拉伸试验机用大变形量引伸计研究设计

摘要

随着工程材料种类的增多、应用领域的扩大，开展对材料的力学性能研究尤为重要。引伸计是应力应变检测中不可或缺的工具，而机械式与电子式引伸计量程较小，同时传统的光电编码器引伸计易造成信号采集误码，从而导致大变形量引伸计不符合国家检定规程要求。为更加准确、快捷地测知非金属材料的性能参数，受济南鑫光试验机制造有限公司的委托，本文研究设计了一种非接触磁栅式大变形量引伸计。
　　论文首先以济南鑫光试验机制造有限公司的实体产品为研究对象，建立大变形量引伸计的机械结构。通过理论计算，并对驱动元件进行有限元分析，确定2T门式电子万能试验机为配套仪器；通过实际测绘试验空间，核算出试样夹持器、传动系统、配重装置和固定装置四大组成部分的结构尺寸；利用SolidWorks的干涉检查和外观渲染功能，得到尺寸准确、结构合理的大变形量引伸计机械结构。
　　对大变形量引伸计进行有限元分析和运动仿真。利用Simulation的截面剪裁和探测功能，对标距夹等关键零部件进行静力学分析，并对零部件结构进行优化；通过ANSYS Workbench的线性屈曲分析，得到满足工作强度要求的整机模型；使用SolidWorks Motion模块，生成了画面清晰的演示视频。
　　研究设计信号采集系统和接口装置。依据各类信号采集系统的特点，确定了非接触式磁栅尺采集系统，选型确定了采集系统零部件；并将采集系统零部件匹配到引伸计主机上，确定了大变形量引伸计的最终整机结构；通过元器件的信号整形、倍频、鉴向、数模转换处理，研发出稳定可靠的接口装置。
　　搭建实验平台并进行了引伸计实验测试分析。利用百分表工具，完成了试验机主机、夹持器和引伸计的位移标定，规范了调试流程；通过硫化橡胶和硬质塑料两种试样的拉伸实验，得到与百分表标准值相吻合的数据结果，并生成了实验报告数据表，验证了样机能满足延伸率较大的材料实验要求，更有力地说明大变形量引伸计样机的可行性。

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摘要

ABSTRACT

Contents

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 引伸计存在的问题

1.4 研究目的与意义

1.5 本文主要研究内容

2 大变形量引伸计机械结构优化研究

2.1 拉伸试验机选型设计与主机结构

2.2 试样夹持器结构设计

2.3 传动系统结构设计

2.4 配重装置结构设计

2.5 固定装置结构设计

2.6 大变形量引伸计整机优化设计

2.7 本章总结

3 大变形量引伸计有限元分析和运动仿真

3.1 关键零部件有限元分析

3.2 大变形量引伸计装配体有限元分析

3.3 大变形量引伸计模拟动画制作

3.4 本章总结

4 大变形量引伸计信号采集系统优化研究

4.1 变形量信号采集系统的种类

4.2 磁栅位移传感器的工作原理

4.3 磁栅尺信号采集系统的选型设计

4.4 机械结构与信号采集系统配套优化设计

4.5 本章小结

5 基于单片机的磁栅信号接口装置设计

5.1 磁栅信号接口装置设计原理

5.2 波形信号整形处理

5.3 信号倍频与鉴向处理

5.4 单片机的数模转换处理

5.5 系统仿真与接口装置调试

5.6 本章小结

6 大变形量引伸计的实验测试分析

6.1 大变形量引伸计调试校准

6.2 硫化橡胶试样拉伸实验

6.3 硬质塑料试样拉伸实验

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果