CN110132760A - 拉压剪切复合实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料拉压剪切复合实验设备，包括拉压支持机构、剪切支撑机构、夹持机构、拉压和剪切动力机构。对试件进行装夹时通过夹持机构的固定装置避免试件夹紧过程中夹紧力使试件变形。设备用于使夹持的试件产生拉压和剪切应变，可以控制其加载比例、速度、是否卸载等。拉压由拉伸丝杠产带动拉伸板产生，通过剪切支撑板作用在工件上，并通过剪切支撑机构抵消剪切力的影响。剪切力由剪切丝杠带动上支撑板产生，通过下固定板作用在试件上，由上、下支撑块共同作用抵消拉伸力的影响。本发明解决了试件在应变和应力空间下加载路径连续变化的需求。

Description

拉压剪切复合实验设备

技术领域

本发明涉及材料性能测试领域，根具体地说是一种材料拉、压、剪切复合变化的测试设备。

背景技术

金属板料拉伸、压缩、剪切试验是常见的材料力学性能表征手段。

现有技术中，授权公告号为CN108152149A的中国发明专利文件当中公开了一种真三轴剪切实验装置及其使用方法包括机架，所述机架的低端设置有第二垂直油缸，且第二垂直油缸的顶端放置有下固定件，所述下固定件的上部设置有第二剪切盒体，且第二剪切盒体的上部设置有第一剪切盒体，所述第一剪切盒体和第二剪切盒体的端部分别设有试件放置槽，且试件放置槽内放置有试件，所述试件的顶端放置有上固定件，且上固定件的顶端设有框架，所述框架内设有转轴，所述框架的上部设有第一垂直载荷油缸，所述第一剪切盒体的左端设置有第一水平载荷油缸，且第二剪切盒体的右端设置有第二水平载荷油缸。该发明通过水平方向施加力进行剪切，其余两个方向对试件施加载荷，但是该装置不能准确控制拉、压、剪切的位置和速度，且拉、压和剪切之间相互影响，没办法准确表征材料负责变形下的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种拉压剪切复合实验设备，可以对试件实施拉伸、压缩和剪切的单独或者复合实验，在复杂应变路径下观察材料力学性能。

本发明的目的通过以下方案来实现：

一种拉压剪切复合实验设备，试件夹持机构上端与剪切支撑板相连，下端与上支撑块连接。拉压支持机构固定在底板上表面，剪切支撑板位于拉伸支持机构两侧剪切支撑板之间，其通过拉压轴与拉压动力板连接。上支撑块安装在底板上，通过支撑块连接轴与位于底板下方的下支撑块连接。剪切丝杠两端分别固定在剪切两侧支撑板上，并延长通过剪切丝杠支撑座后与剪切带轮相连接。剪切板两端固定在两根剪切丝杠上，通过剪切轴与支撑块另一侧的剪切力传感器相连。

通过采用上述方案，试件在夹持机构上，由夹持机构上、下固定板带动可完成拉伸、压缩和剪切的单独以及复合运动，且伸、压缩力和剪切力之间干扰由支撑机构抵消掉大部分，能保证力参数准确。

所述的剪切支持机构，包括侧面加强筋、左剪切侧支撑板、上支撑梁、右侧支撑板、两侧支撑滑动装置、支撑梁位置调整结构和下支撑梁，其特征在于上支撑梁和下支撑梁位于左剪切侧支撑板和右侧支撑板之间，支撑梁和支撑板连接位置两侧均有支撑梁位置调整结构。

通过采用上述方案，左右、支剪切侧支撑板可以由支撑梁位置调整结构调整相对距离，从而配合剪切支撑板以及其两侧的滑动装置安装，产生预紧力，不仅可方便安装，还可以提高设备运行精度。

所述的试件夹持机构包括上固定板、试件压紧板、下固定板、外夹紧板和装夹定位板，上固定板固定在剪切支撑板下表面，下固定板固定在支撑块上表面，装夹定位板位于上、下固定板之间，夹紧板位于装夹定位板和上、下固定板之间。

通过采用上述方案，现有装夹定位板配合外夹紧板，固定上、下固定板的相对位置，可以避免试件在夹紧是由于夹紧力的作用而发生变形。

所述的剪切支撑板包括两侧固定板、上加强筋、下加强筋和中间支撑板，其特征在于上加强筋直接连接两侧固定板，位置在位于滑块固定孔中间，下加强筋为三角形，位置与上加强筋沿中间支撑板上下对称，两侧下加强筋中间的位置安装上固定板。

通过采用上述方案，可提高剪切支撑板的刚度，并减小重量，还可以使上固定板所受到剪切力作用在高剪切支撑板擦免得中心位置，减少偏转力矩。

本发明进一步设置为：支撑块上滑动装置位于上支撑块的下方，底板上方，支撑块下滑动装置位于下支撑块的上方，底板下方，支撑块连接轴穿过底板与上支撑块固定，并穿过上支撑块的通孔与支撑块预紧螺母相连。

通过采用上述方案，压缩和拉伸力作用在工件上时，分别由上支撑块和下支撑块以及滑动装置来抵消，通过支撑块连接轴提供上下滑动装置的预紧力，使设备稳定性和精度提高。

本发明进一步设置为：上支撑梁和下支撑梁为圆柱结构，两端加工螺纹，穿过剪切两侧支撑板，支撑板两侧均安装支撑梁位置调整结构，支撑梁位置调整结构有内螺纹与上、下支撑梁外螺纹配合，下支撑梁与剪切丝杠在同一水平面上。

通过采用上述方案，使上、下支撑梁既可以承受拉伸力，也可以承受剪切力，在装配时容易调整，加工容易进行，降低成本，提高剪切结构刚度。

本发明进一步设置为：剪切带轮通过底板侧面固定的剪切带轮支撑板上的剪切中间减速机构上的同步带轮组连接到剪切伺服电机上。

通过采用上述方案，可有效降低设备尺寸。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

本发明使拉伸、压缩和剪切等材料性能测试常见实验可以同时作用于试件上，可以选择作用方式和是否卸载，具有很高的灵活性，可以用于研究材料在复杂应变条件下的力学性能。

附图说明

图1实施例的完整结构的主视图

图2实施例的拉压支持机构的轴测图

图3实施例的拉升支撑机构的三视图

图4实施例的剪切动力机构的俯视图

图5实施例的试件夹持机构的示意图

图6实施例的剪切支撑板的轴测图

图中：拉压支撑杆(1)；拉伸压缩板(2)；剪切支撑板(3)；两侧固定板(31)；滑块固定孔(311)；上加强筋(32)；下加强筋(33)；中间支撑板(34)；试件夹持机构(4)；上固定板(41)；试件压紧板(42)；下固定板(43)；外夹紧板(44)；装夹定位板(45)；拉压支持机构(5)；上支撑块(51)；支撑块上滑动装置(52)；支撑块连接轴(53)；支撑块下滑动装置(54)；下支撑块(55)；剪切动力机构(6)；剪切轴(61)；剪切板(62)；剪切丝杠(63)；剪切力传感器(64)；剪切丝杠螺丝(65)；剪切丝杠支撑座(66)；剪切带轮(67)；底板(7)；剪切带轮支撑板(8)；剪切中间减速机构(9)；剪切伺服电机(10)；拉压丝杠(11)；剪切支持机构(12)；侧面加强筋(121)；左侧剪切支撑板(122)；上支撑梁(123)；右侧剪切支撑板(124)；两侧支撑滑动装置(125)；支撑梁位置调整结构(126)；下支撑梁(127)；支撑柱(13)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

需要说明的是，相同的零部件用相同的附图标记表示，部分对称结构只标出一侧，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。

具体实施方式一：

下面结合图1-6说明本实施方式，一种拉压剪切复合实验设备，试件夹持机构4上端与剪切支撑板3通过螺栓和圆柱销相连，下端与上支撑块51通过和圆柱销连接，从而既保证夹持力也保证了夹持机构定位精度。拉压支持机构12以螺栓固定在底板7上表面，拉压支持机构12上的连接孔为长条孔，从而可以调节拉压支持机构12上右侧支撑板122和左侧支撑板124的相对位置，剪切支撑板3位于拉伸支持机构12两侧剪切支撑板122和124之间，左右两侧面安装直线滑块，与两侧剪切支撑板122和124上的直线导轨相配合完成固定，这样就可以以剪切支撑板3为基准进行装配，并且对直线导轨副产生预紧力。剪切支撑板3开螺纹孔与拉压支撑杆1连接，拉压支撑杆1穿过拉伸压缩板2上的通孔，连接到拉压传感器上。上支撑块51通过直线导轨安装在底板7上，并通过螺纹连接到支撑块连接轴53上，穿过底板7和下支撑块57上的通孔，然后用支撑块预紧螺母531夹紧。剪切丝杠63两端分别通过圆锥滚子轴承固定在两侧剪切支撑板122和124上，并延长通过内有深沟球轴承的剪切丝杠支撑座66后与剪切带轮67相连接。剪切板62两端固定在两根剪切丝杠63上，剪切轴61穿过支撑块51上的通孔与另一侧的剪切力传感器64相连，进而使两端的零件尺寸较为平均，有利于设备的左右行程。

所述的剪切支持机构12，包括侧面加强筋121、左侧剪切支撑板122、上支撑梁123、右侧剪切支撑板124、两侧支撑滑动装置125、支撑梁位置调整结构126和下支撑梁127，上支撑梁123和下支撑梁127穿过左侧剪切支撑板122和右侧剪切支撑板124上的通孔，支撑梁和支撑板连接位置两侧均有支撑梁位置调整结构126，通过连接螺纹可以调整左侧剪切支撑板122和右侧剪切支撑板124的间距。

所述的试件夹持机构4包括上固定板41、试件压紧板42、下固定板43、外夹紧板44和装夹定位板45，上固定板41用螺栓和定位销固定在剪切支撑板3下表面，下固定板43用螺栓和定位销固定在支撑块51上表面，装夹定位板45位于上、下固定板41、43之间，并通过螺栓与41、43上的螺纹孔连接贴合在一起，装夹定位板45位于上开通孔为长条孔，夹紧板44位于装夹定位板45和上、下固定板41、43之间。

所述的剪切支撑板3包括两侧固定板31、上加强筋32、下加强筋33和中间支撑板34，两根上加强筋32直接连接两侧固定板31，位置在位于滑块固定孔311中间，这是为了受力均衡，下加强筋33为三角形，位置与上加强筋32沿中间支撑板34上下对称，两侧下加强筋33中间的位置安装上固定板41，各个结构采用焊接方式拼装。

所述的支撑块上滑动装置52位于上支撑块51的下方，底板7上方，采用大载重滚动直线导轨连接，支撑块下滑动装置54位于下支撑块55的上方，底板7下方，同样采用大载重滚动直线导轨连接，支撑块连接轴53穿过底板7与上支撑块51通过螺纹固定，并穿过下支撑块55的通孔与支撑块预紧螺母531相连。

所述的上支撑梁123和下支撑梁127为圆柱结构，两端加工螺纹，穿过剪切两侧支撑板122、124，支撑板两侧均安装支撑梁位置调整结构126，支撑梁位置调整结构126有内螺纹与上、下支撑梁23和127外螺纹配合，下支撑梁127与剪切丝杠63在同一水平面上。

所述剪切带轮67通过底板7侧面固定的剪切带轮支撑板8上的剪切中间减速机构9，其为双轴承连接座，通过轴连接两端不同大小的同步带轮，然后连接到剪切伺服电机10上。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种拉压剪切复合实验设备，其特征在于：试件夹持机构(4)上端与剪切支撑板(3)相连，下端与上支撑块(51)连接。拉压支持机构(12)固定在底板(7)上表面，剪切支撑板(3)位于拉伸支持机构(12)剪切两侧支撑板(122、124)之间，其通过拉压支撑杆(1)与拉伸压缩板(2)连接。上支撑块(51)安装在底板(7)上，通过支撑块连接轴(53)与位于底板(7)下方的下支撑块(57)连接。剪切丝杠(63)两端分别固定在剪切两侧剪切支撑板(122、124)上，并延长通过剪切丝杠支撑座(66)后与剪切带轮(67)相连接。剪切板(62)两端固定在两根剪切丝杠(63)上，通过剪切轴(61)与支撑块(51)另一侧的剪切力传感器(64)相连。

所述的剪切支持机构(12)，包括侧面加强筋(121)、左侧剪切支撑板(122)、上支撑梁(123)、右侧剪切支撑板(124)、两侧支撑滑动装置(125)、支撑梁位置调整结构(126)和下支撑梁(127)，其特征在于上支撑梁(123)和下支撑梁(127)位于左侧剪切支撑板(122)和右侧剪切支撑板(124)之间，支撑梁和两侧剪切支撑板连接位置两侧均有支撑梁位置调整结构(126)。

所述的试件夹持机构(4)包括上固定板(41)、试件压紧板(42)、下固定板(43)、外夹紧板(44)和装夹定位板(45)，上固定板(41)固定在拉压支撑板(3)下表面，下固定板(43)固定在支撑块(51)上表面，装夹定位板(45)位于上、下固定板(41、43)之间，夹紧板(44)位于装夹定位板(45)和上、下固定板(41、43)之间。

所述的剪切支撑板(3)包括两侧固定板(31)、上加强筋(32)、下加强筋(33)和中间支撑板(34)，其特征在于上加强筋(32)直接连接两侧固定板(31)，位置在位于滑块固定孔(311)中间，下加强筋(33)为三角形，位置与上加强筋(32)沿中间支撑板(34)上下对称，两侧下加强筋(33)中间的位置安装上固定板(41)。

2.根据权利要求1所述的一种拉压剪切复合实验设备，其特征在于，支撑块上滑动装置(52)位于上支撑块(51)的下方，底板(7)上方，支撑块下滑动装置(54)位于下支撑块(55)的上方，底板(7)下方，支撑块连接轴(53)穿过底板(7)与上支撑块(51)固定，并穿过下支撑块(55)的通孔与支撑块预紧螺母(531)相连。

3.根据权利要求1所述的一种拉压剪切复合实验设备，其特征在于，上支撑梁(123)和下支撑梁(127)为圆柱结构，两端加工螺纹，穿过剪切两侧剪切支撑板(122、124)，两侧剪切支撑板两侧均安装支撑梁位置调整结构(126)，支撑梁位置调整结构(126)有内螺纹与上、下支撑梁(123、127)外螺纹配合，下支撑梁(127)与剪切丝杠(63)在同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种拉压剪切复合实验设备，其特征在于剪切带轮(67)通过底板(7)侧面固定的剪切带轮支撑板(8)上的剪切中间减速机构(9)上的同步带轮组连接到剪切伺服电机(10)上。