一种将应变转化标定为力的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种将应变转化标定为力的实验装置，属于G01L测量力、应力、转矩领域。

背景技术：

实验应力分析是变形力学的一个重要组成部分。在实际工程中，我们需要用应力分析来解决问题主要是出于以下3点原因：

1.对某些试件，除了利用已有的理论公式进行分析计算外，还需要通过实验的方法对结果进行验证。

2.因为理论计算不可避免地要对实际构件的形状、受力状况进行必要的简化，最终的结果是否符合实际情况必须通过实验来验证。

3.对于结构较复杂的总成或构件，想用简单的利用材料力学和弹性理论求得解答也是比较困难的。即使采用近似的计算方法，其计算结果的可靠性也要通过实验来进行验证。

在实际工程中，目前最常用的实验测定应力的方法是用电阻应变片测量应力。即将应变片粘贴在构件表面上，通过将被测构件的应变转化为电阻的变化，电阻应变仪将此电阻转换为应变读数或转化为电压的变化，让后由数据采集仪器记录下来，经过换算得到应变值。应变是个相对变形，之后我们需要将应变转化成力。例如，在进行车辆设计或疲劳可靠性分析计算时，需要得到例如转向拉杆拉力、传动轴的扭矩、反作用杆的拉力等零部件的受力情况。有了这些输入，才能对试件进行具体的设计、计算、优化。

在汽车领域中，还没有专业的将应变转化标定为力的台架，目前国内各大汽车厂主要是采用国外的专用的耐久台架进行这项标定工作。其优点是试验精度高、稳定性好、承载能力强等特点。但其缺点也十分明显，第一、这些实验台架的主要功能为进行零部件或总成的疲劳耐久试验，其结构复杂，进行应变到力的标定工作是其部分工作，如果只是因为标定工作而买这些台架则浪费较大。第二，这些实验台架基本上为进口，成本非常高，购买一套少则几百万，多则几千万，且维护成本也高；第三，这些实验台架专业性较强，结构复杂，且只能进行某种零部件的特定力或特定方向的加载，适用性不强；第四、这些实验台架需要一个固定的场地，且占用空间较大。

因此，亟待需要提供一种解决以上缺点或能大大改善上述缺点的实验台架，进而提供一种结构简单、可靠、成本较低且结果准确度较高的实验装置。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供一种将应变转化标定为力的实验装置，该装置简单、可靠、成本低、结果准确度较高的实验装置，可以比较方便的进行应变到力的转化标定工作。

本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型实施例提供一种将应变转化标定为力的实验装置，包括由连接支架和支撑支架可拆卸地连接形成的台架，以及设置在所述台架上的力分析结构，所述力分析结构由加力连接构件、加力器、力传感器、测试部件和应变片传感器根据测试部件受力情况选择性连接形成，所述应变片传感器设置在所述测试部件上，所述连接支架和所述支撑支架根据测试部件受力情况进行组合，形成适合对所述测试部件进行应力分析的台架。

可选地，所述台架由两个支撑支架和一个连接支架连接形成，所述两个支撑支架垂直固定在支撑底板上，所述连接支架的下表面通过螺栓连接在所述支撑支架的上表面上；所述加力连接构件为滑轮，所述滑轮固定连接在所述连接支架的中间位置，所述滑轮、所述加力器、所述力传感器、设置有所述应变片传感器的测试部件和所述支撑底板依次连接。

可选地，所述台架还包括辅助连接支架，所述辅助连接支架根据所述测试部件受力情况选择性与所述支撑支架和所述连接支架连接。

可选地，所述支撑支架包括垂向支撑支架和侧向支撑支架，所述台架由四个垂向支撑支架、两个连接支架和四个侧向支撑支架连接形成，所述四个垂向支撑支架固定在支撑底板上，所述两个连接支架通过螺栓连接在所述垂向支撑支架的上表面上，所述侧向支撑支架的上端与所述垂向支撑支架的侧面通过螺栓连接，下端与所述支撑底板固定连接；

设置有所述应变片传感器的测试部件固定在所述台架上；

所述加力连接构件为加力臂，所述加力臂连接在所述测试部件的一端，所述加力臂的两端形成有第一连接孔和第二连接孔；

所述加力器包括第一加力器和第二加力器，所述力传感器包括第一力传感器和第二力传感器，所述第一加力器的上端与所述第一连接孔连接，所述第一加力器的下端与所述第一力传感器的一端连接，所述第一力传感器的另一端固定在所述支撑底板上；所述第二加力器的上端与所述第二连接孔连接，所述第二加力器的下端与所述第二力传感器的一端连接，所述第二力传感器的另一端固定在所述支撑底板上。

可选地，所述连接支架为长方形框架结构，包括左侧板、右侧板、顶板、底板以及间隔设置并连接所述顶板和所述底板的多个隔板，所述顶板和所述底板上设置有若干个圆形孔，所述左侧板和所述右侧板上设置有长条形开孔。

可选地，所述辅助连接支架为长方形框架结构，包括左侧板、右侧板、顶板、底板以及连接所述顶板和所述底板的隔板，所述顶板和所述底板上设置有若干个圆形孔，所述左侧板和所述右侧板上设置有长条形开孔。

可选地，所述垂向支撑支架包括顶板、底板、左侧板和右侧板以及间隔设置并连接所述左侧板和所述右侧板的多个隔板，所述顶板和所述底板平行设置，且分别与所述左侧板和所述右侧板连接，所述底板的尺寸大于所述顶板的尺寸，所述左侧板和所述右侧板上设置有若干个圆形孔，所述顶板和所述底板上设置有长条形开孔。

可选地，所述侧向支撑支架为梯形框架结构，包括顶板、底板、左侧板和右侧板，所述顶板和所述底板平行设置且分别与所述左侧板和所述右侧板连接，所述左侧板与所述底板形成的夹角大于所述右侧板与所述底板形成的夹角。

可选地，所述连接支架和所述支撑支架由200mm×200mm宽翼缘热轧H型钢制成。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的将应变转化标定为力的实验装置可根据测试部件的应力分析情况，利用支撑支架和连接支架搭建不同类型的实验台架，模拟部件的真实受力情况，进行不同方向力的同时加载，解决了进口台架只能进行单向力标定的缺点；此外，在做完实验后，可以将台架分解拆卸，适用性强，且不占用太大的空间，解决了进口台架占用空间大的缺点。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的将应变转化标定为力的实验装置的结构示意图；

图2(a)至2(d)为本实用新型实施例的实验装置使用的连接支架的结构示意图；

图3(a)至3(d)为本实用新型实施例的实验装置使用的辅助连接支架的结构示意图；

图4(a)至4(c)为本实用新型实施例的实验装置使用的垂向支撑支架的结构示意图；

图5(a)和图5(b)为本实用新型另一实施例提供的将应变转化标定为力的实验装置的结构示意图；

图6(a)至6(e)为本实用新型实施例的实验装置使用的侧向支撑支架的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种将应变转化标定为力的实验装置，包括由连接支架和支撑支架可拆卸地连接形成的台架，以及设置在所述台架上的力分析结构，所述力分析结构由加力连接构件、加力器、力传感器、测试部件和应变片传感器根据测试部件受力情况选择性连接形成，所述应变片传感器设置在所述测试部件上，所述连接支架和所述支撑支架根据所述测试部件的受力情况进行组合，形成适合对所述测试部件进行应力分析的台架。

本实用新型提供的将应变转化标定为力的实验装置可以根据测试部件的受力情况，搭建不同方式的组合台架，模拟部件的真实受力情况，进行不同方向力的同时加载。在本实用新型的一实施例中，在需要测试测试部件的拉力的情况下，通过选择性组合连接支架和支撑支架搭建一个拉力标定台架。在另一个实施例中，在需要测试测试部件的弯矩和扭矩的情况下，通过选择性组合连接支架和支撑支架搭建一个弯矩和扭矩联合标定台架。以下，分别对这两个实施例进行介绍。

实施例一：拉力标定台架

如图1所示，本实施例提供的实验装置包括由一个连接支架1和两个支撑支架(垂向支撑支架)2连接形成的台架以及按照预定连接关系连接的滑轮3、加力器4、力传感器5、设置有应变片传感器7的测试部件6，整个实验装置用于对测试部件6的拉力进行测试。在本实施例中，加力连接构件实现为滑轮形式，测试部件6可为转向横拉杆、纵拉杆、反作用杆等受拉力部件。

具体地，如图1所示，所述两个支撑支架2垂直固定在支撑底板上，所述连接支架1的下表面通过螺栓连接在所述支撑支架2的上表面上，所述滑轮3固定连接在所述连接支架1的中间位置，所述滑轮3、所述加力器4、所述力传感器5、设置有所述应变片传感器7的测试部件6和所述支撑底板依次连接，即加力器4的一端与滑轮3连接，另一端与力传感器5的一端连接，力传感器5的另一端与安装完应变片传感器7的测试部件6的上端连接，测试部件6的下端与支撑底板连接。当测试拉力时，通过加力器4完成对测试部件6拉力的加载工作。从应变片传感器7可以得到测试部件6受拉力时的应变值，从力传感器5可以得到拉力值，进而可以得到拉力与应变的标定曲线，确定零部件真实工作状态下的受拉力情况。

此外，本实施例提供的拉力标定台架可根据需要，还可包括辅助连接支架，辅助连接支架的长度可比连接支架的长度短。所述辅助连接支架根据测试部件的受力情况选择性与所述支撑支架和所述连接支架连接。当测试部件长度较长或宽度较宽时，可以增加辅助连接支架提高高度和宽度。例如，长度不够时，可在支撑支架上方连接辅助连接支架，宽度不够时，可在连接支架上连接辅助连接支架。辅助连接支架与连接支架以及支撑支架之间可通过螺栓连接。

在本实施例中，支撑底板可由铁质材料制成，连接支架1和支撑支架可由200mm×200mm宽翼缘热轧H型钢制成，该H型钢价格便宜，从而降低了台架的造价，并且宽翼缘热轧H型钢其抗拉、抗弯、抗压强度为200N/mm²，其抗剪强度为115N/mm²，其端面承压强度为325N/mm²，屈服强度Fy为235N/mm²，完全能够满足标定时的强度要求。

在本实施例中，连接支架1可为1M连接支架，即长度为1000mm的支架，辅助连接支架可为0.5M连接支架，即长度为500mm的支架，支撑支架可为1M支撑支架，即长度为1000mm的支架。

图2(a)至2(d)为本实施例的实验装置使用的连接支架的结构示意图，其中，图2(a)为连接支架1的立体示意图，图2(b)为连接支架1的主视图，图2(c)为图2(b)A-A方向观测的示意图，图2(d)为连接支架1的侧视图。如图2(a)至2(d)所示，本实施例的连接支架1为长方形框架结构，长度为1000mm，宽度和高度为200mm，包括左侧板、右侧板、顶板、底板以及间隔设置并连接所述顶板和所述底板的多个隔板，所述顶板和所述底板上均匀设置有若干个圆形孔，所述左侧板和所述右侧板上设置有长条形开孔。圆形孔和长条形开孔均用于连接螺栓，固定用，长条形开相比于圆形孔更容易实现定位。在一个示例中，顶板和底板上均匀开设两排圆孔，每排圆孔数可为20个，相邻两个圆孔之间的距离可为50mm，圆形孔的直径可为17mm，孔距可为50mm，左侧板和右侧板上可设置两排共4个长条形开孔，长条形开孔可由一个尺寸为17mm×74mm的长方形连通两个直径为17mm的半圆形成，如图2(d)所示。隔板的个数可为3。圆孔、长条形开孔和隔板的具体布置方式可如图2(b)和2(c)所示。

图3(a)至3(d)为本实施例的实验装置使用的辅助连接支架的结构示意图，其中，图3(a)为连接支架的立体示意图，图3(b)为辅助连接支架的主视图，图3(c)为图3(b)A-A方向观测的示意图，图3(d)为辅助连接支架的侧视图。如图3(a)至3(d)所示，本实施例的辅助连接支架为与连接支架相类似的长方形框架结构，长度为500mm，宽度和高度为200mm，包括左侧板、右侧板、顶板、底板以及间隔设置并连接所述顶板和所述底板隔板，所述顶板和所述底板上均匀设置有若干个圆形孔，所述左侧板和所述右侧板上设置有长条形开孔。圆形孔和长条形开孔均用于连接螺栓，固定用，长条形开相比于圆形孔更容易实现定位。在一个示例中，顶板和底板上均匀开设两排圆孔，每排圆孔数可为10个，相邻两个圆孔之间的距离可为50mm，圆形孔的直径可为17mm，孔距可为50mm，左侧板和右侧板上可设置两排共4个长条形开孔，长条形开孔可由一个尺寸为17mm×74mm的长方形连通两个直径为17mm的半圆形成，如图3(d)所示。隔板的个数可为1，圆孔、长条形开孔和隔板的具体布置方式可如图3(b)和3(c)所示。

图4(a)至4(c)为本实施例的实验装置使用的垂向支撑接支架的结构示意图，其中，图4(a)为支撑支架的主视图，图4(b)为图4(a)A-A方向观测的示意图，图4(c)为支撑支架的底板的结构示意图。本实施例中的垂向支撑支架2包括顶板、底板、左侧板和右侧板以及间隔设置并连接所述左侧板和所述右侧板的多个隔板，所述顶板和所述底板平行设置，且分别与所述左侧板和所述右侧板连接，所述底板的尺寸大于所述顶板的尺寸，左侧板和右侧板上设置有若干个圆形孔，顶板和底板上设置有长条形开孔。圆形孔和长条形开孔均用于连接螺栓，固定用，长条形开相比于圆形孔更容易实现定位。在一个示例中，左侧板和右侧板上均匀开设两排圆孔，每排圆孔数可为20个，相邻两个圆孔之间的距离可为50mm，圆形孔的直径可为17mm，孔距可为50mm，顶板和底板上可设置两排共4个长条形开孔，长条形开孔可由一个尺寸为17mm×74mm的长方形连通两个直径为17mm的半圆形成，如图4(c)所示。隔板的个数可为3，圆孔、长条形开孔和隔板的具体布置方式可如图4(a)和4(b)所示。

实施例二：弯矩和扭矩联合标定台架

如图5(a)所示，本实施例提供的实验装置包括由两个连接支架12、四个垂向支撑支架13和四个侧向支撑支架11连接形成的台架以及按照预定连接关系连接的加力臂8、加力器、力传感器、设置有应变片传感器10的测试部件9，整个实验装置用于对测试部件9的弯矩和扭矩进行测试，本实施例的实验装置的整体结构可如图5(b)所示。在本实施例中，加力连接构件实现为加力臂8的形式，测试部件9可为车桥。

具体地，如图5(a)所示，所述四个垂向支撑支架13固定在支撑底板上，所述两个连接支架12通过螺栓连接在所述垂向支撑支架13的上表面上，所述侧向支撑支架11的上端与所述垂向支撑支架13的侧面通过螺栓连接，下端与所述支撑底板固定连接；设置有所述应变片传感器10的测试部件9固定在所述台架上。所述加力臂8连接在所述测试部件9的一端，所述加力臂8的两端形成有第一连接孔14和第二连接孔17；所述加力器包括第一加力器15和第二加力器18，所述力传感器包括第一力传感器16和第二力传感器19，所述第一加力器15的上端与所述第一连接孔14连接，所述第一加力器15的下端与所述第一力传感器16的一端连接，所述第一力传感器16的另一端固定在所述支撑底板上；所述第二加力器18的上端与所述第二连接孔17连接，所述第二加力器18的下端与所述第二力传感器19的一端连接，所述第二力传感器19的另一端固定在所述支撑底板上。在进行测试时，通过加力器18完成对试件进行扭矩的加载工作，通过力传感器对数据进行采集，得到测试部件因受力引起的应变(微小变形)与力的曲线即弯矩和扭矩与应变的标定曲线，进而得到测试部件真实工作状态下的受力情况。

在本实施例中，支撑底板、连接支架和垂向支撑支架可与前述实施例相同，为简便起见，在此避免对它们的重复介绍，不同的是，本实施例的台架还包括了侧向支撑支架。

在本实施例中，侧向支撑支架也可由200mm×200mm宽翼缘热轧H型钢制成。图6(a)至6(e)为本实施例的实验装置使用的侧向支撑支架的结构示意图，其中，图6(a)为本实施例的侧向支撑支架的立体示意图，图6(b)为侧向支撑支架的主视图，图6(c)为图6(b)A-A方向观测的视图，图6(d)为图6(b)B-B方向观测的视图，图6(e)为支撑支架的左视图。

如图6(a)至6(e)所示，所述侧向支撑支架11为梯形框架结构，具体尺寸可参见6(b)至6(e)，包括顶板、底板、左侧板和右侧板，所述顶板和所述底板平行设置且分别与所述左侧板和所述右侧板连接，所述左侧板与所述底板形成的夹角大于所述右侧板与所述底板形成的夹角，所述右侧板上形成有长条形开孔，用于从开孔之间连接螺栓，实现固定。在一个示例中，所述左侧板与所述底板形成的夹角为50°，所述右侧板与所述底板形成的夹角为30°，长条形开孔的个数为2，开孔的具体尺寸如图6(c)所示。

以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。