CN209673511U - 一种原位拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种原位拉伸装置。本实用新型的基座通过螺纹固定于扫描电子显微镜的工作台上，利用扫描电子显微镜工作台将被拉伸工件的待观察区域移至扫描电子显微镜的正下方。步进电机通过两级蜗轮蜗杆减速装置带动双螺旋丝杠低速旋转，所述双螺旋丝杠带动一对夹具实现等速、反向的拉伸运动。本实用新型原位拉伸装置工作于扫描电子显微镜真空环境内，结构简单，稳定可靠。利用其进行材料拉伸实验，便于更好地分析材料微观变形；其次，采用自润滑轴套与轴承座的配合，防止润滑剂对扫描电镜真空环境造成影响；同时，通过可拆卸连接件及夹具体的特殊结构可实现对板状和棒状两种工件的拉伸实验。

Description

一种原位拉伸装置

技术领域

本实用新型涉及一种机械装置，具体而言，涉及一种应用于扫描电子显微镜真空环境下的原位拉伸装置。

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。目前国内的材料拉伸装置主要是在大气环境下工作的，无法对材料在拉伸过程中的结构变形实现高分辨率的原位观测，造成了材料分析的局限性。而国外相关的原位拉伸平台结构复杂、价格昂贵。此外，现有拉伸机采用一端固定，一端拉伸的方法，使得材料待观察区域处于移动的状态，给观测设备对材料断裂区的实时捕捉带来困难。随着材料科学技术的发展，学者们更注重材料拉伸装置的灵活性与可观测性，因此有必要实用新型一种解决上述问题的原位拉伸装置，应用在扫描电子显微镜真空环境中对板状和棒状材料进行分析。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，突破现有拉伸装置的局限，提供一种基于扫描电子显微镜在线观测的原位拉伸装置，有效解决背景技术中存在的问题，灵活实现不同材料在拉伸过程中的微观变形分析。

本实用新型的目的是通过下述方案实现的：

一种原位拉伸装置，其特征是，包括基座、步进电机、第一级蜗轮蜗杆减速装置和第二级蜗轮蜗杆减速装置，基座通过螺纹固定于扫描电子显微镜的工作台上，步进电机固定在基座上，其输出轴通过联轴器与第一级蜗轮蜗杆减速装置的蜗杆轴相连，驱动涡轮旋转；第一级蜗轮蜗杆减速装置的涡轮轴驱动第二级蜗轮蜗杆装置的涡杆轴实现二次减速；第二级蜗轮蜗杆减速装置的涡轮轴加工成双螺旋丝杠，两个载物台的底面分别通过螺纹与双螺旋丝杠的两段螺纹进行连接，每个载物台的表面设置半圆柱形凹槽，基座上在双螺旋丝杠的两侧分别安装滑轨，被拉伸工件的两端通过一对夹具分别固定在两个载物台上，通过载物台与丝杠的螺旋配合及滑轨的导向作用，使得被拉伸工件在双螺旋丝杠旋转时作同速、反向的运动。

固定在基座上的滑动轴承与第二级蜗轮蜗杆装置的涡杆轴相邻设置，双螺旋丝杠穿过滑动轴承，双螺旋丝杠与滑动轴承的轴承座之间设置过渡轴套，轴套和轴承座均采用自润滑材料。

所述双螺旋丝杠采用超精密加工制成，两侧螺纹的螺距相同，旋向相反。

被拉伸工件为棒状，夹具与棒状被拉伸材料相接触的面为与其相配合的半圆柱形形状。

被拉伸工件为板状，载物台表面的半圆柱形凹槽内放置与之相适应的半圆柱形填块。

本实用新型采用两级蜗轮蜗杆减速装置，并且可减小拉伸装置尺寸，使结构紧凑。

本实用新型具有以下有益效果：材料的拉伸过程可在扫描电镜的在线高分辨率观测下进行，便于更好地分析材料微观变形；采用自润滑轴套与轴承座的配合，防止润滑剂对扫描电镜真空环境造成影响；通过可拆卸连接件及夹具体的特殊结构可实现对板状和棒状两种工件的拉伸实验。

附图说明

图1是本实用新型中原位拉伸装置的结构示意图；

图2是本实用新型中自润滑滑动轴承分解结构示意图；

图3是本实用新型中夹具分解结构示意图；

图4是本实用新型中的双螺旋丝杠结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的有益效果易于理解，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1原位拉伸装置结构图和图2、图3的局部结构分解图。

整体的原位拉伸装置具有：基座1、步进电机2、第一级蜗轮蜗杆减速装置3和第二级蜗轮蜗杆减速装置4、轴承座5、自润滑轴套10、夹具7、载物台11、半圆柱形填块12、双螺旋丝杠8、滑轨9、联轴器13。

基座1通过螺纹固定在扫描电镜工作台上，该工作台具有x、y、z、r、t方向自由度。x、y、r轴用于将被拉伸工件快速移动至扫描电镜观察视野范围内，且便于不同位置的材料拉伸变形。z轴用于调整工件与扫描电镜极靴之间的距离，改善扫描电镜分辨率。t轴用于使整体拉伸装置倾斜一定角度(-10～52°)，便于利用扫描电镜观察工件拉伸断裂后的断口形貌。

步进电机2固定在基座1上，其输出轴通过联轴器13与第一级蜗轮蜗杆减速装置3的蜗杆轴相连，驱动涡轮旋转；第一级蜗轮蜗杆减速装置的涡轮轴驱动第二级蜗轮蜗杆装置4的涡杆轴实现二次减速，并改变传动方向，使整体拉伸装置结构紧凑，满足扫描电镜真空腔对拉伸装置空间尺寸上的限制。将第二级蜗轮蜗杆减速装置的涡轮轴加工成双螺旋丝杠8结构，两个载物台的底面分别通过螺纹与双螺旋丝杠8的两段螺纹进行连接，双螺旋丝杠8的两侧在基座上分别安装滑轨9，被拉伸工件6的两端通过一对夹具7分别固定在两个载物台11上，通过载物台11与丝杠8的螺旋配合及滑轨9的导向作用，使得在双螺旋丝杠8旋转时，一对夹具7和载物台11带动工件6作同速、反向的运动实现对材料的拉伸。所述双螺旋丝杠为正、反旋向，螺距相同。

参见图2，定在基座上的滑动轴承与第二级蜗轮蜗杆装置的涡杆轴相邻设置，双螺旋丝杠穿过固滑动轴承，为避免润滑剂(脂)对扫描电镜真空环境造成影响，无法实现高分辨率成像，双螺旋丝杠8与轴承座5之间采用过渡轴套10。轴套10和轴承座5均采用自润滑材料，轴套10与双螺旋丝杠8采用过盈配合。

参见图3，夹具体结构包括夹具7、载物台11、半圆柱形填块12。当被拉伸工件6为板状材料时，将半圆柱形填块12通过M2螺钉固定在载物台11上，使被拉伸工件6的位置成为平面，通过M3螺钉连接夹具7和载物台11并将板状工件夹紧。当被拉伸工件6为棒状材料时，半圆柱形填块12，将被拉伸工件6放置于载物台11的圆柱形凹槽内，再利用夹具7一侧的圆柱形结构将棒状工件压紧。通过夹具7的特殊结构及半圆柱形填块12，本实用新型可实现对板状和棒状两种材料的拉伸。

当被拉伸工件6被拉断时，若想通过扫描电镜原位观察端口形貌，首先通过电机2将已断裂的被拉伸工件6的两部分分离一定距离，接着旋转扫描电镜工作台的t轴，将原位拉伸装置倾斜一定角度，最后通过x、y、z、r轴将待观察端口调整至扫描电镜的最佳观测视野。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种原位拉伸装置，其特征是，包括基座、步进电机、第一级蜗轮蜗杆减速装置和第二级蜗轮蜗杆减速装置，基座通过螺纹固定于扫描电子显微镜的工作台上，步进电机固定在基座上，其输出轴通过联轴器与第一级蜗轮蜗杆减速装置的蜗杆轴相连，驱动涡轮旋转；第一级蜗轮蜗杆减速装置的涡轮轴驱动第二级蜗轮蜗杆装置的涡杆轴实现二次减速；第二级蜗轮蜗杆减速装置的涡轮轴加工成双螺旋丝杠，两个载物台的底面分别通过螺纹与双螺旋丝杠的两段螺纹进行连接，每个载物台的表面设置半圆柱形凹槽，基座上在双螺旋丝杠的两侧分别安装滑轨，被拉伸工件的两端通过一对夹具分别固定在两个载物台上，通过载物台与丝杠的螺旋配合及滑轨的导向作用，使得被拉伸工件在双螺旋丝杠旋转时作同速、反向的运动。

2.根据权利要求1所述的原位拉伸装置，其特征在于，固定在基座上的滑动轴承与第二级蜗轮蜗杆装置的涡杆轴相邻设置，双螺旋丝杠穿过滑动轴承，双螺旋丝杠与滑动轴承的轴承座之间设置过渡轴套，轴套和轴承座均采用自润滑材料。

3.根据权利要求1所述的原位拉伸装置，其特征在于，双螺旋丝杠采用超精密加工制成，两段螺纹的螺距相同，旋向相反。

4.根据权利要求1所述的原位拉伸装置，其特征在于，被拉伸工件为棒状，夹具与棒状被拉伸材料相接触的面为与其相配合的半圆柱形形状。

5.根据权利要求1所述的原位拉伸装置，其特征在于，被拉伸工件为板状，载物台表面的半圆柱形凹槽内放置与之相适应的半圆柱形填块。