一种位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置及其工作方法与流程

本发明涉及一种位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置及其工作方法，属于材料科学与机械制造技术的仪器与仪表领域。

背景技术：
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薄板是工程结构中常用的一种材料型式，广范应用于飞机汽车等结构。多数工程结构都是在交变载荷作用下工作，因此结构中的薄板一般也会受到交变载荷的作用。在这些载荷中，垂直于薄板平面的载荷会使薄板发生弯曲变形，在反复弯曲变形过程中，薄板刚度会逐渐发生退化，从而发生疲劳破坏。所以在一些寿命要求较高的薄板零件，在设计之初就得按照结构疲劳寿命准则进行设计，并进行疲劳实验，再通过薄板实验前后需要测量薄板的弯曲刚度，再得到其刚度退化的情况来估算薄板的疲劳寿命，评估设计是否符合要求。同时在薄板生产加工以及安装时也需要按照设计要求对其弯曲刚度进行监控，以保证质量。

目前对于薄板结构的刚度测量的专利不多，其中201110452478.4提出了一种摆片刚度的测试方法，通过准备刚度测试装置、安装、测量位移、得到检测质量块在自重下的转角等步骤最终得到摆片刚度。但是其提出的测试方法相对复杂，对设备和测试场地要求高，需要人力参与较多，一次测量需要2分钟，不利于工厂大规模生产以及现场装配结构时检验刚度是否满足要求。

因此很有必要设计一种操作简单，测量速度快，场地要求不高，适用性高的微型薄板弯曲刚度测量装置。

技术实现要素：
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本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置及其工作方法。

本发明所采用的技术方案有：一种位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置，包括底座、试验件、试件夹持装置、测点定位装置、测量装置、信号处理装置以及操作与显示装置；

所述底座包括一个上方开口的盒形底座和底座盖板组成，通过螺栓连接；

所述试件夹持装置由夹块、夹片、螺柱以及螺母组成，所述夹块与底座盖板通过螺栓连接，螺柱与夹块通过螺纹连接，试验件水平放置在夹块上，夹片开孔通过螺柱，且能上下移动压住试验件，所述螺母通过旋转将夹片、试验件和夹块固定以使得试验件一端固定约束；

所述测点定位装置由水平导轨、滑块、轴承、锁死螺母和刚架组成，所述水平导轨包括安装在底座盖板上的X方向水平导轨以及与X方向水平导轨方向垂直的且安装在刚架上的Y方向水平导轨，每根X方向水平导轨上有两个滑块，每根Y方向水平导轨上安装有一个滑块，所述滑块通过锁死螺母与水平导轨固定，滑块与水平导轨间安装有轴承，所述刚架安装在X方向水平导轨的四个滑块上，通过螺栓连接；

所述测量装置由测量平台、步进电机、螺杆、套筒、套筒限位结构以及测量头组成，所述测量平台安装在Y方向水平导轨的滑块上，步进电机和套筒限位结构与测量平台通过螺栓连接，所述螺杆与步进电机连接，步进电机转动带动螺杆转动，所述套筒与螺杆通过螺纹配合连接，旋转螺杆使套筒上下移动；

所述信号处理装置由5V恒压电源，力敏电阻传感器、数模转换器和控制芯片组成，所述5V恒压电源、控制芯片以及数模转换器安装在盒形底座的底部，力敏电阻传感器粘贴在测量头背面；

所述操作与显示装置由显示器，操作按钮和开关组成，所述显示器、操作按钮和开关均安装在盒形底座的同一侧上。

进一步地，所述量头、力敏电阻传感器和套筒三者胶接在一起。

进一步地，所述测量头与试验件接触后背面与螺杆挤压，通过力敏电阻传感器获得对应压力的电阻值，再将电信号通过数模转换器转换后输入到控制芯片中处理得到对应刚度值，并在显示器上显示。

进一步地，所述操作按钮包括有三个，从左至右依次为操作按钮A、操作按钮B和操作按钮C。

本发明还采用如下技术方案：一种位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置的工作方法，包括如下步骤：

步骤一：试验时，将试验件放在夹块上，压上夹片后，拧紧螺母；

步骤二：根据薄板刚度测量位置分别调整X方向水平导轨和Y方向水平导轨上滑块的位置，调整好后拧紧滑块锁死螺母；

步骤三：接通电源，将开关拨至接通状态，长按下操作按钮A，开始测点位移设置操作，通过操作按钮B和操作按钮C加减位移值，调好数值后，再按下操作按钮A确定，继续按下操作按钮A装置开始自动校准传感器数值，寻找测点位移为零的位置进行调零，待显示器显示“调零完成”后，按下操作按钮B开始正式测量刚度值，显示器显示测点刚度值，继续按下操作按钮C测量结束，测量装置复位；

步骤四：接着可以调整测点位置或者换上新的试验件重复上述试验。

本发明具有如下有益效果：

1.可进行一端固定约束一端自由薄板的弯曲刚度测量；

2.可适用于长100-200mm，宽50-150mm的薄板弯曲刚度测量；

3.刚度测量点可通过两个方向的水平导轨调节；

4.一键调零和测量，可直接显示刚度值，测量迅速；

5.结构紧凑简单，操作简单，不受场地和人员限制，便于维护。

附图说明：

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的右视图。

图4是本发明底座内布置图。

其中：

1-盒形底座、2-底座盖板、3-夹块、4-螺柱、5-夹片、6-螺母、7-水平导轨、8-滑块、9-轴承、10-滑块锁死螺母、11-刚架、12-测量平台、13-步进电机、14-螺杆、15-套筒、16-套筒限位结构、17-测量头、18-显示器、19-操作按钮、20-开关、21-力敏电阻传感器、22-试验件、23-5V恒压电源、24-数模转换器、25-控制芯片。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明公开一种位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置，包括：底座、试验件、试件夹持装置、测点定位装置、测量装置、信号处理装置以及操作与显示装置。

底座包括一个上方开口的长方体盒形底座1和底座盖板2组成，通过螺钉连接。

试件夹持装置由夹块3、夹片5、螺柱4以及螺母6组成，其中夹块3与底座盖板2通过螺栓连接，螺柱4与夹块3通过螺纹连接。试验件22水平放置在夹块3上，试验件22与夹块3在长边方向上的接触长度为9-10mm，夹片5开孔通过螺柱6，且能上下移动压住试验件22，螺母6用于将夹片5、试验件22和夹块3固定，使得试验件22一端固定约束。

测点定位装置由四个水平导轨7、六个滑块8、轴承9、锁死螺母10和一个刚架11组成。其中两根水平导轨7平行安装(X方向)在底座盖板2上，每根水平导轨7上有两个滑块8，分别与刚架11的四个安装位置通过螺栓连接。另外两根水平导轨7安装在刚架11上与前两根水平导轨7方向垂直(Y方向)，每根水平导轨7上安装有一个滑块8。滑块8可通过锁死螺母10与水平导轨7固定，滑块8与水平导轨7间安装有轴承9来减小摩擦力。通过在X方向和Y方向的水平导轨上移动测量装置可以测得不同尺寸薄板不同测点处的刚度值。

测量装置由测量平台12、步进电机13、螺杆14、套筒15、套筒限位结构16以及测量头17组成。其中测量平台12安装在Y方向水平导轨的滑块8上，步进电机13和套筒限位结构16与测量平台12通过螺栓连接。螺杆14与步进电机13连接，步进电机13转动可带动螺杆14转动，步进电机13的角位移由事先设置的测点位移作为输入，经过控制芯片25处理后输出对应的角位移信号。套筒15与螺杆14通过螺纹配合连接，旋转螺杆14可使套筒15上下移动。测量头17、力敏电阻传感器21和套筒16三者如图3所示胶接在一起。

信号处理装置由5V恒压电源23，力敏电阻传感器21、数模转换器24和控制芯片25组成。其中5V恒压电源23、控制芯片25以及数模转换器24安装在盒形底座1的底部，力敏电阻传感器21粘贴在测量头17背面，测量头17与试验件22接触后背面与螺杆14挤压，通过力敏电阻传感器21将获得对应压力的电阻值，再将电信号通过数模转换器24转换后输入到控制芯片25中处理得到对应刚度值，并在显示器18上显示。

操作与显示装置由一个显示器18，三个操作按钮19(按图1中位置三个按钮分别记为A、B和C)和一个开关20组成，如图1所示均安装在盒形底座1的同一侧上，三个操作按钮19从左至右短按分别A执行调零操作，B执行测量操作，C执行停止操作，长按三个按钮19从左至右分别A执行设置及确定操作，B执行加的操作，C执行减的操作。显示器18用于显示测量刚度值以及设置测点位移时显示具体位移值。开关20用于接通或切断仪器电源。

本发明位移控制的微型薄板弯曲刚度测量装置的工作方法，包括如下步骤：

步骤一：试验时，将试验件22放在夹块3上，压上夹片5后，拧紧螺母6；

步骤二：根据薄板刚度测量位置分别调整X方向水平导轨和Y方向水平导轨上滑块8的位置，调整好后拧紧滑块锁死螺母10；

步骤三：接通电源，将开关20拨至接通状态，长按下操作按钮A，开始测点位移设置操作，通过操作按钮B和操作按钮C加减位移值，调好数值后，再按下操作按钮A确定。继续按下操作按钮A装置开始自动校准传感器数值，寻找测点位移为零的位置进行调零，待显示器18显示“调零完成”后，按下操作按钮B开始正式测量刚度值，显示器18显示测点刚度值，继续按下操作按钮C测量结束，测量装置复位；

步骤四：接着可以调整测点位置或者换上新的试验件22重复上述试验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。