CN109506818A - 一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置，涉及杨氏模量测量领域，该装置安装于被测材料表面外部基础上，通过编码器反馈对升降电机进行控制，实现对加载砝码上下位移的精确定位，通过编码器反馈对旋转电机进行控制，实现对加载砝码水平转动角度的精确定位，通过编码器反馈对微型电动缸控制，实现对两个夹紧块的开合度大小的精确定位，可实现砝码的自动平稳加载与卸载，减少加载过程载荷波动对材料表层杨氏模量测量值引起的干扰误差，大大提高测试精度及试验效率。

Description

一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置

技术领域

本发明涉及杨氏模量测量领域，尤其是一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置。

背景技术

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，杨氏模量的测量方法一般分为静态法和动态法，静态法是指在试件上施加一恒定的压力，借助于LVDT位移传感器(LinearVariable Differential Transformer，线性可变差动变压器)测定其弹性变形量，从而得到试件的应力与应变关系。在静态法测量试件的杨氏模量的过程中，需要进行砝码的加载与卸载，从而对试件施加一定的压力，目前通常直接手动进行砝码的加载与卸载，加载与卸载过程中载荷波动会对试件表层杨氏模量测量值引起干扰误差，影响实验结果的精确性。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置，该装置可以在杨氏模量的测量过程中，实现砝码的自动平稳加载与卸载，减少加载过程载荷波动对材料表层杨氏模量测量值引起的干扰误差，大大提高测试精度及试验效率。

本发明的技术方案如下：

一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置，该砝码加载装置包括：基座、升降结构、转向结构和抓取结构，基座上沿竖直方向垂直安装有两个平行直线导轨，每个平行直线导轨上分别配置两个导轨滑块；升降结构包括升降电机、滚珠丝杆和升降架，升降电机带有编码器反馈功能，升降电机安装在基座上，滚珠丝杆沿竖直方向垂直安装在基座上且位于两个平行直线导轨之间，升降架分别连接滚珠丝杆和两个平行直线导轨的导轨滑块，升降电机的电机轴连接滚珠丝杆并驱动升降架沿着直线导轨在竖直方向上升降；转向结构包括旋转电机和夹臂，旋转电机带有编码器反馈功能，夹臂的固定端设置在升降架上，旋转电机固定在升降架上且旋转电机的电机轴连接夹臂的固定端并驱动夹臂的活动端绕着固定端在水平方向上旋转；抓取结构包括微型电动缸和夹爪，微型电动缸带有编码器反馈功能，微型电动缸和夹爪设置在夹臂的活动端，微型电动缸的伸缩杆与夹爪的尾端传动配合，夹爪在微型电动缸的伸缩杆的伸缩过程中夹紧或释放，夹爪的形状与砝码的形状相匹配。

其进一步的技术方案为，升降架包括螺旋副、过渡连接板和L型结构的安装板，螺旋副安装在滚珠丝杆上，螺旋副通过过渡连接板连接两侧的两个平行直线导轨的导轨滑块，安装板固定在过渡连接板上，安装板用于安装旋转电机和夹臂；升降电机固定在基座的顶端，升降电机的电机轴直联带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆在旋转过程中带动螺旋副上下移动实现升降架的升降。

其进一步的技术方案为，夹爪设置在夹臂的活动端的上端面且沿水平方向设置，夹臂的活动端的上端面安装有第一销轴和第二销轴，夹臂的活动端还开设有滑腔，滑腔的开设方向垂直于第一销轴和第二销轴的连线，夹爪包括第一夹紧块和第二夹紧块，第一销轴上安装第一夹紧块，第二销轴上安装第二夹紧块，第一夹紧块和第二夹紧块的同一端分别开设有滑槽，第一夹紧块上的滑槽和第二夹紧块上的滑槽重叠且重叠处插入有滑动销轴，滑动销轴位于滑腔中；微型电动缸设置在夹臂的活动端的上端面且沿水平方向设置，微型电动缸的伸缩杆伸入滑腔并连接滑动销轴，微型电动缸驱动滑动销轴沿着滑腔移动，带动第一夹紧块和第二夹紧块分别绕着连接的销轴向彼此靠近的方向转动实现夹紧，或者，向彼此远离的方向转动实现释放。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置，该装置安装于被测材料表面外部基础上，用于在对被测材料进行杨氏模量的测量过程中进行砝码的加载和卸载，可实现砝码的自动平稳加载与卸载，减少加载过程载荷波动对材料表层杨氏模量测量值引起的干扰误差，大大提高测试精度及试验效率，具有综合性、经济型、操作方便等优点。

附图说明

图1是本申请公开的砝码加载装置的正视图。

图2是本申请公开的砝码加载装置的侧视图。

图3是本申请公开的砝码加载装置的抓取结构部分的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置，该装置安装于被测材料表面外部基础上，用于在对被测材料进行杨氏模量的测量过程中进行砝码的加载和卸载，请参考图1-3，该砝码加载装置包括基座1、升降结构、转向结构和抓取结构。基座1的左右两侧沿竖直方向垂直安装有两个平行直线导轨2，每个平行直线导轨上分别配置两个导轨滑块，图中未示出导轨滑块。

升降结构包括升降电机3、滚珠丝杆4和升降架，升降电机3是带有编码器反馈功能的电机，其安装在基座1上，本申请通常将升降电机3安装在基座1的顶端，其电机轴竖直向下设置。滚珠丝杆4沿竖直方向垂直安装在基座1上且位于两个平行直线导轨2之间，升降电机3的电机轴连接滚珠丝杆4并直联带动滚珠丝杆4旋转。升降架分别连接滚珠丝杆4和两个平行直线导轨2的导轨滑块，升降架包括螺旋副5、过渡连接板6和L型结构的安装板7，螺旋副5安装在滚珠丝杆4上，螺旋副5通过过渡连接板6连接两侧的两个平行直线导轨2的导轨滑块，利用平行直线导轨2作为上下移动的导向，亦可承受附加力矩作用。安装板7固定在过渡连接板6上，滚珠丝杆4在旋转过程中带动螺旋副5上下移动，螺旋副5带动过渡连接板6和安装板7上下移动从而实现升降架的升降。

请参考图2的侧视图，L型结构的安装板7的上表面形成一个用于安装转向结构的安装基座，转向结构包括旋转电机8和夹臂9，旋转电机8也是带有编码器反馈功能的电机，其固定在安装板7的上表面形成的安装基座上，其电机轴也竖直向下设置。本申请中的夹臂9呈L型结构，旋转电机8的电机轴竖直向下连接夹臂9的一个直角边，使得夹臂9设置在安装板7的下端面，夹臂9与安装板7的连接端作为夹臂9的固定端，夹臂9的另一端作为其活动端，当旋转电机8的电机轴旋转时，带动夹臂9的活动端绕着该电机轴在水平方向上转动，也即绕着夹臂9的固定端在水平方向上转动。

夹臂9的活动端处固定抓取结构，抓取结构包括微型电动缸10和夹爪11，微型电动缸10也带有编码器反馈功能，本申请中的微型电动缸10和夹爪11均设置在夹臂9的活动端的上端面且均沿水平方向设置。图3示出了夹臂9和抓取结构部分的俯视图，本申请中的夹爪11采用机械夹爪，夹爪11包括第一夹紧块111和第二夹紧块112，第一夹紧块111通过第一销轴113安装在夹臂9的上端面，第二夹紧块112通过第二销轴114安装在夹臂9的上端面，夹臂9的上端面还开设有滑腔，滑腔的开设方向垂直于第一销轴113和第二销轴114的连线，图中未示出滑腔。第一夹紧块111和第二夹紧块112的同一端分别开设有滑槽，第一夹紧块111上的滑槽和第二夹紧块112上的滑槽重叠，该重叠处作为整个夹爪11的尾端，第一夹紧块111上的滑槽和第二夹紧块112的滑槽的重叠处插入有滑动销轴115，滑动销轴115位于滑腔中且可沿着滑腔移动。微型电动缸10的伸缩杆伸入滑腔并连接滑动销轴115实现与夹爪11的尾端的传动配合，夹爪的开口端的内部形状与砝码12的形状相匹配。驱动微型电动缸10，微型电动缸10直线运动，伸缩杆伸缩过程中带动滑动销轴115沿着滑腔移动，从而在两个夹紧块的滑槽内运动，从而使两个夹紧块分别绕着各自的销轴转动：第一夹紧块111和第二夹紧块112绕着各自连接的销轴向彼此靠近的方向转动时，夹爪11夹紧从而可以抓取砝码12；第一夹紧块111和第二夹紧块112绕着各自连接的销轴向彼此远离的方向转动时，夹爪11释放从而可以卸载砝码12。图3中虚线部分示出了夹臂9带动抓取结构沿水平方向转动的不同姿态的示意图。

本申请公开的砝码加载装置在工作过程中，升降电机3通过升降架带动转向结构和抓取结构在垂直方向上升降，通过编码器反馈对升降电机3进行控制，实现对加载砝码上下位移的精确定位。旋转电机8通过夹臂9带动抓取结构在水平方向上旋转，通过编码器反馈对旋转电机8进行控制，实现对加载砝码水平转动角度的精确定位。微型电动缸10通过控制夹爪11实现对砝码的抓取和释放，通过编码器反馈对微型电动缸10控制，实现对两个夹紧块的开合度大小的精确定位。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于杨氏模量测量的砝码加载装置，其特征在于，所述砝码加载装置包括：基座、升降结构、转向结构和抓取结构，所述基座上沿竖直方向垂直安装有两个平行直线导轨，每个所述平行直线导轨上分别配置两个导轨滑块；所述升降结构包括升降电机、滚珠丝杆和升降架，所述升降电机带有编码器反馈功能，所述升降电机安装在所述基座上，所述滚珠丝杆沿竖直方向垂直安装在所述基座上且位于所述两个平行直线导轨之间，所述升降架分别连接所述滚珠丝杆和所述两个平行直线导轨的导轨滑块，所述升降电机的电机轴连接所述滚珠丝杆并驱动所述升降架沿着所述直线导轨在竖直方向上升降；所述转向结构包括旋转电机和夹臂，所述旋转电机带有编码器反馈功能，所述夹臂的固定端设置在所述升降架上，所述旋转电机固定在所述升降架上且所述旋转电机的电机轴连接所述夹臂的固定端并驱动所述夹臂的活动端绕着所述固定端在水平方向上旋转；所述抓取结构包括微型电动缸和夹爪，所述微型电动缸带有编码器反馈功能，所述微型电动缸和所述夹爪设置在所述夹臂的活动端，所述微型电动缸的伸缩杆与所述夹爪的尾端传动配合，所述夹爪在所述微型电动缸的伸缩杆的伸缩过程中夹紧或释放，所述夹爪的形状与砝码的形状相匹配。

2.根据权利要求1所述的砝码加载装置，其特征在于，所述升降架包括螺旋副、过渡连接板和L型结构的安装板，所述螺旋副安装在所述滚珠丝杆上，所述螺旋副通过所述过渡连接板连接两侧的所述两个平行直线导轨的导轨滑块，所述安装板固定在所述过渡连接板上，所述安装板用于安装所述旋转电机和夹臂；所述升降电机固定在所述基座的顶端，所述升降电机的电机轴直联带动所述滚珠丝杆旋转，所述滚珠丝杆在旋转过程中带动所述螺旋副上下移动实现所述升降架的升降。

3.根据权利要求1所述的砝码加载装置，其特征在于，所述夹爪设置在所述夹臂的活动端的上端面且沿水平方向设置，所述夹臂的活动端的上端面安装有第一销轴和第二销轴，所述夹臂的活动端还开设有滑腔，所述滑腔的开设方向垂直于所述第一销轴和所述第二销轴的连线，所述夹爪包括第一夹紧块和第二夹紧块，所述第一销轴上安装所述第一夹紧块，所述第二销轴上安装所述第二夹紧块，所述第一夹紧块和所述第二夹紧块的同一端分别开设有滑槽，所述第一夹紧块上的滑槽和所述第二夹紧块上的滑槽重叠且重叠处插入有滑动销轴，所述滑动销轴位于所述滑腔中；所述微型电动缸设置在所述夹臂的活动端的上端面且沿水平方向设置，所述微型电动缸的伸缩杆伸入所述滑腔并连接所述滑动销轴，所述微型电动缸驱动所述滑动销轴沿着所述滑腔移动，带动所述第一夹紧块和所述第二夹紧块分别绕着连接的销轴向彼此靠近的方向转动实现夹紧，或者，向彼此远离的方向转动实现释放。