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拉力机该怎么选?牢记这八点!

作者:拉力机    来源:www.llsyj1688.com   发布时间:
拉力机是生产制造业,实验室,大专院校等各行各业中使用较为广泛的力学检测设备,通常用于对材料进行静载、拉伸、紧缩、曲折、剪切、剥离等力学性能试验。拉力机购买者常常需要面临各种各样不同需求的拉力机选型问题,而供应商提供的拉力机也是五花八门,参数多如牛毛,常常使拉力机外行人员一头雾水,本文仅根据作者的实际工作经历做一些分享,望能够给需要者提供一些帮助。

一、拉力机的试验力的选择
拉力机载荷越大机台体积也大,设备越大价格也越贵。所以选拉力机时并不是越大越好。根据测试材料试验力范围,选择合适的试验力。
拉伸强度的单位是kg/mm2(kgf/mm^2)
1kgf/mm^2=9.8MPa
kgf(千克力)

在拉力机试验中经常碰到的提到的MPa ,假如:我的材料抗拉强度是1000MPA,那么我们客户应该选择多大试验力的拉力机? 
首先,我们需要做的是,确认试验工件试样的规格。
假设我们准备预估,20mm直径的金属棒料,计算下大概所需试验力。
1、20mm直径的棒料截面积为3.14*(20/2)*(20/2)=314mm²
2、1>100kgf/mm²(1000mpa)*314mm²(20mm直径的棒料截面积)=31400kgf/314mm², 
3、2>31400kgf相当于314000N(31400*9.8N) 
4、3>314000N=314KN 
5、4>314KN相当于31.4吨的实验力
6、我们计算得出抗拉伸强度为1000mpa,直径为20mm的棒料,大概需要31.4吨的试验力才能拉断。 
补充简易算法: 1000(mpa)*314(mm2)=314000(N) 314000N=314KN 314KN相当于31.4吨实验力

二、拉力机的有效量程
在进行拉伸试验时,所用试样的尺寸虽然小,但材料的伸长率普遍比较高,因此用于某些材料的拉伸性能需要配备行程较大的拉力机,否则夹具运行可能会超过行程的使用极限、造成设备的损坏。
需要注意的是在伸长率的计算中,我们仅采集试样上两条标线间的伸长量。
标线是通过打印或手工的方式画在制取完成的试样上的(标线的添加应对试样不产生任何影响),而标线间的距离是多少呢?
不同的标准给出的这一距离大多存在一定的差异,而同一标准中也是往往针对不同的材料给出不同的试样尺寸,
因此标线之间的距离也是不同的,不过这样有利于检测伸长率非常大或非常小的材料并得到精确的试验结果。
对于塑料薄膜,标线之间的距离通常是在25~50mm之间。

由于试样在拉伸试验中变形伸长不仅仅是在标线之内,凡是在两夹具之间的试样都会得到不同程度的拉伸变形。
标准中与标线距离相对应的夹具间的初始距离在80~115mm以内,如果两夹具间的试样都能保持同样的伸长率并假设为500%,则拉力机的有效行程需在480~690mm,如果是伸长率为1000%的试样,则拉力机的有效行程至少为880mm才能保证试验的正常进行。
在选择拉力机量程时用户可根据试验材料所需的最大荷载选择合适的量程,一般建议使用量程为试验机满量程的10%-90%之间,这样既保证了测试数据的精度也可延长试验机使用寿命。如果用户测试产品比较多、测量范围跨度大,则可以考虑选配两只传感器。

三、拉力机的软件配置
1、数显式是就是拉力机自带小型屏幕显示数据,然后自带微型打印机。
2、微电脑式拉力机,配有电脑主机,显示屏,高档打印机。
也就是就是我们常说的电子式拉力机。电脑内会配备拉力机专用软件系统,可以进行复杂的数据分析,数据编辑,局部放大,可调整数据报告
形式。进行成组式数据统计分析。试验结果输出结果可任意设置:最大力值、伸长率,抗拉强度、定力伸长、定伸长力值、屈服强度,弹性模量、最大试验力很多项目。试验结果输出结果可任意设置:最大力值、伸长率,抗拉强。   
3、拉力机的专用软件系统
1)好的拉力机软件可以配合多种测试条件,标准化的测试过程控制和报表输出模版,使可以定义任意多个测试标准供用户调用,范围涵盖GB、ASTM、DIN、JIS、BS…等几乎所有测试标准。
2)灵活强大的测试方法自定义方式,具备定速速、定位移、定力量、定力量速率、定应力、定应力速率、定应变、定应变速率等各种控制模式,可实现复杂的多步嵌套循环控制.可设置自动返回、自动判断断裂、自动归零等功能。   
3)拉力机强大的数据分析统计和曲线图形分析辅助工具,具备放大、缩小、平移、十字光标、取点等功能。多次历史测试数据可调入图形同时显示做对比分析。多达7个区间设置、30个手动取点、60个自动取点功能。具备最大值、最小值、平均值、去高低平均值、中位数、标准差、总体标准差、CPK值等多种统计功能。   
4)完全开放的测试结果编辑方法,用户可得到任何想要的测试结果。最大力、断裂力、剥离力、拉伸强度、剪切强度、撕裂强度、最大变形、屈服力、伸长率、弹性模量、环刚度、非比例延伸率、区间最小力、区间平均力、定伸长取力、定力量取伸长等多达400多个计算结果均由计算机自动算出,供用户选择调用。   
5)Microsoft Word报表格式,简单易用,只要您会使用Word,就可编辑出您想要的精美报表。权限管理系统使您可以锁定软件的任意功能模块,将软件操作分为多个权限级别,没被授权的操作人员无法触及没被授权的模块,软件操作更加安全可靠。 全数字化的校准系统,校准过程简单高效,校准数据上下位机双重保护。 测试数据管理简单直观高效:单次测试数据以Windows标准的文档形式存储,自由设置储存路径和文件名。避免了传统测控软件以数据库格式储存测试数据时数据库文件会越来越大而导致软件运行越来越慢的缺点。只要您的硬盘足够大,测试数据可以无限量保存。

四、拉力机的主要机械配置
拉力机关键配置:动力系统,传动,丝杠,传感器。
1、拉力机动力系统-电机
从事拉力机生产的制造商都知道,它的动力来源于电机。通过电机的转动来控制横梁上夹具的上升、下降及停止,夹具运动方向的不同我们就可以对材料做拉伸、压缩等物理性能试验。
目前,市场上常用的电机种类有两种:一个是伺服电机、另一个是步进电机。那么在作为拉力机的动力系统是采用伺服电机好还是步进电机更优呢?在回答这个问题之前我们先来了解了解这两款类型电机的工作原理及特点:
1)步进电机是一种感应电机,是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机安设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的,同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到高速运转的目的。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
2)伺服电机在自动控制系统中,用作执行元件,把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能,它每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应,所以它是闭环控制,而步进电机正好相反是开环控制。
  伺服电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
  通过对这两款电机工作原理的分析,它们都各有各的优点。步进电机工作稳定性高、测量数据准确、小转矩下定位精度高价格便宜,伺服电机可以在大转矩下还能保持定位精度高的特性但是价格相对于前者比较贵。
2、拉力机的精度其实主要取决于控制部分的准确性、传动部分的精确性、以及传感器的灵敏性。
1)传动分类比较:
①丝杠传动,优点:测试精度,可重复性高,缺点:价格昂贵,导致拉力机整机成本偏高;
②齿条传动,优点:价格便宜,可降低拉力机成本,缺点:测试精度低,可重复性较差。
2)丝杠的分类比较:
①拉力机的丝杠,对拉力精度测量具有决定作用。
滚珠丝杠,优点:测试精确度最高;缺点:性能受制于电脑伺服系统,整套仪器价格偏高。
③梯形丝杠,优点:达到一般要求精度(0.5-1%),价格相对便宜;缺点:不适用测试精度要求高的测试。
④一般丝杠,优点:可以达到软包装所要求的精度;缺点:不适用测试精度要求高的测试。
3)传感器可按以下分类:
拉力机的传感器,传感器能把被测拉力物理量转换成电信号。
①弹簧传感型式,优缺点:测试传感方式粗糙,测试精度不高,价格相对低廉;
②“S”型电子传感器,优点:可数字显示,电脑显示,测试精度较高缺点:材料结构单薄,承受拉压力在100KN以下;
③轮幅式传感器,通过权型数字电路,抓取材料受力变形后引起电阻线性变化而引起的电压变化,可承受较大的拉压力;
④液压传感器,优点测量量程大,量程小反而不准确。
4)减速机
拉力机传动系统有的采用减速机,有的采用普通皮带,这两种传动方式的主要弊端:前种需要定期加润滑油,后种则保证不了传动的同步性影响试验结果。
拉力机减速机的作用:
①降速的同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比,但注意不能超出减速机额定扭矩。
②减速同时降低了负载的惯量,惯量的减少为减速比的平方,一般电机都有一个惯量数值。减速机的种类一般的减速机有斜齿轮减速机(包括平行轴斜齿轮减速机、行星齿轮减速机、摆线针轮减速机、涡轮蜗杆减速机、行星摩擦式机械无极变速机等
拉力机减速机的原理:
减速机的原理很简单,就是利用各级齿轮传动来达到降速的目的,减速器就是由各级齿轮副组成的,比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速目的,再采用多级这样的结构,就可以大大降低转速了。
拉力机中的减速机一般用于地转速大扭矩的传动设备,把电动机、内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上得打齿轮来达到减速的目的,普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果,大小齿轮的齿数之比,就是传动比。
3、拉力机的编码器
什么是拉力机的光电编码器,它是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
拉力机的光电编码器功能:
1、检测拉力机横梁位移量
2、测量试样的变形量
拉力机的编码器特点:
光电编码器,因其每一个方位肯定仅有、抗搅扰、无需掉电回忆,现已越来越广泛地应用于各种工业体系中的视点、长度测验和定位操控。若是要丈量旋转超越360度规模,就要用到多圈肯定式编码器。
拉力机上面的旋转编码器它的测验精度高,从复性能好,寿命长经用,360度无任何搅扰信号定的每个方位的仅有性,它无需回忆,无需找参考点,并且不必一向计数,什么时候需求晓得方位,什么时候就去读取它的方位。
编码器的抗搅扰特性、数据的可靠性大大提高了。多圈编码器另一个长处是因为丈量规模大,实际使用往往殷实较多,这样在装置时不必要费力找零点,将某一中心方位作为起始点就可以了,而大大简化了装置调试难度。
拉力机的编码器原理:
编码器生产厂家运用挂钟齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,经过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再添加圈数的编码,以扩展编码器的丈量规模,这样的肯定编码器就称为多圈式肯定编码器,它同样是由机械方位断定编码,每个方位编码仅有不重复,而无需回忆。   

五、拉力机可做的实验项目
一般客户,购买一台设备,通常都希望拉力机一机多用,即在配备不同夹具的基础上,可做拉伸、压缩、弯曲、撕裂、剪切、180度剥离、90度剥离试验。市面上有一些高档拉力机除以上项目外,因其传感器精度高(有的达到二十五万分之一)还可以测试摩擦系数。

六、拉力机的试验速度
市面设备有的在10~500 mm/min,前者一般使用普通梯形丝杆加调速电机或变频调速系统,成本较低,磨损较大。时间长了,试验多了会产生中联板摇动,影响测试精度,而且时间用不久,机器噪音较大,容易坏。
有的在0.01~500 mm/min,使用伺服系统加配滚珠丝杠的,精度高,速度恒速稳定,磨损小,耐久性较好。测出来的试验重复性也好。
国外拉力机的速度范围一般都是0.01-1000mm/min,1000mm/min的速度主要用于拉力机在一组试验结束后的自动回位,对于延伸大或试验行程大的测试考虑到这个参数,可以大大提高测试效率,当然,1000mm/min的高速度同样对机械结构的性能提出了高的要求。
标准都有规定试验条件,什么材料多少速度,因为速度不一样测出来的力值也不一样。如各类生产设备机械手都用的伺服系统,有机会的话可以去汽车厂去看看,汽车零件每个位置是分毫不差。想一下这样的机器放到自己工厂可以多放心,出去的产品经过测试,心里就有底气,价格相应的也会卖的高些,客户也容易接受。所以配伺服系统滚珠丝杠完全可以满足用户要求。当然测试的不多,力量不大的选普通梯形丝杆加调速电机或变频调速系统较为经济实用。

七、拉力机的精度等级
精度:指的是拉力机的显示值和真实值之间的偏差。
通常:1级精度指偏差±1% ,0.5级精度指偏差±0.5%,越靠近满量程测量,相对误差越小。
目前国内市场上拉力机普遍使用1级和0.5级两种,
对于一般的材料试验选择1级完全足够
而对于科学研究和专业的材料分析单位则可以选择0.5级。
试验机精度0.5级和1级在技术上并无明显差别,校验的方法和手段也基本一致。随着传感器技术的发展,传感器元件的线性度已经达到很高的水准,只要测量电路没有缺陷,抗干扰性能足够稳定,厂家在生产工艺及技术上严格参考试验机制造标准,基本都能达到0.5级标准。

八、拉力机的同步性能
 试验机采集的数据是在同一时刻的荷载和变形数据,如果二者不同步就会出现荷载朝前于变形或者变形朝前于荷载的现象,对于在进回程测量弹性材料时会出现同一个荷载对应两个变形以及进回程曲线不重合的现象。




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