CN114002064A - 一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪 - Google Patents

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张备
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Abstract

本发明属于材料结构研究与材料力学性能测试领域，具体涉及一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，该器件包括：动力组件、腔体、导轨、夹具装载台、滚珠丝杠以及位移传感器；动力组件设置在腔体外侧；导轨设置在腔体的内部；夹具装载台设置在导轨上；滚珠丝杠穿过夹具装载台和腔体壁与动力组件连接；位移传感器穿过腔体壁与夹具装载台对应，用于检测夹具装载台的移动距离；本发明为中间的试件在腔体内介质中的拉伸实验提供了稳定且较大的空间，可在空间中添加多种介质以尽可能模拟试样在真实服役状态下的状态，同时再配合环境扫描电子显微镜对试件进行实时动态监测，对试件表面的裂纹进行分析计算，得到更加可靠准确的数据。

Description

一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪
技术领域
本发明属于材料结构研究与材料力学性能测试领域，具体涉及一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪。
背景技术
研究材料在载荷作用下的微观结构变形、损伤、破坏机理，对材料科学的发展具有重要的现实意义。而材料的力学性能又受多种因素影响，其中温度，介质均是影响其力学性能的重要因素之一，特别是对于航空航天，机器人，航海，潜艇等高科技领域，人们为了应对环境恶化和资源枯竭，对外太空，深海，极地等极端环境进行频繁地探索，显然，常规的力学性能测试对材料的性能所做出的判断对于指导复杂环境下的材料设计和使用已不再具备科学性和实用性。但现目前国内的材料拉伸装置主要是在大气环境下工作的，无法对处在极端环境(高温，低温，酸性，碱性)下的材料进行有效的分析，造成了材料分析的局限性。因此，如何提供一种材料力学性能测试装置，可对试件材料在多种不同介质和环境下的微观变形损伤进行全程动态监测是本领域技术人员急需解决的技术问题。
夹具是拉伸装置的核心部件，其对于材料力学性能测试的可靠性和稳定性具有不可忽略的影响，现目前大多数拉伸装置的夹具均采用半焊定在工作台上的固定方式，对于试件的安装和拆卸具有一定的不便性，并且不利于夹持特定形状的试件，这对于装置的实用性有着极大的影响。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，该器件包括：动力组件1、腔体4、导轨5、夹具装载台 6、滚珠丝杠9以及位移传感器11；所述动力组件1设置在腔体4外侧；所述导轨5设置在腔体4的内部；所述夹具装载台6设置在导轨4上；所述滚珠丝杠9 穿过夹具装载台6和腔体壁与动力组件1连接；所述位移传感器11穿过腔体壁与夹具装载台6对应，用于检测夹具装载台6的移动距离。
优选的，动力组件1包括步进电机101、减速器102以及联轴器103；步进电机101的转动轴与减速器102连接；减速器102通过联轴器103与滚珠丝杠9 的一端连接。
优选的，腔体4为上端开口的长方体空腔，腔体内测涂有防腐蚀涂漆。
优选的，夹具装载台6包括移动夹具装载台601、固定夹具装载台602以及夹具603；移动夹具装载台601和固定夹具装载台602)的内侧中间位置均设置有楔形槽孔，该楔形槽孔用于装载夹具603。
进一步的，夹具603由上压片6032和下压片6031组成，上下压片厚度相同形状相同，均为楔形且与夹具装载台的楔形槽孔精密契合；上压片6032上连接有圆柱形把手方便取出，上压片6032与下压片6031通过三个螺栓连接，上下压片的内测有长方体或圆柱式槽孔用于夹持不同形状的试样。
进一步的，移动夹具装载台601上的楔形槽孔和固定夹具装载台602上的楔形槽孔的中线在水平面上相互对齐。
进一步的，移动夹具装载台601和固定夹具装载台602的上半部分分布设置有两个贯穿螺孔，且移动夹具装载台601的贯穿螺孔与固定夹具装载台602 的贯穿螺孔对应；动夹具装载台601和固定夹具装载台602的内部分别设置有贯穿孔。
进一步的，移动夹具装载台601和固定夹具装载台602中的贯穿螺孔内的螺纹线旋向相同。
优选的，滚珠丝杠9为单头滚珠丝杠，丝杠螺纹与移动夹具装载台中的贯穿螺孔啮合连接。
优选的，双轴拉伸仪还包括压力传感器10，压力传感器10的一端固定在夹具装载台6上，另一端固定在腔体4的内壁上，用于测量夹具装载台6在拉伸过程中的压力。
本发明的有益效果：
本发明通过双轴电机驱动，为中间的试件在腔体内介质中的拉伸实验提供了稳定且较大的空间，同时由于腔体的存在，可添加多种介质例如酸性介质，碱性介质，液氮，以尽可能模拟试样在真实服役状态下的状态，同时再配合环境扫描电子显微镜对试件进行实时动态监测，对试件表面的裂纹进行分析计算，得到更加可靠准确的数据；本发明采用了可拆卸的夹具设计，可设计多套不同夹具用于夹取不同形状的试件，提高了拉伸仪器的使用寿命以及用途的广泛性。
附图说明
图1为本发明的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪结构示意图；
图2为本发明的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪右视图；
图3为本发明的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪俯视图；
图4为本发明的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪整体装配图；
图5为本发明的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪夹具结构图；
图6为本发明的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪夹具的另一种实施例结构图；
其中，1、动力组件，101、步进电机，102、减速器，103、联轴器；4、腔体；5、导轨；6、夹具装载台，601、移动夹具装载台，602、固定夹具装载台， 603、夹具，6031、下压片，6032、上压片；9、滚珠丝杠；10、压力传感器； 11、位移传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，如图1和图4所示，该器件包括：动力组件1、腔体4、导轨5、夹具装载台6、滚珠丝杠9以及位移传感器11；所述动力组件1设置在腔体4外侧；所述导轨5设置在腔体4的内部；所述夹具装载台6设置在导轨4上；所述滚珠丝杠9穿过夹具装载台6和腔体壁与动力组件1连接；所述位移传感器11穿过腔体壁与夹具装载台6对应，用于检测夹具装载台6的移动距离。
优选的，本发明设计的双轴拉伸仪为平面式与立式相结合的结构。
优选的，本发明设计的双轴拉伸仪为前后对称的空间结构。
一种动力组件的具体实施方式，该动力组件包括步进电机101、减速器102 以及联轴器103；步进电机101的转动轴与减速器102连接；减速器102通过联轴器103与滚珠丝杠9的一端连接。步进电机101用于给夹具装载台6通过动力；减速器102用于控制步进电机101的转速，使得操作人员更容易控制双轴拉伸仪的拉力；联轴器103用于将减速器102中的动力传输到滚珠丝杠9中。
优选的，双轴拉伸仪中设置有两个动力组件1，两个动力组件1中的各个器件相同，保证了动力组件的驱动力相同。
优选的，步进电机101采用12V正反转微型可调速直流减速电机，由单片机控制两驱动器带动电机同时运行。
一种步进电机的工作方式，包括：本装置的位移传感器为弹簧式自复位位移传感器。位移传感器放置在两部进步电机的中间以及整部装置的中轴线上，并通过装置左端的孔洞与移动端装载台链接，并由此测量在拉伸后挤压下试件的拉伸量或压缩量。
一种腔体的具体实施方式，该腔体4为上端开口的长方体空腔，腔体内测涂有防腐蚀涂漆。在腔体内侧设置有防腐蚀涂漆可以在腔体内添加多种介质例如酸性介质，碱性介质，液氮，以尽可能模拟试样在真实服役状态下的状态，同时再配合环境扫描电子显微镜对试件进行实时动态监测，对试件表面的裂纹进行分析计算，得到更加可靠准确的数据。
一种导轨的具体实施方式，该导轨为HIWIN合金微型线性导轨MGN12；将导轨5设置在腔体内部的底面上，且夹具装载台6设置的导轨5上，使得夹具装载台6能在导轨5上滑动。
优选的，本发明设计的双轴拉伸仪中设置有两根导轨，两根导轨均匀的设置在腔体4的内部，使得设置在导轨上的夹具装载台6更容易滑动，并防止夹具装载台6化成导轨。
一种夹具装载台的具体实施方式，该夹具装载台6包括移动夹具装载台601、固定夹具装载台602以及夹具603；移动夹具装载台601和固定夹具装载台602) 的内侧中间位置均设置有楔形槽孔，该楔形槽孔用于装载夹具603。
优选的，移动夹具装载台601上的楔形槽孔和固定夹具装载台602上的楔形槽孔的中线在水平面上相互对齐；使得在对材料进行拉力测试时，其受到的力更均匀，保证测试结果更准确。
优选的，移动夹具装载台601和固定夹具装载台602的上半部分分布设置有两个贯穿螺孔，且移动夹具装载台601的贯穿螺孔与固定夹具装载台602的贯穿螺孔对应；动夹具装载台601和固定夹具装载台602的内部分别设置有贯穿孔。滚珠丝杠9为单头滚珠丝杠，丝杠螺纹与移动夹具装载台中的贯穿螺孔啮合连接。动夹具装载台601和固定夹具装载台602的内部贯穿孔用于固定夹具603，防止夹具603出现晃动。
优选的，移动夹具装载台601和固定夹具装载台602中的贯穿螺孔内的螺纹线旋向相同。
一种夹具的具体实施方式，如图5所示，该夹具由上压片6032和下压片6031 组成，上下压片厚度相同形状相同，均为楔形且与夹具装载台的楔形槽孔精密契合；上压片6032上连接有圆柱形把手方便取出，上压片6032与下压片6031 通过螺栓连接，上下压片的内测有长方体或圆柱式槽孔用于夹持不同形状的试样。
优选的，上压片6032和下压片6031的相应位置上设置有螺栓孔，将螺栓穿过螺栓孔，从而将上压片和下压片固定。
优选的，设置的螺栓孔为3个，使得上压片和下压片固定得更稳定。
如图6所示，在上压片和下压片的相应位置上设置有半圆柱体凹槽，两个半圆柱体凹槽相互对应，组成圆柱体凹槽。
一种滚珠丝杠的具体实施方式，滚珠丝杠9为单头滚珠丝杠，丝杠螺纹与移动夹具装载台中的贯穿螺孔啮合连接。
优选的，本发明设计的双轴拉伸仪中设置有两根滚珠丝杠，从而控制夹具装载台前后移动。
一种位移传感器，该位移传感器为弹簧式自复位位移传感器，如图2所示，位移传感器11穿过腔体壁与夹具装载台6对应；即位移传感器11的感应端穿过腔体壁后贴在夹具装载台6上，当夹具装载台6移动时，位移传感器的感应端与夹具装载台6分开，从而感应端测出夹具装载台6的移动距离。
一种基于位移传感器的位移测试，包括：本装置的位移传感器为弹簧式自复位位移传感器。位移传感器放置在两部进步电机的中间以及整部装置的中轴线上，并通过装置左端的孔洞与移动端装载台链接，并由此测量在拉伸后挤压下试件的拉伸量或压缩量。
一种压力传感器，该压力传感器为螺纹式拉压传感器，压力传感器10的一端固定在夹具装载台6上，另一端固定在腔体4的内壁上，用于测量夹具装载台6在拉伸过程中的压力。
一种基于压力传感器的力测量，包括本装置的传感器为螺纹式拉压传感器。拉压传感器的左端与固定端夹具装载台右端链接，另一端与装置右端璧连接固定，整个部位均固定在装置的中轴线上。固定端装载台的下端由滑槽与装置底部的滑轨连接，固定端装载台与传感器一侧已固定连接，当进行拉伸或挤压运动时仅发生微小切可忽略不计的位移。由于拉压传感器与装载台固定的位置处于整个装置的中轴线上，由此拉压传感器测得的力即为试件所受的力。
整个装置的腔体是一个封闭的空间，不仅可以在一般情况下的实验，我们还可以往腔体内注入纯净水自来水等液体介质。由于腔体上涂有防腐涂漆，因此本装置还可以测量试件在盐水、盐酸、碱水，液氮等具有腐蚀性液体介质或低温介质下的拉压形变量。此外，装置由耐热材料制成，所以还可以测量试件在高温下的拉压形变量。
本发明设计的基于多介质的可拆卸夹具双轴拉伸仪可实现以下功能和指标，即：1、对试件进行拉伸压缩等操作；2、实时控制电机的转速和转向，切换过程平稳，，没有冲击和无用行程；3、加载过程稳定，步进电机的运转具有同时性；4、可同时记录加载应力和位移；5、测量精度高。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”、“一端”、“上”、“一侧”、“内”、“前部”、“后部”、“中心”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，包括：动力组件(1)、腔体(4)、导轨(5)、夹具装载台(6)、滚珠丝杠(9)以及位移传感器(11)；所述动力组件(1)设置在腔体(4)外侧；所述导轨(5)设置在腔体(4)的内部；所述夹具装载台(6)设置在导轨(4)上；所述滚珠丝杠(9)穿过夹具装载台(6)和腔体壁与动力组件(1)连接；所述位移传感器(11)穿过腔体壁与夹具装载台(6)对应，用于检测夹具装载台(6)的移动距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，动力组件(1)包括步进电机(101)、减速器(102)以及联轴器(103)；步进电机(101)的转动轴与减速器(102)连接；减速器(102)通过联轴器(103)与滚珠丝杠(9)的一端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，腔体(4)为上端开口的长方体空腔，腔体内测涂有防腐蚀涂漆。
4.根据权利要求1所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，夹具装载台(6)包括移动夹具装载台(601)、固定夹具装载台(602)以及夹具(603)；移动夹具装载台(601)和固定夹具装载台(602)的内侧中间位置均设置有楔形槽孔，该楔形槽孔用于装载夹具(603)。
5.根据权利要求4所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，夹具(603)由上压片(6032)和下压片(6031)组成，上下压片厚度相同形状相同，均为楔形且与夹具装载台的楔形槽孔精密契合；上压片(6032)上连接有圆柱形把手方便取出，上压片(6032)与下压片(6031)通过三个螺栓连接，上下压片的内测有长方体或圆柱式槽孔用于夹持不同形状的试样。
6.根据权利要求4所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，移动夹具装载台(601)上的楔形槽孔和固定夹具装载台(602)上的楔形槽孔的中线在水平面上相互对齐。
7.根据权利要求4所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，移动夹具装载台(601)和固定夹具装载台(602)的上半部分分布设置有两个贯穿螺孔，且移动夹具装载台(601)的贯穿螺孔与固定夹具装载台(602)的贯穿螺孔对应；动夹具装载台(601)和固定夹具装载台(602)的内部分别设置有贯穿孔。
8.根据权利要求7所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，移动夹具装载台(601)和固定夹具装载台(602)中的贯穿螺孔内的螺纹线旋向相同。
9.根据权利要求1所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，滚珠丝杠(9)为单头滚珠丝杠，丝杠螺纹与移动夹具装载台中的贯穿螺孔啮合连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪，其特征在于，双轴拉伸仪还包括压力传感器(10)，压力传感器(10)的一端固定在夹具装载台(6)上，另一端固定在腔体(4)的内壁上，用于测量夹具装载台(6)在拉伸过程中的压力。
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