高低温扭转试验机详细介绍

一、概述

高低温扭转试验机是卧式伺服扭转主机 + 可编程高低温恒温箱一体化微机测控设备，用于在预设高温、低温环境下，对材料 / 零部件施加扭转载荷，模拟产品在温度工况下的剪切扭转力学行为，获得材料在温度场下的扭转性能参数，广泛用于材料研发、来料检验、型式试验，上海倾技 QJNZ 为该系列典型机型。

区别于常温扭转试验机：试样整体置于温控箱内部，不是常温测完再修正；适合评估低温变硬、高温软化带来的抗扭性能变化。

二、整机结构组成

1. 卧式伺服扭转主机 伺服电机 + 精密减速机、扭矩传感器、光电角度编码器、滑动导轨、左右卡盘夹具；一端固定、一端旋转加载，主机为卧式布局，方便高低温箱体集成。

2. 高低温恒温箱体 压缩机制冷 + 电加热、循环风道、保温层、观察窗；转轴处采用动密封、防结露结构，防止低温凝露进入主机影响扭矩传感器精度。

3. 微机测控系统 计算机 + 专用试验软件，支持扭矩、扭角、扭转速度三闭环控制，实时采集、绘制曲线，自动计算力学指标。

4. 专用夹具工装 圆棒卡盘、螺钉专用夹具、橡胶试样夹具、复合材料芯轴工装；可更换，保证试样同轴夹持。

5. 选配模块 循环扭转疲劳模块、小角度引伸装置（用于切变模量精准测试）。

三、工作原理

1. 装样与密封：将试样装夹在左右卡盘，关闭箱门，检查密封；

2. 控温保温：软件设定目标温度，升降温至设定值，保温足够时长，保证试样芯部温度均匀（厚试样保温时间需要延长）；

3. 参数设定：设置扭转速度、终止条件（试样断裂 / 最大扭矩 / 最大扭角），清零扭矩、扭角零点；

4. 伺服扭转加载：伺服驱动主动卡盘匀速旋转，试样承受纯扭剪切载荷；

5. 信号采集：扭矩传感器采集实时扭矩，光电编码器采集扭转角；信号实时传回计算机；

6. 数据处理：软件自动绘制扭矩 — 扭角、扭矩 — 时间曲线；试样断裂后设备自动停机；软件自动计算扭转强度、剪切模量、屈服扭矩等参数，保存曲线，导出 PDF/Excel 报告。

核心要点：低温试验容易在转轴位置结霜凝露，会造成扭矩零点漂移，设备带转轴防凝露加热保护。试样不同轴会引入附加弯矩，导致试验数据失真。

四、核心技术参数（标准 0.5 级机型）

1. 扭矩量程：5N・m、20N・m、100N・m、500N・m、1000N・m、5000N・m，最大可定制至 10000N・m；

2. 扭矩精度等级：0.5 级（科研 / CNAS 实验室），扭矩示值误差≤±0.5% FS；扭矩分辨率 1/350000，全程不分档；

3. 扭角参数：测量范围 0～±100000°，扭角分辨率 0.001°；

4. 扭转速度：0.001～1000 °/min 无级可调，速度精度 ±0.2%；

5. 温度区间：常规 -70℃ ~ +150℃；高温定制款可达 + 300℃；

6. 夹头间距：可调节，最大可达 1500mm，适配长试样；

7. 控制模式：恒角度速率、恒扭矩控制；选配疲劳模块可做循环扭转。

五、可测试指标

静态扭转：最大扭矩、扭转强度、屈服扭矩、非比例扭转应力 τp、剪切弹性模量 G、断裂扭转角、扭转刚度；

循环扭转（选配疲劳模块）：循环扭矩、滞后环、低周疲劳寿命。

六、适用试样与应用领域

1. 金属材料：棒材、线材、合金轴、骨科接骨螺钉、紧固件；高低温下抗扭破坏、屈服性能；

2. 橡胶高分子材料：橡胶密封件、胶管，执行 GB/T6036 格尔曼低温扭转试验，测试低温刚性；塑料样条扭转刚性；

3. 复合材料：玻纤、碳纤杆、复合材料传动轴；

4. 零部件：汽车扭力轴、小型转轴、连接器构件；

5. 应用行业：汽车零部件、航空航天、橡塑密封、医疗器械、高校材料学院、第三方检测机构。

七、执行标准

GB/T 10128 金属材料 室温扭转试验方法（高低温拓展）

GBT 6036 硫化橡胶低温刚性测定（Gehman 格尔曼扭转）

GB/T 15047 塑料扭转刚性试验

JJG 269 扭转试验机检定规程

ASTM A938、ASTM F543（骨科螺钉）、ISO 262

八、标准试验操作流程

1. 试验前准备：检查设备、高低温箱密封、急停功能；选择匹配量程扭矩传感器与工装；

2. 装夹试样：安装试样，校正同轴度，关闭箱门；

3. 温控设置：设定目标温度，启动升降温，待温度稳定后保温；金属试样常规保温 30~60min，厚试样≥90min；

4. 试验参数设置：设置扭转速度、停机条件，扭矩、扭角清零；

5. 启动试验：开始扭转加载，实时观察曲线；试样断裂自动停机；

6. 取样：先停止试验，待箱内温度接近室温，再开门取出试样；

7. 数据保存：保存曲线，导出试验报告；清理夹具；

8. 关机维护：关闭温控、主机、电脑电源。

九、试验难点与常见故障

1. 扭矩零点漂移：温度梯度、转轴结露、保温时间不足；低温试验必须充分除霜；

2. 曲线波动：试样夹持不同轴、夹具打滑、箱内气流扰动；

3. 扭角误差：编码器受温度影响、传动间隙；

4. 降温缓慢：箱门密封老化、保温层破损；

5. 试样夹持打滑：卡盘磨损，需要定期检查卡爪。

十、设备特点

1. 卧式结构，试样置于恒温箱内，温度均匀性好；

2. 伺服闭环驱动，低速平稳，适合小角度弹性模量测试；

3. 全程不分档扭矩采集，小扭矩测量精度高；

4. 软件支持多组试样批量试验，曲线回放、局部放大；

5. 多重保护：过载保护、超角度保护、急停保护；

6. 丰富工装可选，覆盖棒材、螺钉、橡胶、复合材料试样。

十一、与其他力学试验机横向对比

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