一種小型拉伸彎曲裝置製造方法

2023-05-08 15:33:41

一種小型拉伸彎曲裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種小型拉伸彎曲裝置，由彎曲加載機構、試件夾持機構、拉伸加載機構和彎曲位移測量裝置組成，拉伸加載機構通過電機驅動一級蝸輪蝸杆，再由雙向絲槓螺母副將彎曲轉化為直線運動將拉伸力加載在試件夾具的兩端端，進而將拉伸力加載至測試工件；在夾具一端安裝有拉壓傳感器，用於檢測測試工件承受的拉力。通過安裝在夾具下方的接觸式位移傳感器，可以隨時監測拉伸的位移；彎曲加載機構通過電機驅動蝸輪蝸杆，再由單向絲槓螺母副將彎曲轉化為直線運動，帶動安裝在絲槓螺母上的基座以及彎曲壓頭實現往復運動；通過安裝在基座上的接觸式位移傳感器檢測彎曲的位移；彎曲壓頭還安裝有微型拉壓傳感器，可以檢測彎曲時壓頭的受力。
【專利說明】一種小型拉伸彎曲裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種體積小、結構精巧的可用於材料微納米拉伸彎曲單一及複合力學 性能測試的裝置。通過本發明，可以在各類成像儀器的觀測下對試件進行原位拉伸和彎曲 測試，對材料的微觀變形和損傷過程進行原位觀察。本裝置將在材料科學、超加工、固體力 學等領域具有較好的應用前景。
【背景技術】
[0002]原位微納米力學測試技術是近幾年發展起來的前沿技術，受到各國政府和研究機 構的高度關注。微納米拉伸彎曲力學測試技術具有可以在各類成像儀器的觀測下對試件 進行原位拉伸、彎曲以及複合測試和對材料的微觀變形和損傷過程進行原位觀察的諸多優 勢。相比於傳統力學測試技術，微納米拉伸彎曲力學測試技術目前只被少數的研究人員所 掌握和使用，主要原因是該項技術需要在滿足高的測試精度的同時，保證測試儀器的小型 化以及與原位監測設備的兼容性。目前微納米彎曲力學測試主要集中在透射電子顯微鏡 (TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)中開展，兩者都具有非常有限的工作腔體，並且需要保證測 試裝置與工作腔體的電磁兼容性和真空兼容性，正是這些原因限制了微納米拉伸彎曲力學 測試技術的快速發展。總體來看，研究高精度、大測試範圍、低成本的微納米拉伸彎曲複合 力學測試裝置依然是具有挑戰性的工作，同時也是一項緊迫性的工作。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在於提供一種小型拉伸彎曲裝置，本發明體積小、結構精巧，是一種 可用於材料微納米拉伸彎曲單一以及複合力學性能測試。藉助本發明可以實現測試裝置 與電鏡工作腔體的電磁兼容性和真空兼容性，促進原位微納米拉伸彎曲力學測試技術的發展。
[0004]本發明是由彎曲加載機構、試件夾持機構、拉伸加載機構和彎曲位移測量裝置組 成，所述的彎曲加載機構是由第一電機、第一電機法蘭、第一聯軸器、第一蝸杆、第一蝸輪、 單向絲槓螺母副、第一絲槓支撐座、第四支座、第一拉壓力傳感器、彎曲壓頭組成，驅動第一 電機通過第一電機法蘭固定安裝在基座上，電機輸出軸與第一蝸杆通過第一聯軸器連接， 第一蝸杆與第一蝸輪形成一級減速和換向，第一蝸輪安裝在單向絲槓螺母副上，然後通過 第一絲槓支撐座安裝在基座上，單向絲槓螺母副將第一蝸輪的旋轉運動轉化為單向直線運 動，帶動安裝在其上面的第四支座做往復直線運動，第四支座下面安裝有第二導軌滑塊，並 通過支撐座與基座連接，第四支座上面安裝有第一拉壓力傳感器和彎曲壓頭，通過往復直 線運動，實現對試件的彎曲加載與卸載；
所述的拉伸加載機構是由第二電機、第二電機法蘭、第二聯軸器、第二蝸杆、第二蝸輪、 雙向絲槓螺母副、第二絲杆支撐座組成，驅動第二電機安裝在第二電機法蘭上，第二電機法 蘭用螺釘安裝在基座上，電機輸出軸與第二蝸杆軸通過第二聯軸器聯接。第二蝸杆通過第 二軸承支座用螺釘固定安裝基座，並與第二蝸輪形成一級減速和換向。第二蝸輪安裝在雙向絲槓螺母副上，雙向絲槓螺母副通過第二絲杆支撐座安裝在基座上，雙向絲槓螺母副將 第二蝸輪的旋轉運動轉化為同步雙向直線運動，進而帶動安裝在螺母副上面的第三支座和 第五支座實現同步雙向直線運動，第三支座和第五支座安裝在下面的兩個第一導軌滑塊 上，第一夾具和第二夾具分別固定安裝在第三支座和第五支座上，隨著做同步雙向直線運 動，從而對試件施加拉伸力，而且可以保證試件中心位置不動；
所述的試件夾持機構是由第一夾具和第二夾具、第二拉壓力傳感器組成，第一夾具用 螺釘安裝在第三支座上，用於壓緊試件，第二夾具連接有第二拉壓力傳感器，然後安裝在第 五支座上，第一夾具和第二夾具的下面安裝有第二位移傳感器和第二擋板，在實施拉伸加 載的過程中，通過第二拉壓力傳感器測量出試件受力的大小，通過第二位移傳感器測量出 試件拉伸的位移；
彎曲位移測量裝置為第一位移傳感器，彎曲位移的測量通過安裝基座上的第一位移傳 感器測量，第一位移傳感器自由端子與安裝在第四支座上的第一擋板接觸，當第一擋板隨 著第四支座往復運動的時候，自由端子也相應的做往復運動，就可以測量出彎曲加載的位 移量；彎曲加載的力值是通過安裝在第四支座上的第一拉壓力傳感器測量出來。
[0005]本發明的工作過程和原理是:
所述的拉伸加載機構安裝在基座上，通過一級蝸輪蝸杆減速以及雙向絲槓螺母副換 向，將拉伸加載在測試工件上；試件夾持機構包含第一夾具和第二夾具，第一夾具和第二夾 具分別安裝在第三支座和第五支座上面；彎曲加載機構安裝在基座上面，通過一級蝸輪蝸 杆減速以及單向絲槓螺母副換向，單向絲槓螺母副0將旋轉運動轉化為直線運動，驅動第 四支座進行直線運動，然後帶動第一拉壓力傳感器和彎曲壓頭進行彎曲加載運動。
[0006]本發明的有益效果:
1、體積小、結構緊湊，拉伸加載力、彎曲加載力以及加載行程大，運動比較穩定，可置於 掃描電鏡腔體中，實現原位狀態下對試件進行拉伸彎曲測量，與電鏡具有很好的兼容性。
[0007]2、可以在各類成像儀器的觀測下對試件進行原位拉伸彎曲單一以及複合力學測 試，對材料的微觀變形和損傷過程進行原位觀察，並可採集載荷/位移信號，從而揭示材料 在微納米尺度下的力學特性和損傷機理，推動新材料新工藝、材料科學、超加工、固體力學 等技術的發展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的主視圖。
[0009]圖2是本發明的的俯視圖。
[0010]圖3是本發明的的右視圖。
[0011]圖4是本發明的的後視圖。
[0012]圖中:1.第一電機,2.基座,3.第一電機法蘭,4.第一聯軸器,5.軸承第一支 座,6.第一蝸杆,7.第一蝸輪,8.絲槓螺母副,9.第一支座，10.第一位移傳感器,11.第一 擋板，12.第二電機，13.第二電機法蘭，14.第二聯軸器，15.第二軸承支座，16.第二蝸 杆，17.第二蝸輪，18.雙向絲槓螺母副，19.第二絲杆支撐座，20.支座-2，21.第一導軌滑 塊，22.第三支座，23.第二位移傳感器，24.第一夾具，25.第一絲槓支撐座，26.第四支座， 27.第一拉壓力傳感器，28.彎曲壓頭，29.第二夾具，30.第二拉壓力傳感器，31.第五支座，32.第二擋板，33.第二導軌滑塊，34.支撐座。
【具體實施方式】
[0013]請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明是由彎曲加載機構、試件夾持機構、拉 伸加載機構和彎曲位移測量裝置組成，所述的彎曲加載機構是由第一電機1、第一電機法蘭
3、第一聯軸器4、第一蝸杆6、第一蝸輪7、單向絲槓螺母副8、第一絲槓支撐座25、第四支座 26、第一拉壓力傳感器27、彎曲壓頭28組成,驅動第一電機I通過第一電機法蘭3固定安 裝在基座2上，電機輸出軸與第一蝸杆6通過第一聯軸器4連接,第一蝸杆6與第一蝸輪7 形成一級減速和換向，第一蝸輪7安裝在單向絲槓螺母副8上，然後通過第一絲槓支撐座25 安裝在基座2上，單向絲槓螺母副8將第一蝸輪7的旋轉運動轉化為單向直線運動，帶動安 裝在其上面的第四支座26做往復直線運動，第四支座26下面安裝有第二導軌滑塊33，並通 過支撐座34與基座2連接，第四支座26上面安裝有第一拉壓力傳感器27和彎曲壓頭28， 通過往復直線運動，實現對試件的彎曲加載與卸載；
所述的拉伸加載機構是由第二電機12、第二電機法蘭13、第二聯軸器14、第二蝸杆16、 第二蝸輪17、雙向絲槓螺母副18、第二絲杆支撐座19組成，驅動第二電機12安裝在第二電 機法蘭13上，第二電機法蘭13用螺釘安裝在基座2上，電機輸出軸與第二蝸杆軸16通過 第二聯軸器14聯接；第二蝸杆16通過第二軸承支座15用螺釘固定安裝基座2，並與第二 蝸輪17形成一級減速和換向。第二蝸輪17安裝在雙向絲槓螺母副18上，雙向絲槓螺母副 18通過第二絲杆支撐座19安裝在基座2上，雙向絲槓螺母副18將第二蝸輪17的旋轉運動 轉化為同步雙向直線運動，進而帶動安裝在螺母副上面的第三支座22和第五支座31實現 同步雙向直線運動，第三支座22和第五支座31安裝在下面的兩個第一導軌滑塊21上，第 一夾具24和第二夾具29分別固定安裝在第三支座22和第五支座31上，隨著做同步雙向 直線運動，從而對試件施加拉伸力，而且可以保證試件中心位置不動。
[0014]所述的試件夾持機構是由第一夾具24和第二夾具29、第二拉壓力傳感器30組成， 第一夾具24用螺釘安裝在第三支座22上，用於壓緊試件，第二夾具29連接有第二拉壓力 傳感器30，然後安裝在第五支座31上，第一夾具24和第二夾具29的下面安裝有第二位移 傳感器23和第二擋板32，在實施拉伸加載的過程中，通過第二拉壓力傳感器30測量出試件 受力的大小，通過第二位移傳感器23測量出試件拉伸的位移。
[0015]彎曲位移測量裝置為第一位移傳感器10，彎曲位移的測量通過安裝基座2上的第 一位移傳感器10測量,第一位移傳感器10自由端子與安裝在第四支座26上的第一擋板11 接觸，當第一擋板11隨著第四支座26往復運動的時候，自由端子也相應的做往復運動，就 可以測量出彎曲加載的位移量；彎曲加載的力值是通過安裝在第四支座26上的第一拉壓 力傳感器27測量出來。
[0016]本實施例的工作過程和原理是:
所述的拉伸加載機構安裝在基座21上，通過一級蝸輪蝸杆減速以及雙向絲槓螺母副 18換向，將拉伸加載在測試工件上；試件夾持機構包含第一夾具24和第二夾具29,第一夾 具24和第二夾具29分別安裝在第三支座22和第五支座31上面；彎曲加載機構安裝在基 座2上面，通過一級蝸輪蝸杆減速以及單向絲槓螺母副8換向，單向絲槓螺母副(8)將旋轉 運動轉化為直線運動，驅動第四支座26進行直線運動，然後帶動第一拉壓力傳感器27和彎曲壓頭28進行彎曲加載運動。
【權利要求】
1.一種小型拉伸彎曲裝置，其特徵在於:是由彎曲加載機構、試件夾持機構、拉伸加載機構和彎曲位移測量裝置組成，所述的彎曲加載機構是由第一電機(I)、第一電機法蘭(3)、第一聯軸器(4)、第一蝸杆(6)、第一蝸輪(7)、單向絲槓螺母副(8)、第一絲槓支撐座(25)、第四支座(26)、第一拉壓力傳感器(27)、彎曲壓頭(28)組成，驅動第一電機(I)通過第一電機法蘭(3)固定安裝在基座(2)上，電機輸出軸與第一蝸杆(6)通過第一聯軸器(4) 連接，第一蝸杆(6)與第一蝸輪(7)形成一級減速和換向，第一蝸輪(7)安裝在單向絲槓螺母副(8 )上，然後通過第一絲槓支撐座(25 )安裝在基座(2 )上，單向絲槓螺母副(8 )將第一蝸輪(7)的旋轉運動轉化為單向直線運動，帶動安裝在其上面的第四支座(26)做往復直線運動，第四支座(26 )下面安裝有第二導軌滑塊(33 )，並通過支撐座(34 )與基座(2 )連接，第四支座(26)上面安裝有第一拉壓力傳感器(27)和彎曲壓頭(28)，通過往復直線運動，實現對試件的彎曲加載與卸載；所述的拉伸加載機構是由第二電機(12)、第二電機法蘭(13)、第二聯軸器(14)、第二蝸杆(16)、第二蝸輪(17)、雙向絲槓螺母副(18)、第二絲杆支撐座(19)組成，驅動第二電機(12)安裝在第二電機法蘭(13)上，第二電機法蘭(13)用螺釘安裝在基座(2)上，電機輸出軸與第二蝸杆軸(16)通過第二聯軸器(14)聯接；第二蝸杆(16)通過第二軸承支座(15)用螺釘固定安裝基座(2)，並與第二蝸輪(17)形成一級減速和換向；第二蝸輪(17)安裝在雙向絲槓螺母副(18)上，雙向絲槓螺母副(18)通過第二絲杆支撐座(19)安裝在基座(2)上， 雙向絲槓螺母副(18)將第二蝸輪(17)的旋轉運動轉化為同步雙向直線運動，進而帶動安裝在螺母副上面的第三支座(22 )和第五支座(31)實現同步雙向直線運動，第三支座(22 ) 和第五支座(31)安裝在下面的兩個第一導軌滑塊(21)，第一夾具(24)和第二夾具(29)分別固定安裝在第三支座(22)和第五支座(31)上，隨著做同步雙向直線運動，從而對試件施加拉伸力，而且可以保證試件中心位置不動；所述的試件夾持機構是由第一夾具(24)和第二夾具(29)、第二拉壓力傳感器(30)組成，第一夾具(24)用螺釘安裝在第三支座(22)上，用於壓緊試件，第二夾具(29)連接有第二拉壓力傳感器(30)，然後安裝在第五支座(31)上，第一夾具(24)和第二夾具(29)的下面安裝有第二位移傳感器(23)和第二擋板(32)，在實施拉伸加載的過程中，通過第二拉壓力傳感器(30)測量出試件受力的大小，通過第二位移傳感器(23)測量出試件拉伸的位移；彎曲位移測量裝置為第一位 移傳感器(10)，彎曲位移的測量通過安裝基座(2)上的第一位移傳感器(10)測量,第一位移傳感器(10)自由端子與安裝在第四支座(26)上的第一擋板(11)接觸，當第一擋板(11)隨著第四支座(26)往復運動的時候，自由端子也相應的做往復運動，就可以測量出彎曲加載的位移量；彎曲加載的力值是通過安裝在第四支座(26) 上的第一拉壓力傳感器(27)測量出來。
【文檔編號】G01N3/16GK103604704SQ201310645589
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】崔利娜, 江虹, 韓順傑, 陳月巖, 矯德強, 黃豔秋, 袁守彬, 王一冰, 王文武 申請人:長春工業大學