拉力機是生產制造業，實驗室，大專院校等各行各業中使用較為廣泛的力學檢測設備，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，而供應商提供的拉力機也是五花八門，參數多如牛毛，常常使拉力機外行人員一頭霧水，本文僅根據作者的實際工作經歷做一些分享，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，設備越大價格也越貴。所以選拉力機時并不是越大越好。根據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,那么我們客戶應該選擇多大試驗力的拉力機??

首先，我們需要做的是，確認試驗工件試樣的規格。

假設我們準備預估，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相當于314000N(31400*9.8N)?

4、3>314000N=314KN?

5、4>314KN相當于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線間的伸長量。

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

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

因此標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果。

對于塑料薄膜，標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線之內，凡是在兩夾具之間的試樣都會得到不同程度的拉伸變形。

標準中與標線距離相對應的夾具間的初始距離在80～115mm以內，如果兩夾具間的試樣都能保持同樣的伸長率并假設為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據的精度也可延長試驗機使用壽命。如果用戶測試產品比較多、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、數顯式是就是拉力機自帶小型屏幕顯示數據，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。電腦內會配備拉力機專用軟件系統，可以進行復雜的數據分析，數據編輯，局部放大，可調整數據報告

形式。進行成組式數據統計分析。試驗結果輸出結果可任意設置：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。試驗結果輸出結果可任意設置：最大力值、伸長率，抗拉強。 　　

3、拉力機的專用軟件系統

1）好的拉力機軟件可以配合多種測試條件，標準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準供用戶調用，范圍涵蓋GB、ASTM、DIN、JIS、BS…等幾乎所有測試標準。

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、定應力、定應力速率、定應變、定應變速率等各種控制模式，可實現復雜的多步嵌套循環控制.可設置自動返回、自動判斷斷裂、自動歸零等功能。 　　

3）拉力機強大的數據分析統計和曲線圖形分析輔助工具，具備放大、縮小、平移、十字光標、取點等功能。多次歷史測試數據可調入圖形同時顯示做對比分析。多達7個區間設置、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、標準差、總體標準差、CPK值等多種統計功能。 　　

4）完全開放的測試結果編輯方法，用戶可得到任何想要的測試結果。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、環剛度、非比例延伸率、區間最小力、區間平均力、定伸長取力、定力量取伸長等多達400多個計算結果均由計算機自動算出，供用戶選擇調用。 　　

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。權限管理系統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限級別,沒被授權的操作人員無法觸及沒被授權的模塊,軟件操作更加安全可靠。 全數字化的校準系統，校準過程簡單高效，校準數據上下位機雙重保護。 測試數據管理簡單直觀高效：單次測試數據以Windows標準的文檔形式存儲，自由設置儲存路徑和文件名。避免了傳統測控軟件以數據庫格式儲存測試數據時數據庫文件會越來越大而導致軟件運行越來越慢的缺點。只要您的硬盤足夠大，測試數據可以無限量保存。

四、拉力機的主要機械配置

拉力機關鍵配置：動力系統，傳動，絲杠，傳感器。

1、拉力機動力系統-電機

從事拉力機生產的制造商都知道，它的動力來源于電機。通過電機的轉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是采用伺服電機好還是步進電機更優呢？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電機,是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件，在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖個數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機安設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到高速運轉的目的。

雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。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知識。

2）伺服電機在自動控制系統中，用作執行元件，把收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）也就是說伺服電機本身具備發出脈沖的功能，它每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，這樣伺服驅動器和伺服電機編碼器的脈沖形成了呼應，所以它是閉環控制，而步進電機正好相反是開環控制。

　　伺服電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩定。控制復雜，容易實現智能化，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，可用于各種環境。

　　通過對這兩款電機工作原理的分析，它們都各有各的優點。步進電機工作穩定性高、測量數據準確、小轉矩下定位精度高價格便宜，伺服電機可以在大轉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，優點：測試精度，可重復性高，缺點：價格昂貴，導致拉力機整機成本偏高;

②齒條傳動，優點：價格便宜，可降低拉力機成本，缺點：測試精度低，可重復性較差。

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，優點：測試精確度最高;缺點：性能受制于電腦伺服系統，整套儀器價格偏高。

③梯形絲杠，優點：達到一般要求精度(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，優點：可以達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換成電信號。

①彈簧傳感型式，優缺點：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，優點：可數字顯示，電腦顯示，測試精度較高缺點：材料結構單薄，承受拉壓力在100KN以下;

③輪幅式傳感器，通過權型數字電路，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，優點測量量程大，量程小反而不準確。

4）減速機

拉力機傳動系統有的采用減速機，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到一定的減速目的，再采用多級這樣的結構，就可以大大降低轉速了。

拉力機中的減速機一般用于地轉速大扭矩的傳動設備，把電動機、內燃機或其它高速運轉的動力通過減速機的輸入軸上的齒數少的齒輪嚙合輸出軸上得打齒輪來達到減速的目的，普通的減速機也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果，大小齒輪的齒數之比，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換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。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，現已越來越廣泛地應用于各種工業體系中的視點、長度測驗和定位操控。若是要丈量旋轉超越360度規模，就要用到多圈肯定式編碼器。

拉力機上面的旋轉編碼器它的測驗精度高，從復性能好，壽命長經用，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，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、數據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試難度。

拉力機的編碼器原理：

編碼器生產廠家運用掛鐘齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，經過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪，多組碼盤)，在單圈編碼的基礎上再添加圈數的編碼，以擴展編碼器的丈量規模，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，而無需回憶。   

五、拉力機可做的實驗項目。

一般客戶，購買一臺設備，通常都希望拉力機一機多用，即在配備不同夾具的基礎上，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（有的達到二十五萬分之一）還可以測試摩擦系數。

六、拉力機的試驗速度：

市面設備有的在10~500 mm/min，前者一般使用普通梯形絲桿加調速電機或變頻調速系統，成本較低，磨損較大。時間長了，試驗多了會產生中聯板搖動，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，使用伺服系統加配滾珠絲杠的，精度高，速度恒速穩定，磨損小，耐久性較好。測出來的試驗重復性也好。

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，可以大大提高測試效率，當然，1000mm/min的高速度同樣對機械結構的性能提出了高的要求。

標準都有規定試驗條件，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。如各類生產設備機械手都用的伺服系統，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，出去的產品經過測試，心里就有底氣，價格相應的也會賣的高些，客戶也容易接受。所以配伺服系統滾珠絲杠完全可以滿足用戶要求。當然測試的不多，力量不大的選普通梯形絲桿加調速電機或變頻調速系統較為經濟實用。

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

而對于科學研究和專業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。隨著傳感器技術的發展，傳感器元件的線性度已經達到很高的水準，只要測量電路沒有缺陷，抗干擾性能足夠穩定，廠家在生產工藝及技術上嚴格參考試驗機制造標準，基本都能達到0.5級標準。

八、拉力機的同步性能：

 試驗機采集的數據是在同一時刻的荷載和變形數據，如果二者不同步就會出現荷載朝前于變形或者變形朝前于荷載的現象，對于在進回程測量彈性材料時會出現同一個荷載對應兩個變形以及進回程曲線不重合的現象。