CN108956268A - 拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种拉伸装置，该装置包括：底座，具有多个向上延伸的定位杆；顶板，位于所述底座上方并可沿所述定位杆做竖直运动；支撑单元，位于所述底座与所述顶板之间，可在顶板的竖直运动作用下产生水平运动；拉伸单元，与所述支撑单元相连，用于固定待拉伸试件。本公开利用支撑单元与拉伸单元之间的配合可以将竖直方向上的位移等效转换为水平方向上的位移，而且由于使用单一的动力输入，在多个水平轴向上可以获得完全相同的拉伸效果，因此提高了采集到的试验数据的准确性和有效性。

Description

拉伸装置

技术领域

本公开涉及试验设备技术领域，具体涉及一种拉伸装置。

背景技术

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据除了可以用于测定与拉伸性能相关的一系列强度指标和塑性指标以外，还可以用于拟合材料的本构方程，从而更好地利用计算机数值模型进行模拟试验分析。

对于橡胶等超弹性材料而言，由于其应力-应变关系通常较为复杂，因此本构关系的拟合也较为困难。为了提高拟合效果，需要通过实际试验获得材料的相关数据，而且一般试验数据越齐全，拟合的效果也越好。目前获得实验数据的试验有四种：单轴拉伸试验、双轴拉伸试验、平面剪切试验、轴向压缩试验。

对于单轴拉伸试验、平面剪切试验和轴向压缩试验相对容易实现，而双轴拉伸试验的试验数据则较难获得，原因主要是现有的拉伸试验设备较为繁琐复杂，试验操作也比较费事费力，而且现有的试验设备在轴向拉伸的方向控制上也不够稳定，获得试验数据的有效性难以保证。因此，如何实现稳定的轴向拉伸，以提高试验数据的有效性是目前亟待解决的问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种拉伸装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的现有的拉伸设备中轴向拉伸效果差的技术问题。

根据本公开的一个方面，提供一种拉伸装置，其特殊之处在于，包括：

底座，具有多个向上延伸的定位杆；

顶板，位于所述底座上方并可沿所述定位杆做竖直运动；

支撑单元，位于所述底座与所述顶板之间，可在顶板的竖直运动作用下产生水平运动；

拉伸单元，与所述支撑单元相连，用于固定待拉伸试件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述支撑单元包括多个支撑臂，所述支撑臂包括：

上支撑臂，一端与顶板铰接，另一端为移动端；

下支撑臂，一端与底座铰接，另一端与所述移动端铰接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述拉伸单元包括多个与所述支撑臂相对应的拉伸臂，所述拉伸臂一端与所述移动端铰接，所述拉伸臂的另一端用于固定待拉伸试件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述拉伸臂包括：

固定件，用于固定待拉伸试件；

两个相对设置的拉伸杆，所述拉伸杆一端与所述移动端铰接，另一端与所述固定件固定连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述拉伸单元还包括多个导向杆，所述拉伸臂可沿所述导向杆做水平运动。

在本公开的一种示例性实施例中，所述导向杆包括：

导向轮，位于所述拉伸臂上；

连接杆，用于连接不同拉伸臂上的导向轮。

在本公开的一种示例性实施例中，所述拉伸臂上设置有与所述导向轮相对应的滑槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述连接杆为U型杆，所述U型杆的两端分别与位于两个拉伸臂上的导向轮相连。

在本公开的一种示例性实施例中，所述拉伸臂上设置有用于记录位移信号的位移传感器和用于记录载荷信号的载荷传感器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述支撑臂的数量为四个，四个支撑臂在所述顶板与底座之间对称分布。

本公开利用支撑单元与拉伸单元之间的配合可以将竖直方向上的位移等效转换为水平方向上的位移，而且由于使用单一的动力输入，在多个水平轴向上可以获得完全相同的拉伸效果，因此提高了采集到的试验数据的准确性和有效性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开示例性实施例中拉伸装置的立体结构示意图。

图2为本公开示例性实施例中拉伸装置的正面结构示意图。

图3为本公开示例性实施例中支撑臂的结构示意图。

图4为本公开示例性实施例中拉伸单元的结构示意图。

图5为本公开示例性实施例中拉伸臂的结构示意图。

图6为本公开示例性实施例中导向杆的结构示意图。

其中，附图标记为：

1-底座；

2-顶板；

3-支撑单元，30-支撑臂，31-上支撑臂，32-下支撑臂，33-移动端；

4-拉伸单元，40-拉伸臂，41-固定件，42-拉伸杆，43-导向杆，431-连接杆，432-导向轮；

5-定位杆；

6-直线轴承；

7-销轴。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

本公开的示例性实施例中提供一种拉伸装置，如图1和图2所示，该拉伸装置主要可以包括：底座1、顶板2、支撑单元3和拉伸单元4。其中，底座1上具有多个向上延伸的定位杆5；顶板2位于底座1上方并可沿定位杆5做竖直运动；支撑单元3位于底座1与顶板2之间，可在顶板2的竖直运动作用下产生水平运动；拉伸单元4与支撑单元3相连，用于固定待拉伸试件。

通过底座1可以将拉伸装置平稳放置在水平设置的试验平台上，为了提高装置稳定性，也可以对底座1进行安装固定。

顶板2可以与其他的动力输入设备进行连接，用于产生竖直方向上的运行动力，例如可以将顶板2与万能试验机进行连接，利用万能试验机的压缩功能使顶板2产生竖直方向上的位移。

支撑单元3位于底座1与顶板2之间，一方面起到支撑顶板2的作用，另一方面也起到连接传动的作用。由于底座1是位置固定的，当顶板2在竖直方向上产生位移时，顶板2与底座1之间的相对位置将发生改变，因此连接底座1和顶板2的支撑单元3也将产生位置或者形状上的改变。而不管是位置变化还是形状变化，均可以转化为水平方向上的位移。例如，支撑单元3可以采用类似于剪刀把手的剪切式结构，两个剪切臂分别与底座1和顶板2相连。当顶板2在竖直方向上相对底座1产生位移时，两个剪切臂即相应进行剪切动作，同时两个剪切臂之间的铰接点便会随着剪切动作而产生水平位移。又例如，支撑单元3可以采用一端固定而另一端滑动的杆件结构，杆件的一端与顶板2连接，其位置相对顶板2固定，但是可绕顶板2转动，杆件的另一端可以安装一滑块，底座1上可以设置与滚轮相对应的轨道或者滑槽。当顶板2在竖直方向上相对底座1产生位移时，由于杆件与顶板2的连接点相对固定，因此，杆件的另一端将在顶板2的动作牵引下在底座1上滑动，亦即将顶板2的竖直运动转化为滑动点的水平运动。

拉伸单元4是支撑单元3与待拉伸试件之间的连接过渡结构，支撑单元3可以将竖直运动转换为水平运动，而拉伸单元4则将该水平运动转换为对待拉伸试件的拉伸作用。

在本实施例中，底座1和顶板2可以是相互平行设置的圆形板件，采用圆形板件具有加工容易且空间体积小的优点。在其他一些实施方式中底座1和顶板2也可以采用其他任意形状的结构。

在本实施例中，定位杆5的数量为四个，四个定位杆5在底座1上对称分布，用以提高定位导向的精度。在其他一些实施方式中，在确保其导向定位功能的情况下，定位杆5也可以根据需要设置为三个、五个、六个或者其他任意数量，本公开对此不做特殊限定。如图1和图2所示，顶板2上还可以设置四个与定位杆5一一对应的直线轴承6，使得顶板2在定位杆5上做平稳的直线运动。

如图2和图3所示，支撑单元3可以包括多个支撑臂30，每个支撑臂30又可以包括上支撑臂31和下支撑臂32。其中，上支撑臂31的上端与顶板2铰接，上支撑臂31的下端为移动端33；下支撑臂32的下端与底座1铰接，下支撑臂32的上端与移动端33铰接，即下支撑臂32的上端与上支撑臂31的下端铰接。利用各端的铰接关系，当顶板2沿定位杆5做竖直运动时，移动端33将产生与之相对应的水平运动。举例而言，当顶板2向下运动时，顶板2与底座1之间的距离减小，相当于压缩支撑臂30，由于上支撑臂31的上端以及下支撑臂32的下端均为相对固定端，因此在压缩作用下，位于中间的移动端33将向外侧移动，亦即将竖直向下的直线运动转换为水平向外的直线运动。当顶板2向上运动时，顶板2与底座1之间的距离增大，相当于拉伸支撑臂30，由于上支撑臂31的上端以及下支撑臂32的下端均为相对固定端，因此在拉伸作用下，位于中间的移动端33将向内侧移动，亦即将竖直向上的直线运动转换为水平向内的直线运动。在本实施例中，所有的支撑臂30均具有相同的结构参数，因此在运动过程中，虽然各个支撑臂30内的移动端33将在顶板2的压缩作用下向外侧移动的同时也向下方移动，但是所有支撑臂30都将保持同步运动，而各个移动端33也将始终维持在同一水平面内。在其他实施方式中，支撑单元3也可以选用其他的可以将竖直运动转换为水平运动的结构。

如图3所示，拉伸单元4可以包括多个与支撑臂30相对应的拉伸臂40，拉伸臂40一端与支撑单元的移动端33铰接，拉伸臂的另一端用于固定待拉伸试件。在本实施例中，拉伸臂40可以通过销轴7与支撑单元的移动端33铰接，而在其他实施例中，拉伸臂40与支撑单元的移动端33之间也可以采用其他的可以产生相对转动的柔性连接方式进行连接。

当移动端33做水平运动时，两个相对设置的拉伸臂40便可以对待拉伸试件施加水平方向上的拉伸作用力，从而完成对待拉伸试件的拉伸试验。在本实施例中，拉伸臂40上可以设置位移传感器和载荷传感器，利用位移传感器记录的位移信号和载荷传感器记录的载荷信号便可以获得待拉伸试件的位移-载荷曲线。除此之外，拉伸臂40上还可以设置其他的信息采集工具，用以获取更多种类的试验数据，从而更好地拟合材料的本构方程。

在本实施例中，支撑臂30和拉伸臂40的数量均为四个，而且四个支撑臂30在顶板2与底座1之间对称分布，四个拉伸臂40与支撑臂30为一一对应的关系。其中两个相对设置的拉伸臂40之间构成一个拉伸轴，另外两个相对设置的拉伸臂40之间构成另一个拉伸轴。由于各个支撑臂30具有相同的结构参数，而各个拉伸臂40也具有相同的结构参数，因此在对称分布的情况下，两个拉伸轴上施加的拉伸作用力也将是完全相同的，如此一来便可以实现水平方向上的等双轴拉伸的效果。

较为优选地，如图4和图5所示，拉伸臂40可以包括固定件41和两个相对设置的拉伸杆42，其中固定件41用于固定待拉伸试件，拉伸杆42的一端与支撑单元的移动端33铰接，拉伸杆42的另一端与固定件41固定连接。固定件41可以是如图中所示的设置有多个销钉孔的固定件，通过销钉孔与销钉的配合将待拉伸试件牢牢固定在拉伸单元4的内部，另外固定件41也可以根据需要选用如夹持件等其他形式的固定件，本公开对此不做特殊限定。

一般情况下，为了获得稳定的拉伸试验精度，因此应当尽量避免装置安装、拆卸或者具体的调试和试验过程对支撑臂30的影响，尽量使支撑臂30保持结构一致性。而为了适应不同种类的材料拉伸试验或者不同尺寸范围的拉伸试件，拉伸臂40可以设置为方便拆卸和安装的结构。本实施例中通过设置两个拉伸杆42，可以将两个拉伸杆42分别安装于支撑臂30的两侧，因此可以在保持支撑臂30完整性的情况下对拉伸臂40进行单独安装或拆卸，避免其安装或拆卸过程对支撑臂30产生影响，在很大程度上提高了拉伸臂40的安装便利性和使用灵活性，同时也保证了拉伸试验的稳定性。

如图4和图6所示，拉伸单元还可以包括多个导向杆43，拉伸臂40可沿导向杆43做水平运动。在本实施例中，导向杆的数量为两个，每个导向杆分别连接两个相对设置的拉伸臂40。通过设置导向杆43可以限定拉伸臂40的运动范围，提高其在水平方向上的运动精度。

如图6所示，导向杆43可以包括连接杆431和导向轮432，导向轮432安装于各个拉伸臂40上，而拉伸臂40上也可以相应地设置供导向轮432滑动的滑槽。滑槽的延伸方向以及拉伸臂40的延伸方向均与待拉伸试件的拉伸方向相同，在本实施例中即为水平方向。连接杆431可以选用U型杆，U型杆的两端分别与位于两个拉伸臂40上的导向轮432相连。在本实施例中，每个拉伸杆42上可以各设置一个滑槽，一个拉伸臂40上即可以安装两个同轴转动的导向轮431，连接杆431的一端与一个拉伸臂40上安装的两个导向轮431相连，连接杆431的另一端与另一个拉伸臂40上安装的两个导向轮431相连。在其他一些实施方式中，连接杆也可以采用其他形式的杆件，例如本实施例中的一个连接杆可以连接两个相对设置的拉伸臂40，因此需要设置两个连接杆；而在另外的实施例中，连接杆42也可以是十字型的连接结构，如此一来，仅使用一个连接杆便可以连接四个拉伸臂40。

在进行拉伸试验时，可以将本示例性实施例提供的拉伸装置放置于万能试验机的下方，万能试验机压头与顶板2相连。实验开始前，首先将待拉伸试件安装固定在拉伸单元4内，然后控制万能试验机压头以一定速率向下压，此时顶板2会通过直线轴承6沿着定位杆5直线向下运动；支撑臂30与顶板2相连的一端以及与底座1相连的一端均为铰接端，因此会在顶板2的下压作用下发生转动，移动端33即向外侧移动，与移动端33相连的拉伸臂40将跟随移动端33向外侧移动，同时在导向杆43的限制下，拉伸臂40的运动方向将被严格限制在水平方向上。多个拉伸臂40构成的拉伸轴也将保持同轴拉伸。拉伸过程中利用拉伸单元4上安装的数据采集设备即可完成待拉伸试件的相关数据的采集。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种拉伸装置，其特征在于，包括：

底座，具有多个向上延伸的定位杆；

顶板，位于所述底座上方并可沿所述定位杆做竖直运动；

支撑单元，位于所述底座与所述顶板之间，可在顶板的竖直运动作用下产生水平运动；

拉伸单元，与所述支撑单元相连，用于固定待拉伸试件。

2.根据权利要求1所述的拉伸装置，其特征在于，所述支撑单元包括多个支撑臂，所述支撑臂包括：

上支撑臂，一端与顶板铰接，另一端为移动端；

下支撑臂，一端与底座铰接，另一端与所述移动端铰接。

3.根据权利要求2所述的拉伸装置，其特征在于，所述拉伸单元包括多个与所述支撑臂相对应的拉伸臂，所述拉伸臂一端与所述移动端铰接，所述拉伸臂的另一端用于固定待拉伸试件。

4.根据权利要求3所述的拉伸装置，其特征在于，所述拉伸臂包括：

固定件，用于固定待拉伸试件；

两个相对设置的拉伸杆，所述拉伸杆一端与所述移动端铰接，另一端与所述固定件固定连接。

5.根据权利要求3所述的拉伸装置，其特征在于，所述拉伸单元还包括多个导向杆，所述拉伸臂可沿所述导向杆做水平运动。

6.根据权利要求5所述的拉伸装置，其特征在于，所述导向杆包括：

导向轮，位于所述拉伸臂上；

连接杆，用于连接不同拉伸臂上的导向轮。

7.根据权利要求6所述的拉伸装置，其特征在于，所述拉伸臂上设置有与所述导向轮相对应的滑槽。

8.根据权利要求6所述的拉伸装置，其特征在于，所述连接杆为U型杆，所述U型杆的两端分别与位于两个拉伸臂上的导向轮相连。

9.根据权利要求1所述的拉伸装置，其特征在于，所述拉伸臂上设置有用于记录位移信号的位移传感器和用于记录载荷信号的载荷传感器。

10.根据权利要求2-9中任意一项所述的拉伸装置，其特征在于，所述支撑臂的数量为四个，四个支撑臂在所述顶板与底座之间对称分布。