拉力機是生產(chǎn)制造業(yè)，實驗室，大專院校等各行各業(yè)中使用較為廣泛的力學(xué)檢測設(shè)備，通常用于對材料進行靜載、拉伸、緊縮、曲折、剪切、剝離等力學(xué)性能試驗。拉力機購買者常常需要面臨各種各樣不同需求的拉力機選型問題，而供應(yīng)商提供的拉力機也是五花八門，參數(shù)多如牛毛，常常使拉力機外行人員一頭霧水，本文僅根據(jù)作者的實際工作經(jīng)歷做一些分享，望能夠給需要者提供一些幫助。

一、拉力機的試驗力的選擇

拉力機載荷越大機臺體積也大，設(shè)備越大價格也越貴。所以選拉力機時并不是越大越好。根據(jù)測試材料試驗力范圍，選擇合適的試驗力。

拉伸強度的單位是kg/mm2（kgf/mm^2）

1kgf/mm^2=9.8MPa

kgf（千克力）

在拉力機試驗中經(jīng)常碰到的提到的MPa?，假如:我的材料抗拉強度是1000MPA,那么我們客戶應(yīng)該選擇多大試驗力的拉力機??

首先，我們需要做的是，確認(rèn)試驗工件試樣的規(guī)格。

假設(shè)我們準(zhǔn)備預(yù)估，20mm直徑的金屬棒料，計算下大概所需試驗力。

1、20mm直徑的棒料截面積為3.14*(20/2)*(20/2)=314mm2

2、1>100kgf/mm2(1000mpa)*314mm2(20mm直徑的棒料截面積)=31400kgf/314mm2,?

3、2>31400kgf相當(dāng)于314000N(31400*9.8N)?

4、3>314000N=314KN?

5、4>314KN相當(dāng)于31.4噸的實驗力

6、我們計算得出抗拉伸強度為1000mpa,直徑為20mm的棒料,大概需要31.4噸的試驗力才能拉斷。?

補充簡易算法:?1000(mpa)*314(mm2)=314000(N)?314000N=314KN?314KN相當(dāng)于31.4噸實驗力

二、拉力機的有效量程

在進行拉伸試驗時，所用試樣的尺寸雖然小，但材料的伸長率普遍比較高，因此用于某些材料的拉伸性能需要配備行程較大的拉力機，否則夾具運行可能會超過行程的使用極限、造成設(shè)備的損壞。

需要注意的是在伸長率的計算中，我們僅采集試樣上兩條標(biāo)線間的伸長量。

標(biāo)線是通過打印或手工的方式畫在制取完成的試樣上的（標(biāo)線的添加應(yīng)對試樣不產(chǎn)生任何影響），而標(biāo)線間的距離是多少呢？

不同的標(biāo)準(zhǔn)給出的這一距離大多存在一定的差異，而同一標(biāo)準(zhǔn)中也是往往針對不同的材料給出不同的試樣尺寸，

因此標(biāo)線之間的距離也是不同的，不過這樣有利于檢測伸長率非常大或非常小的材料并得到精確的試驗結(jié)果。

對于塑料薄膜，標(biāo)線之間的距離通常是在25～50mm之間。

由于試樣在拉伸試驗中變形伸長不僅僅是在標(biāo)線之內(nèi)，凡是在兩夾具之間的試樣都會得到不同程度的拉伸變形。

標(biāo)準(zhǔn)中與標(biāo)線距離相對應(yīng)的夾具間的初始距離在80～115mm以內(nèi)，如果兩夾具間的試樣都能保持同樣的伸長率并假設(shè)為500％，則拉力機的有效行程需在480～690mm，如果是伸長率為1000％的試樣，則拉力機的有效行程至少為880mm才能保證試驗的正常進行。

在選擇拉力機量程時用戶可根據(jù)試驗材料所需的最大荷載選擇合適的量程，一般建議使用量程為試驗機滿量程的10%-90%之間，這樣既保證了測試數(shù)據(jù)的精度也可延長試驗機使用壽命。如果用戶測試產(chǎn)品比較多、測量范圍跨度大，則可以考慮選配兩只傳感器。

三、拉力機的軟件配置

1、數(shù)顯式是就是拉力機自帶小型屏幕顯示數(shù)據(jù)，然后自帶微型打印機。

2、微電腦式拉力機，配有電腦主機，顯示屏，高檔打印機。

也就是就是我們常說的電子式拉力機。電腦內(nèi)會配備拉力機專用軟件系統(tǒng)，可以進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)編輯，局部放大，可調(diào)整數(shù)據(jù)報告

形式。進行成組式數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。試驗結(jié)果輸出結(jié)果可任意設(shè)置：最大力值、伸長率，抗拉強度、定力伸長、定伸長力值、屈服強度，彈性模量、最大試驗力很多項目。試驗結(jié)果輸出結(jié)果可任意設(shè)置：最大力值、伸長率，抗拉強。 　　

3、拉力機的專用軟件系統(tǒng)

1）好的拉力機軟件可以配合多種測試條件，標(biāo)準(zhǔn)化的測試過程控制和報表輸出模版，使可以定義任意多個測試標(biāo)準(zhǔn)供用戶調(diào)用，范圍涵蓋GB、ASTM、DIN、JIS、BS…等幾乎所有測試標(biāo)準(zhǔn)。

2）靈活強大的測試方法自定義方式,具備定速速、定位移、定力量、定力量速率、定應(yīng)力、定應(yīng)力速率、定應(yīng)變、定應(yīng)變速率等各種控制模式，可實現(xiàn)復(fù)雜的多步嵌套循環(huán)控制.可設(shè)置自動返回、自動判斷斷裂、自動歸零等功能。 　　

3）拉力機強大的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計和曲線圖形分析輔助工具，具備放大、縮小、平移、十字光標(biāo)、取點等功能。多次歷史測試數(shù)據(jù)可調(diào)入圖形同時顯示做對比分析。多達(dá)7個區(qū)間設(shè)置、30個手動取點、60個自動取點功能。具備最大值、最小值、平均值、去高低平均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、總體標(biāo)準(zhǔn)差、CPK值等多種統(tǒng)計功能。 　　

4）完全開放的測試結(jié)果編輯方法，用戶可得到任何想要的測試結(jié)果。最大力、斷裂力、剝離力、拉伸強度、剪切強度、撕裂強度、最大變形、屈服力、伸長率、彈性模量、環(huán)剛度、非比例延伸率、區(qū)間最小力、區(qū)間平均力、定伸長取力、定力量取伸長等多達(dá)400多個計算結(jié)果均由計算機自動算出，供用戶選擇調(diào)用。 　　

5）Microsoft Word報表格式，簡單易用，只要您會使用Word，就可編輯出您想要的精美報表。權(quán)限管理系統(tǒng)使您可以鎖定軟件的任意功能模塊,將軟件操作分為多個權(quán)限級別,沒被授權(quán)的操作人員無法觸及沒被授權(quán)的模塊,軟件操作更加安全可靠。 全數(shù)字化的校準(zhǔn)系統(tǒng)，校準(zhǔn)過程簡單高效，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)上下位機雙重保護。 測試數(shù)據(jù)管理簡單直觀高效：單次測試數(shù)據(jù)以Windows標(biāo)準(zhǔn)的文檔形式存儲，自由設(shè)置儲存路徑和文件名。避免了傳統(tǒng)測控軟件以數(shù)據(jù)庫格式儲存測試數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)庫文件會越來越大而導(dǎo)致軟件運行越來越慢的缺點。只要您的硬盤足夠大，測試數(shù)據(jù)可以無限量保存。

四、拉力機的主要機械配置

拉力機關(guān)鍵配置：動力系統(tǒng)，傳動，絲杠，傳感器。

1、拉力機動力系統(tǒng)-電機

從事拉力機生產(chǎn)的制造商都知道，它的動力來源于電機。通過電機的轉(zhuǎn)動來控制橫梁上夾具的上升、下降及停止，夾具運動方向的不同我們就可以對材料做拉伸、壓縮等物理性能試驗。

目前，市場上常用的電機種類有兩種：一個是伺服電機、另一個是步進電機。那么在作為拉力機的動力系統(tǒng)是采用伺服電機好還是步進電機更優(yōu)呢？在回答這個問題之前我們先來了解了解這兩款類型電機的工作原理及特點：

1）步進電機是一種感應(yīng)電機,是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖個數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機安設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到高速運轉(zhuǎn)的目的。

雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。

2）伺服電機在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把收到的電信號轉(zhuǎn)換成電機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）也就是說伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，它每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣伺服驅(qū)動器和伺服電機編碼器的脈沖形成了呼應(yīng)，所以它是閉環(huán)控制，而步進電機正好相反是開環(huán)控制。

　　伺服電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。

　　通過對這兩款電機工作原理的分析，它們都各有各的優(yōu)點。步進電機工作穩(wěn)定性高、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、小轉(zhuǎn)矩下定位精度高價格便宜，伺服電機可以在大轉(zhuǎn)矩下還能保持定位精度高的特性但是價格相對于前者比較貴。

2、拉力機的精度其實主要取決于控制部分的準(zhǔn)確性、傳動部分的精確性、以及傳感器的靈敏性。

1）傳動分類比較：

①絲杠傳動，優(yōu)點：測試精度，可重復(fù)性高，缺點：價格昂貴，導(dǎo)致拉力機整機成本偏高;

②齒條傳動，優(yōu)點：價格便宜，可降低拉力機成本，缺點：測試精度低，可重復(fù)性較差。

2）絲杠的分類比較：

①拉力機的絲杠，對拉力精度測量具有決定作用。

②滾珠絲杠，優(yōu)點：測試精確度最高;缺點：性能受制于電腦伺服系統(tǒng)，整套儀器價格偏高。

③梯形絲杠，優(yōu)點：達(dá)到一般要求精度(0.5-1%)，價格相對便宜;缺點：不適用測試精度要求高的測試。

④一般絲杠，優(yōu)點：可以達(dá)到軟包裝所要求的精度;缺點：不適用測試精度要求高的測試。

3）傳感器可按以下分類：

拉力機的傳感器，傳感器能把被測拉力物理量轉(zhuǎn)換成電信號。

①彈簧傳感型式，優(yōu)缺點：測試傳感方式粗糙，測試精度不高，價格相對低廉;

②“S”型電子傳感器，優(yōu)點：可數(shù)字顯示，電腦顯示，測試精度較高缺點：材料結(jié)構(gòu)單薄，承受拉壓力在100KN以下;

③輪幅式傳感器，通過權(quán)型數(shù)字電路，抓取材料受力變形后引起電阻線性變化而引起的電壓變化，可承受較大的拉壓力;

④液壓傳感器，優(yōu)點測量量程大，量程小反而不準(zhǔn)確。

4）減速機

拉力機傳動系統(tǒng)有的采用減速機，有的采用普通皮帶，這兩種傳動方式的主要弊端：前種需要定期加潤滑油，后種則保證不了傳動的同步性影響試驗結(jié)果。

拉力機減速機的作用：

①降速的同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但注意不能超出減速機額定扭矩。

②減速同時降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方，一般電機都有一個慣量數(shù)值。減速機的種類一般的減速機有斜齒輪減速機(包括平行軸斜齒輪減速機、行星齒輪減速機、擺線針輪減速機、渦輪蝸桿減速機、行星摩擦式機械無極變速機等

拉力機減速機的原理：

減速機的原理很簡單，就是利用各級齒輪傳動來達(dá)到降速的目的，減速器就是由各級齒輪副組成的，比如用小齒輪帶動大齒輪就能達(dá)到一定的減速目的，再采用多級這樣的結(jié)構(gòu)，就可以大大降低轉(zhuǎn)速了。

拉力機中的減速機一般用于地轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設(shè)備，把電動機、內(nèi)燃機或其它高速運轉(zhuǎn)的動力通過減速機的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上得打齒輪來達(dá)到減速的目的，普通的減速機也會有幾對相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比。

3、拉力機的編碼器

什么是拉力機的光電編碼器，它是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。

拉力機的光電編碼器功能：

1、檢測拉力機橫梁位移量

2、測量試樣的變形量

拉力機的編碼器特點：

光電編碼器，因其每一個方位肯定僅有、抗攪擾、無需掉電回憶，現(xiàn)已越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)體系中的視點、長度測驗和定位操控。若是要丈量旋轉(zhuǎn)超越360度規(guī)模，就要用到多圈肯定式編碼器。

拉力機上面的旋轉(zhuǎn)編碼器它的測驗精度高，從復(fù)性能好，壽命長經(jīng)用，360度無任何攪擾信號定的每個方位的僅有性，它無需回憶，無需找參考點，并且不必一向計數(shù)，什么時候需求曉得方位，什么時候就去讀取它的方位。

編碼器的抗攪擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。多圈編碼器另一個長處是因為丈量規(guī)模大，實際使用往往殷實較多，這樣在裝置時不必要費力找零點，將某一中心方位作為起始點就可以了，而大大簡化了裝置調(diào)試難度。

拉力機的編碼器原理：

編碼器生產(chǎn)廠家運用掛鐘齒輪機械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪，多組碼盤)，在單圈編碼的基礎(chǔ)上再添加圈數(shù)的編碼，以擴展編碼器的丈量規(guī)模，這樣的肯定編碼器就稱為多圈式肯定編碼器，它同樣是由機械方位斷定編碼，每個方位編碼僅有不重復(fù)，而無需回憶。   

五、拉力機可做的實驗項目。

一般客戶，購買一臺設(shè)備，通常都希望拉力機一機多用，即在配備不同夾具的基礎(chǔ)上，可做拉伸、壓縮、彎曲、撕裂、剪切、180度剝離、90度剝離試驗。市面上有一些高檔拉力機除以上項目外，因其傳感器精度高（有的達(dá)到二十五萬分之一）還可以測試摩擦系數(shù)。

六、拉力機的試驗速度：

市面設(shè)備有的在10~500 mm/min，前者一般使用普通梯形絲桿加調(diào)速電機或變頻調(diào)速系統(tǒng)，成本較低，磨損較大。時間長了，試驗多了會產(chǎn)生中聯(lián)板搖動，影響測試精度，而且時間用不久，機器噪音較大，容易壞。

有的在0.01~500 mm/min，使用伺服系統(tǒng)加配滾珠絲杠的，精度高，速度恒速穩(wěn)定，磨損小，耐久性較好。測出來的試驗重復(fù)性也好。

國外拉力機的速度范圍一般都是0.01-1000mm/min，1000mm/min的速度主要用于拉力機在一組試驗結(jié)束后的自動回位，對于延伸大或試驗行程大的測試考慮到這個參數(shù)，可以大大提高測試效率，當(dāng)然，1000mm/min的高速度同樣對機械結(jié)構(gòu)的性能提出了高的要求。

標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定試驗條件，什么材料多少速度，因為速度不一樣測出來的力值也不一樣。如各類生產(chǎn)設(shè)備機械手都用的伺服系統(tǒng)，有機會的話可以去汽車廠去看看，汽車零件每個位置是分毫不差。想一下這樣的機器放到自己工廠可以多放心，出去的產(chǎn)品經(jīng)過測試，心里就有底氣，價格相應(yīng)的也會賣的高些，客戶也容易接受。所以配伺服系統(tǒng)滾珠絲杠完全可以滿足用戶要求。當(dāng)然測試的不多，力量不大的選普通梯形絲桿加調(diào)速電機或變頻調(diào)速系統(tǒng)較為經(jīng)濟實用。

七、拉力機的精度等級：

精度:指的是拉力機的顯示值和真實值之間的偏差。

通常：1級精度指偏差±1% ，0.5級精度指偏差±0.5%，越靠近滿量程測量，相對誤差越小。

目前國內(nèi)市場上拉力機普遍使用1級和0.5級兩種，

對于一般的材料試驗選擇1級完全足夠

而對于科學(xué)研究和專業(yè)的材料分析單位則可以選擇0.5級。

試驗機精度0.5級和1級在技術(shù)上并無明顯差別，校驗的方法和手段也基本一致。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器元件的線性度已經(jīng)達(dá)到很高的水準(zhǔn)，只要測量電路沒有缺陷，抗干擾性能足夠穩(wěn)定，廠家在生產(chǎn)工藝及技術(shù)上嚴(yán)格參考試驗機制造標(biāo)準(zhǔn)，基本都能達(dá)到0.5級標(biāo)準(zhǔn)。

八、拉力機的同步性能：

 試驗機采集的數(shù)據(jù)是在同一時刻的荷載和變形數(shù)據(jù)，如果二者不同步就會出現(xiàn)荷載朝前于變形或者變形朝前于荷載的現(xiàn)象，對于在進回程測量彈性材料時會出現(xiàn)同一個荷載對應(yīng)兩個變形以及進回程曲線不重合的現(xiàn)象。