CN209327112U - 一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，包括：基座水平台；两个滚珠丝杠，其沿所述基座水平台轴向设置在所述基座水平台径向两侧，所述滚珠丝杠轴向两侧分别设置有螺纹方向相反的外螺纹，且所述滚珠丝杠能够绕其轴向旋转；两个滑块连接板，其沿所述基座水平台轴向设置在所述滚珠丝杠轴向两侧，且两端分别穿过所述滚珠丝杠，并与所述滚珠丝杠螺纹连接；相对设置的两个夹板，其分别可拆卸固定设置在对应所述滑块连接板相对一侧，用于夹紧测试工件；两个第一蜗轮，其分别固定设置在对应所述滚珠丝杠轴向同侧；第一蜗杆，其可旋转设置在所述第一蜗轮下方的基座水平台上，且与所述第一蜗轮啮合，用于驱动所述第一蜗轮旋转。

Description

一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪

技术领域

本实用新型涉及疲劳测试技术领域，更具体的是，本实用新型涉及一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪。

背景技术

在日益成熟的拉伸测试技术、疲劳测试技术的机械领域中，基本上能满足材料强度和疲劳测试的力学性能测试需求，也有一些配有光学显微镜的测试仪设备出现，但在解决疲劳测试实验周期长、费用高，材料力学性能测试中对测试工件实时动态进行观测，测试工件在一定载荷或一定变形的基础上，即在预有载荷的情况下进行中低频拉伸疲劳测试，保证测试设备的小型化的同时具有高精度、准确性的测量等问题上仍有不足。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，通过蜗轮蜗杆的减速和换向，经过滚珠丝杠将拉力加载在两侧夹具上，并加载至测试工件，使得测试工件达到同时向两个方向对称延伸的效果，提高拉力加载的精度。

本实用新型还通过压电叠堆致动，经由柔性铰链，产生稳定的变形量和载荷输出，使得测试工件在一定载荷或一定变形的基础上，即在预有载荷的情况下进行中低频拉伸疲劳测试。

本实用新型提供的技术方案为：

一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，包括：

基座水平台；以及

两个滚珠丝杠，其沿所述基座水平台轴向设置在所述基座水平台径向两侧，所述滚珠丝杠轴向两侧分别设置有螺纹方向相反的外螺纹，且所述滚珠丝杠能够绕其轴向旋转；

两个滑块连接板，其沿所述基座水平台轴向设置在所述滚珠丝杠轴向两侧，且两端分别穿过所述滚珠丝杠，并与所述滚珠丝杠螺纹连接；

相对设置的两个夹板，其分别可拆卸固定设置在对应所述滑块连接板相对一侧，用于夹紧测试工件；

两个第一蜗轮，其分别固定设置在对应所述滚珠丝杠轴向同侧；

第一蜗杆，其可旋转设置在所述第一蜗轮下方的基座水平台上，且与所述第一蜗轮啮合，用于驱动所述第一蜗轮旋转；

其中，当所述滚珠丝杠顺时针旋转时，所述滑块连接板带动对应所述夹板相向运动，当所述滚珠丝杠逆时针旋转时，所述滑块连接板带动对应所述夹板背向运动。

优选的是，还包括：

第二蜗轮，其固定设置在所述第一蜗杆轴向一侧；

第二蜗杆，其设置在所述第二蜗轮上方，且与所述第二蜗轮啮合，用于驱动所述第二蜗轮旋转；

直流电机，其固定设置在所述基座水平台径向另一侧，且输出轴与所述第二蜗杆固定连接，用于驱动所述第二蜗杆旋转。

优选的是，还包括：

柔性铰链，其固定设置在其中一个所述滑块连接板上；

压电叠堆，其固定设置在所述柔性铰链上，且与所述直流电机电连接；

旋转编码器，其设置在所述直流电机上，用于驱动所述直流电机工作。

优选的是，还包括：

光栅尺，其沿所述基座水平台轴向固定设置在所述基座水平台径向一侧；

两个光栅读数头，其可滑动设置在所述光栅尺上，且分别与对应所述夹板固定连接。

优选的是，还包括：

拉力传感器垫板，其固定设置另一个所述滑块连接板外侧的基座水平台上；

拉力传感器，其固定设置在所述拉力传感器垫板上，且与另一个所述滑块连接板连接，用于检测拉力大小。

优选的是，所述滑块连接板还包括：

凹槽，其沿所述基座水平台轴向设置在所述滑块连接板顶面中部；

滑轨，其为矩形凸起，且轴向固定设置在所述凹槽内；

滑块，其过盈设置在所述滑轨上，所述柔性铰链固定设置在所述滑块上，所述夹板分别可拆卸固定设置在对应所述滑块上；

垫板，其垂直固定设置在对应所述滑块上，且紧靠对应所述夹板设置。

优选的是，所述光栅读数头还包括：

固定板，其垂直固定设置在所述光栅读数头上；

支角，其为L型，且一端与所述固定板顶端固定连接；

连接板，其一端与所述支角另一端固定连接，另一端与所述垫板固定连接。

优选的是，还包括：

第一支座，其固定设置在所述基座水平台四角，所述滚珠丝杠轴向两端分别可旋转设置在所述支座上；

第二支座，其固定设置在所述基座水平台径向另一侧，用于固定所述直流电机；

第三支座，其靠近所述第二支座设置，用于支撑所述直流电机的输出轴；

槽板，其沿所述基座水平台轴向固定设置在所述基座水平台径向一侧，用于固定所述光栅尺。

优选的是，所述第一蜗杆之间通过第一联轴器连接；所述直流电机的输出轴和所述第二蜗杆之间通过第二联轴器连接。

优选的是，所述夹板通过螺栓与对应所述滑块可拆卸固定连接。

本实用新型所述的有益效果：

(1)本实用新型提供的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，通过二级蜗轮蜗杆的减速和换向，经过滚珠丝杠将拉力加载在两侧夹具上，并加载至测试工件，使得测试工件达到同时向两个方向对称延伸的效果，便于原位观测测试工件的变化，提高拉力加载的精度。

(2)本实用新型还通过压电叠堆致动，经由柔性铰链，产生稳定的变形量和载荷输出，使得测试工件在一定载荷或一定变形的基础上，即在预有载荷的情况下进行中低频拉伸疲劳测试，进一步分析除现有降低疲劳周期的因素外，疲劳周期降低的其他成因。

(3)本实用新型还通过光栅读数头测量位移变化量，提高了拉伸位移分辨率和精度；通过高分辨率的拉力传感器，使得采集到的拉力数值更精确、精度更高；通过旋转编码器对直流电机进行定量控制，保证测试工件的形变量；通过以上三种数值，进行精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪的闭环控制，确保测试工件相关参数的准确性和精度。

附图说明

图1为本实用新型所述精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪的结构示意图。

图2为本实用新型所述第一滑块连接板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、2所示，本实用新型提供一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，包括：基座水平台100；在所述基座水平台100四角固定设置第一支座101，第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B轴向两端分别可旋转设置在支座101上。

两个滚珠丝杠即第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B，其沿所述基座水平台100轴向设置在所述基座水平台100径向两侧，所述第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B轴向两侧分别设置有螺纹方向相反的外螺纹，且所述滚珠丝杠能够绕其自身轴向旋转，使得螺纹连接设置在第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B轴向两侧的滑块连接板120A和120B在第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B旋转时，能够相向运动或者背向运动。

两个滑块连接板即第一滑块连接板120A和第二滑块连接板120B，其沿所述基座水平台轴向设置在所述第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B轴向两侧，且两端分别穿过第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B，并与所述滚珠丝杠螺纹连接，使得第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B旋转时，第一滑块连接板120A和第二滑块连接板120B能够相对第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B运动。

相对设置的两个夹板即第一夹板130A和第二夹板130B，其分别可拆卸固定设置在对应所述滑块连接板相对一侧，一般通过螺栓可拆卸固定连接，用于夹紧测试工件两端。

以第一滑块连接板120A为例具体说明一下第一滑块连接板120A的结构，第二滑块连接板的结构与第一滑块连接板120A的结构一致，在此不做赘述。沿所述基座水平台轴向设置在所述第一滑块连接板120A顶面中部设置有凹槽121；在所述凹槽121内轴向固定设置滑轨122，其为矩形凸起。与滑轨122过盈配合设置有滑块123，即滑块123固定设置在滑轨122上，第一夹板130A可拆卸固定设置在对应滑块123上。在滑块123上还垂直固定设置有垫板124，其紧靠一点夹板130A设置。

两个第一蜗轮即140A和140B，其分别固定设置在第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B轴向同侧。

第一蜗杆150，其通过第四支座152可旋转设置在所述第一蜗轮140A和140B下方的基座水平台100上，且与所述第一蜗轮140A和140B啮合，用于驱动所述第一蜗轮140A和140B旋转，进而带动第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B旋转，第一蜗杆150之间通过第一联轴器151连接。

当第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B顺时针旋转时，第一滑块连接板120A和第二滑块连接板120B带动对应第一夹板130A和第二夹板130B相向运动，当第一滚珠丝杠110A和第二滚珠丝杠110B逆时针旋转时，第一滑块连接板120A和第二滑块连接板120B带动对应第一夹板130A和第二夹板130B背向运动。

第二蜗轮160，其固定设置在所述第一蜗杆150轴向一侧；第二蜗杆161，其设置在所述第二蜗轮160上方，且与所述第二蜗轮160啮合，用于驱动所述第二蜗轮160旋转；直流电机170，其通过第二支座171固定设置在所述基座水平台100径向另一侧，且输出轴与所述第二蜗杆161固定连接，用于驱动所述第二蜗杆161旋转。所述直流电机的输出轴和所述第二蜗杆161之间通过第二联轴器162连接。所述直流电机的输出轴通过第三支座172支撑。直流电机170尾端设置有旋转编码器173，用于驱动所述直流电机170工作。

通过二级蜗轮蜗杆的减速和换向，经过滚珠丝杠将拉力加载在两侧夹具上，并加载至测试工件，使得测试工件达到同时向两个方向对称延伸的效果，便于原位观测测试工件的变化，提高拉力加载的精度。

柔性铰链180，其固定设置在第一滑块连接板120A上，即固定设置在滑块123上；在柔性铰链180上固定设置有压电叠堆181，其与直流电机170电连接。

通过压电叠堆致动，经由柔性铰链，产生稳定的变形量和载荷输出，使得测试工件在一定载荷或一定变形的基础上，即在预有载荷的情况下进行中低频拉伸疲劳测试，进一步分析除现有降低疲劳周期的因素外，疲劳周期降低的其他成因。

槽板191，其沿所述基座水平台100轴向固定设置在所述基座水平台100径向一侧，用于固定光栅尺190。两个光栅读数头即第一光栅读数头192A和192B，其可滑动设置在所述光栅尺190上，且分别与第一夹板130A和第二夹板130B固定连接。

以第一光栅读数头192A为例具体说明一下第一光栅读数头192A的结构，第二光栅读数头的结构与第一光栅读数头192A的结构一致，在此不做赘述。在第一光栅读数头192A上垂直固定设置固定板193；支角194，其为L型，且一端与所述固定板193顶端固定连接；连接板195，其一端与所述支角194另一端固定连接，另一端与垫板124固定连接。

拉力传感器垫板200，其固定设置第二滑块连接板120B外侧的基座水平台100上；拉力传感器210，其固定设置在所述拉力传感器垫板200上，且与第二滑块连接板120B连接，用于检测拉力大小。

本实用新型还通过光栅读数头测量位移变化量，提高了拉伸位移分辨率和精度；通过高分辨率的拉力传感器，使得采集到的拉力数值更精确、精度更高；通过旋转编码器对直流电机进行定量控制，保证测试工件的形变量；通过以上三种数值，进行精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪的闭环控制，确保测试工件相关参数的准确性和精度。

工作过程：

将测试工件两端用第一夹板130A和第二夹板130B夹紧，通过压电叠堆致动，经由柔性铰链，产生稳定的变形量和载荷输出，使得测试工件在一定载荷或一定变形的基础上，通过旋转编码器173控制直流电机工作，直流电机旋转带动第二蜗杆161转动，进而带动第二蜗轮160转动，再带动第一蜗杆150转动，从而带动第一蜗轮140A和140B旋转，使得第一滑块连接板120A和第二滑块连接板120B带动对应第一夹板130A和第二夹板130B背向运动，使得待测工件同时向两个方向对称拉伸，通过拉力传感器检测拉力的大小，通过第一光栅读数头192A和第二光栅读数头192B测量拉伸位移变化量，对测试工件进行实时的原位观察，辅助一些关于载荷下材料物理变化的研究，解释材料在微纳米尺度下的疲劳损伤及断裂机制。测试完成后，使得第一滑块连接板120A和第二滑块连接板120B带动对应第一夹板130A和第二夹板130B相向运动复位。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，包括：

基座水平台；以及

两个滚珠丝杠，其沿所述基座水平台轴向设置在所述基座水平台径向两侧，所述滚珠丝杠轴向两侧分别设置有螺纹方向相反的外螺纹，且所述滚珠丝杠能够绕其轴向旋转；

两个滑块连接板，其沿所述基座水平台轴向设置在所述滚珠丝杠轴向两侧，且两端分别穿过所述滚珠丝杠，并与所述滚珠丝杠螺纹连接；

相对设置的两个夹板，其分别可拆卸固定设置在对应所述滑块连接板相对一侧，用于夹紧测试工件；

两个第一蜗轮，其分别固定设置在对应所述滚珠丝杠轴向同侧；

第一蜗杆，其可旋转设置在所述第一蜗轮下方的基座水平台上，且与所述第一蜗轮啮合，用于驱动所述第一蜗轮旋转；

其中，当所述滚珠丝杠顺时针旋转时，所述滑块连接板带动对应所述夹板相向运动，当所述滚珠丝杠逆时针旋转时，所述滑块连接板带动对应所述夹板背向运动。

2.如权利要求1所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，还包括：

第二蜗轮，其固定设置在所述第一蜗杆轴向一侧；

第二蜗杆，其设置在所述第二蜗轮上方，且与所述第二蜗轮啮合，用于驱动所述第二蜗轮旋转；

直流电机，其固定设置在所述基座水平台径向另一侧，且输出轴与所述第二蜗杆固定连接，用于驱动所述第二蜗杆旋转。

3.如权利要求2所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，还包括：

柔性铰链，其固定设置在其中一个所述滑块连接板上；

压电叠堆，其固定设置在所述柔性铰链上，且与所述直流电机电连接；

旋转编码器，其设置在所述直流电机上，用于驱动所述直流电机工作。

4.如权利要求3所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，还包括：

光栅尺，其沿所述基座水平台轴向固定设置在所述基座水平台径向一侧；

两个光栅读数头，其可滑动设置在所述光栅尺上，且分别与对应所述夹板固定连接。

5.如权利要求4所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，还包括：

拉力传感器垫板，其固定设置另一个所述滑块连接板外侧的基座水平台上；

拉力传感器，其固定设置在所述拉力传感器垫板上，且与另一个所述滑块连接板连接，用于检测拉力大小。

6.如权利要求5所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，所述滑块连接板还包括：

凹槽，其沿所述基座水平台轴向设置在所述滑块连接板顶面中部；

滑轨，其为矩形凸起，且轴向固定设置在所述凹槽内；

滑块，其过盈设置在所述滑轨上，所述柔性铰链固定设置在所述滑块上，所述夹板分别可拆卸固定设置在对应所述滑块上；

垫板，其垂直固定设置在对应所述滑块上，且紧靠对应所述夹板设置。

7.如权利要求6所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，所述光栅读数头还包括：

固定板，其垂直固定设置在所述光栅读数头上；

支角，其为L型，且一端与所述固定板顶端固定连接；

连接板，其一端与所述支角另一端固定连接，另一端与所述垫板固定连接。

8.如权利要求4-7中任意一项所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，还包括：

第一支座，其固定设置在所述基座水平台四角，所述滚珠丝杠轴向两端分别可旋转设置在所述支座上；

第二支座，其固定设置在所述基座水平台径向另一侧，用于固定所述直流电机；

第三支座，其靠近所述第二支座设置，用于支撑所述直流电机的输出轴；

槽板，其沿所述基座水平台轴向固定设置在所述基座水平台径向一侧，用于固定所述光栅尺。

9.如权利要求2-7中任意一项所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，所述第一蜗杆之间通过第一联轴器连接；所述直流电机的输出轴和所述第二蜗杆之间通过第二联轴器连接。

10.如权利要求1-7中任意一项所述的精密材料微观力学性能原位拉伸疲劳测试仪，其特征在于，所述夹板通过螺栓与对应所述滑块可拆卸固定连接。