接轴安装在母体上，所述的对中环通过主轴连接轴安装在母体上。

所述的检测及反馈系统是：六维力传感器1安装在加载链上，主机及处理器通过USB数据线连接六维力传感器1，并安装在机架上，电动作动缸19输出位移信息传输给主机。

所述的电动作动缸19采用折返式电缸CDJ2D16-100Z-M9B-B，电缸的行程为100mm。

所述的六维力传感器采用HBM-U10M，力传感器最大量程为125KN。

所述的光栅尺采用Heidenhain-Aelb-382c，光栅尺最大量程为250mm。

所述的机架是：上顶盖21通过调节螺母20安装在四根导柱22上，所述导柱22安装在下平台24上，所述下平台24安装在隔振台25上。

本发明的另一目的在于提供一种用于试验机的同轴度调整方法，包括以下步骤：

步骤（1）、将电动作动缸19安装到机架上，通过电缸连接轴23连接六维力传感器1，通过法兰连接上夹具13与六维力传感器1，安装同轴度调整机构的母体3；

步骤（2）、同轴度调整机构各组件组装：

2.1、通过六个内六角螺栓将母体安装在六维力传感器1上，依次预紧对向两个螺栓；

2.2、将推力球轴承5安装在中间调整块6内，安装母体上四个方向上的八个销轴套27和四个调整轴4，将定位销9安装在销轴套27内；

2.3、将四个中间调整块6安装在母体3四个方向上，用八个定位销9与母体3底面定位，将销轴弹簧10套在销轴9上，放在母体3与中间调整块6内，并使销轴弹簧10处于压缩状态；

2.4、安装对中环，使下夹具17正面方向与对中调整机构的调整方向一致；

2.5、安装对中环与夹具，预紧螺栓，微调方向后拧紧连接螺栓；

2.6、安装试件16及盖板14；

步骤（3）、将旋转台26安装在下平台24上，锁紧旋转台26与支撑座18的相对位置，最后安装盖板14并压紧试件16；

步骤（4）、调整装置安装校准：调整母体上四个方向上的调整轴4，查看六维力传感器1各个调整轴轴向对应的力值和扭矩是否单一变化，否则需要转动旋转台26和对中环的方向，直至调整轴四个方向对应的六维力传感器1轴向数值单一变化，完成调整装置安装校准；

步骤（5）、对试件进行预拉伸，在弹性形变内加载，并记录传感器数据；

步骤（6）、加载过程中微调各个方向调整轴4并查看六维力传感器1数值，转动下位旋转台26和夹具连接轴8，直至对应微调方向变动数值小于加载力的5%并不随加载力增加；

步骤（7）、继续加载直至力值到达弹性极限，偏置力应一致保持其加载力5%以内或者变化量很小，或采集电动作动缸19输出的位移量计算对应应变和应力查看偏置力是否合格范围内；

步骤（8）、对加载链进行仿真，根据位移与传感器对应方向力值计算偏置量，然后计算分配到各个轴向调整量，调整对应调整轴4，最后调整装置加载校准完毕。

本发明的有益效果在于：整体安装在试验机上解决了现有试验机加载链同轴度需要拆卸加载链，不能实时调整的问题，且在一定程度上填补了现有技术的空白；可安装再其他种类的试验机例如压缩试验机、扭转试验机、弯曲试验机、万能试验机等；可匹配夹具种类多样，空间占用小，操作简单，可重复调整；同时对调整轴进行分度，使调整量达到0.01mm，调整范围大（±0.5mm）；装置和夹具选装台组合可实现三个自由度的调整（加载链安装平面及加载链轴向转动）；调整装置内部易损件及定位精度要求高的零件都是标准化设计，采用销套等易加工件和标准件；装置适配性强，通过调整母体及其他部件的尺寸用以安装不同轴径的加载链；连接加载链中采用法兰连接提高强度，消除间隙；每个中间调整块利用母体上两个销轴和母体下表面定位（一面两销）；本发明安装在试验机上，不仅可以实现在单轴拉伸试验机上进行单向拉伸，而且还可以再增设一套调整装置实现双向拉伸，可以提高实验精度，使测量数据更加精确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的同轴度调整机构的剖视图；

图2为本发明的同轴度调整机构的轴测图；

图3为本发明的同轴度调整机构的***图；

图4为本发明的同轴度调整机构的拉伸试件图；

图5为本发明的整机主视图；

图6为本发明的整机轴测图；

图7为本发明对中装置母体图。

图中：1、六维力传感器；2、传感器连接螺栓；3、母体；4、调整轴；5、推力球轴承；6、中间调整块；7、顶尖；8、夹具连接轴；9、定位销；10、销轴弹簧；11、夹具连接螺栓；12、主轴连接螺栓；13、上夹具；14、盖板；15、夹具盖板螺栓；16、试件；17、下夹具；18、夹具支撑座；19、电动作动缸；20、调节螺母；21、上顶盖；22、导柱；23、电缸连接轴；24、下平台；25、隔振台；26、旋转台；27、销轴套；28、支撑座连接螺栓。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图7所示，本发明的用于试验机的同轴度调整装置及方法，解决了现有试验机加载链同轴度需要拆卸加载链，不能实时调整的问题，且在一定程度上填补了现有技术的空白；该装置可调整加载链三个自由度，对调整轴进行分度，使调整量达到0.01mm/格，调整范围为±1mm；而且调整装置内部易损件及定位精度要求高的零件都是标准化设计，采用销套、销轴等易加工件和标准件；该装置安装在试验机上，不仅可以实现在单轴拉伸试验机上进行单向拉伸，而且还可以再增设一套调整装置实现双向拉伸对中调整，装置适配性强，能够匹配不同轴径夹具或加载链，空间占用小，操作简单，可重复调整，能够提高实验精度，使测量数据更加精确。

参见图5及图6所示，本发明的用于试验机的同轴度调整装置，整体安装在立式拉伸试验机上，包括主轴加载链、同轴度调整机构、检测及反馈机构、机架，同轴度调整机构安装在主轴加载链上，主轴加载链安装在机架上，检测及反馈机构安装在机架上，用于检测和控制调整量。

所述主轴加载链包括电动作动缸19、电缸连接轴23、六维力传感器1、同轴度调整机构母体3、夹具连接轴8、上夹具13、盖板14、试件16、下夹具17、支撑座18、旋转台26、传感器连接螺栓2、夹具连接螺栓11、夹具盖板螺栓15、支撑座连接螺栓28；所述电动作动缸19通过外六角螺栓安装在上盖顶21上，电缸连接轴23通过六个内六角螺栓安装在电动作动缸19的输出轴上，六维力传感器1通过六个传感器连接螺栓2安装在电缸连接轴23上，所述六维力传感器1通过定位销9在电缸连接轴23上定位；同轴度调整机构的母体3通过六个内六角螺栓安装在六维力传感器1另一端，夹具连接轴8通过主轴连接螺栓12安装在母体3上，上夹具13通过六个夹具连接螺栓11安装在夹具连接轴8上；拧紧夹具盖板螺栓15压紧试件16安装在上夹具13内，下夹具17通过支撑座连接螺栓28安装在支撑座18上，所述支撑座18通过法兰安装在旋转台26上，所述旋转台26通过法兰安装在下平台24上。

所述的同轴度调整机构包括母体3、调整轴4、推力球轴承5、中间调整块6、定位销9、销轴套27、销轴弹簧10、夹具连接轴8、主轴连接螺钉栓12、顶尖7；所述的四个调整轴4安装在母体3上，推力球轴承5安装在中间调整块6内，将顶尖7安装在中间调整块6上，销轴套27安装在母体3上，定位销9安装在销轴套27上；中间调整块6由两个定位销9定位安装在母体3上，销轴弹簧10安装在母体3销轴孔内，同时连接母体3与中间调整块6，将主轴连接螺栓12安装在母体3上，最后将夹具连接轴8通过主轴连接螺栓12安装在母体3上。

所述的检测及反馈系统包括六维力传感器1、主机、处理器；所述的六维力传感器1安装在加载链上，主机及处理器通过USB数据线连接六维力传感器1，并安装在机架上接收和处理数据，电动作动缸19输出位移信息传输给主机。

所述的电动作动缸19采用折返式电缸CDJ2D16-100Z-M9B-B，电缸的行程为100mm。

所述的六维力传感器采用HBM-U10M，力传感器最大量程为125KN。

所述的光栅尺采用Heidenhain-Aelb-382c，光栅尺最大量程为250mm。

所述的机架包括四根导柱22、调节螺母20、上顶盖21、下平台24、隔振台25；所述的上顶盖21通过调节螺母20安装在四根导柱22上，所述导柱22安装在下平台24上，所述下平台24安装在隔振台25上。

参见图1至图4所示，使用时，首先通过六个内六角螺栓将母体3安装在六维力传感器1上，然后依次预紧对向两个螺栓（防止装置卡死）；将推力球轴承5安装在中间调整块6内，安装母体3上四个方向上的销轴套27（共8个）和调整轴4（共4个），将定位销9安装在销轴套27内；四个中间调整块6安装在母体3四个方向上，用八个定位销9与母体3底面定位（一面两销），将销轴弹簧10套在定位销9上，放在母体3与中间调整块6内，并使销轴弹簧10处于压缩状态；安装夹具连接轴8，使夹具正面方向与对中调整装置调整方向一致；安装夹具连接轴8与上夹具13，预紧螺栓，微调方向后拧紧连接螺栓；安装试样16，安装盖板14（依次预紧对向两个螺栓，防止盖板14压不平）；

参见图7所示，母体3的轴测图，是整个调整装置的基体，可以选择另一种组装方法，先安装销轴套27，再安装定位销9，用两个定位销9与母体3地面定位约束中间调整块6（一面两销），然后将母体3安装到六维力传感器1，拧紧主轴连接螺栓12与夹具连接轴8完成安装。

本发明的具体工作过程：准备工作，首先组装加载链：将电动作动缸19安装到机架上，通过电缸连接轴23连接六维力传感器1，通过法兰连接夹具与六维力传感器1、安装母体3；其次安装旋转台26在下平台24上，锁紧旋转台26与支撑座18的相对位置，最后安装下夹具的盖板14压紧试件16；然后进行同轴度调整装置各组件组装：通过六个内六角螺栓将母体安装在六维力传感器上，依次预紧对向两个螺栓（防止装置卡死）；将推力球轴承安装在中间调整块内，安装母体上四个方向上的销轴套（共8个）和调整轴（共4个），安装销轴在销轴套内；安装四个中间调整块在母体四个方向上，用八个销轴与母体底面定位（一面两销），将销轴弹簧套在销轴上，放在母体与中间调整块内，并使销轴弹簧处于压缩状态；安装对中环，使夹具正面方向与对中调整装置调整方向一致；安装对中环与夹具，预紧螺栓，微调方向后拧紧连接螺栓；安装试样，安装上夹具盖板（依次预紧对向两个螺栓，防止盖板压不平）。

进行调整装置安装校准：调整对中装置母体上四个方向上的调整轴，查看六维力传感器各个调整轴轴向对应的力值和扭矩是否单一变化，否则需要转动旋转台和对中环的方向，直至调整轴四个方向对应的六维力传感器轴向数值单一变化，完成调整装置安装校准。

进行调整装置加载校准：对试件进行预拉伸，在弹性形变内加载，并记录传感器数据；加载过程中微调各个方向调整轴并查看传感器数值，转动下位旋转台和对中环，直至对应微调方向变动数值小于加载力的5%并不随加载力增加；继续加载直至力值到达弹性极限，偏置力应一致保持其加载力5%以内或者变化量很小，或采集电动作动缸输出的位移量计算对应应变和应力查看偏置力是否合格范围内；利用abqus仿真软件对加载链进行仿真，根据位移与传感器对应方向力值计算偏置量，然后计算分配到各个轴向调整量，调整对应调整轴，完成调整装置加载校准。

整机同轴度调整完成，进行正式拉伸试验。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。