CN210427244U - 一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，包括：底座为十字型对称结构；下炉体设置在底座中心；上炉体与下炉体相对扣合形成容纳腔，并且上炉体上方中心具有观察孔，上炉体和下炉体的四周连接处中心设置通孔；大旋转轴一端可旋转地垂直设在底座上；图像采集装置，其可转动地设置在大旋转轴的另一端，图像采集装置能够延伸至观察孔上方，用于观察测试试件；四个拉伸测量单元呈十字对称地设置在底座上；导轨，其设置在底座上，与下炉体侧面垂直；滑块，其可滑动地匹配在导轨上；移动拉杆，其一端垂直固定在滑块一端，另一端穿过对应的通孔；试样夹具，其固定在移动拉杆上，位于容纳腔内；二级蜗轮蜗杆传动机构，用于驱动滑块沿导轨滑动。

Description

一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪

技术领域

本实用新型涉及材料力学性能测试仪器领域，尤其涉及一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪。

背景技术

随着国内工业水平的迅猛发展，针对材料力学性能的研究吸引了越来越多研究者的目光。尤其在航天航空、特种加工、冶金制造等领域，对材料在高温环境下的硬度、极限强度、弹性模量等相关力学特性提出了更高的要求。例如飞行器发动机隔热环、航空涡轮功能部件的正常工作环境温度普遍大于1000℃。故此，针对高温环境下各种材料的力学性能研究不仅有助于相关领域内特种零件的加工与制造，还为新型材料的开发与使用奠定了坚实的基础。

由于高温环境下原子的扩散能力增大，材料中空位数量增多以及晶界滑移系的改变或增加，使材料在高温条件下变形机制增多，进一步导致材料的高温性能与室温性能有很大的不同，主要表现为材料的力学性能参数会随着温度的变化而发生非线性变化。传统的材料力学性能测试试验普遍在万能材料试验机上进行，但常规的万能材料试验机体积较大，无法实现多轴拉伸功能，缺乏集成性较强的高温加载模块和微观图像采集模块，且在正常的材料测试实验中，需要多人协调完成设备操作与材料形变观察，实验过程繁琐，较为不便。

实用新型内容

本实用新型为解决目前的技术不足之处，提供了一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，通过将多个装置集成到一起，实现不同材料在高温条件下多方向的拉伸性能测试。

本实用新型提供的技术方案为：一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，包括：

底座，其为十字型对称结构；

下炉体，其设置在所述底座中心；

上炉体，其与所述下炉体相对扣合形成容纳腔，并且所述上炉体上方中心具有观察孔，所述上炉体和所述下炉体的四周连接处中心设置通孔；

大旋转轴，其一端可旋转地垂直设在所述底座上；

图像采集装置，其可转动地设置在所述大旋转轴的另一端，所述图像采集装置能够延伸至所述观察孔上方，用于观察测试试件；

四个拉伸测量单元，其呈十字对称地设置在所述底座上；

其中，所述拉伸测量单元包括：

多个导轨，其设置在所述底座上，与所述下炉体侧面垂直；

多个滑块，其可滑动地匹配在所述导轨上；

移动拉杆，其一端垂直固定在所述滑块一端，另一端穿过对应的所述通孔；

试样夹具，其固定在所述移动拉杆上，位于所述容纳腔内；

二级蜗轮蜗杆传动机构，其设在所述滑块的另一端，用于驱动所述滑块沿所述导轨滑动。

优选的是，所述图像采集装置还包括：

显微镜连接架，其一端可转动地套设在所述大旋转轴上；

小旋转轴，其可转动地竖直设置在所述显微镜连接架另一端；

高度调节架，其可上下滑动地套设在所述小旋转轴外壁；

连接架，其一端与所述高度调节架铰接，另一端与所述显微镜固连；

显微镜，其与所述连接架另一端固连；

其中，所述图像采集装置能够使所述显微镜延伸至所述观察孔上方，用于观察测试试件。

优选的是，所述上炉体还包括：

四个上保温体，其对称嵌入所述上炉体内；

两个上加热体，其分别设置在任意两个相邻的所述上保温体内；

观察镜片，其设置在四个所述保温体的中部。

优选的是，所述下炉体还包括：

四个下保温体，其对称嵌入所述下炉体内；

两个下加热体，其分别设置在任意两个相邻的所述下保温体内。

优选的是，所述二级蜗轮蜗杆传动机构还包括：

电机安装架，其固定在所述底座上，与所述导轨并排设置；

伺服电机，其固定在所述电机安装架上；

第一蜗杆，其固连在所述伺服电机的输出轴上；

蜗杆安装架，其设置在所述导轨的一端；

第二蜗杆，其可转动地设置在所述蜗杆安装架上；

第一涡轮，其固定在所述第二蜗杆的一端，与所述第一蜗杆啮合；

丝杠安装架，其设置在所述蜗杆安装架和所述导轨之间；

丝杆，其可转动地设置在所述丝杆安装架上，一端匹配所述滑块；

第二涡轮，其固定在所述丝杆的另一端，与所述第二蜗杆啮合。

优选的是，所述滑块还包括：

移动滑块，其匹配套设在所述丝杠上；

前端移动滑块，其与所述移动拉杆固连；

力学传感器安装架，其一端固连所述移动滑块；

力学传感器，其一端固连所述力学传感器安装架另一端，另一端固连所述前端移动滑块；

位移传感器，其设置在所述导轨外侧，与所述前端移动滑块连接。

优选的是，所述的试样夹具还包括：

夹具主体，其一端与所述移动拉杆固连，另一端具有凹槽，所述凹槽用于放置夹具；

夹具固定环，其具有固定孔，所述夹具固定环套设在所述夹具主体外；

其中，所述固定孔与所述凹槽连通；

试样压块，其设置在所述凹槽内，用于压紧所述夹具；

压块紧固销，其匹配在所述固定孔内，固定所述试样压块。

本实用新型所述的有益效果：搭载了高温装置与图像采集装置，具有较高的集成性；在高温条件下进行拉伸试验时能够同步观察并记录试样的形貌变化，并将试样的形貌变化图像与实验过程中试样的位移变化数据与力学参数变化数据同步起来，形成一个完整的实验结果，具有极强的便捷性和可操作性；伺服电机通过二级蜗轮蜗杆减速，能够为试样提供一个更加平稳、精确的拉伸力，大大提高了实验结果的精确度；实验中各个模块的聚合性较高，耦合性较低，使整机的互换性和扩展性得到极大提高，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型的所述慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪的整体结构示意图；

图2为本实用新型的所述慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪不含高温装置的整体结构示意图；

图3为本实用新型的高温装置结构示意图；

图4为本实用新型的高温装置中的下炉体结构俯视示意图；

图5为本实用新型的高温装置中的上炉体结构仰视示意图；

图6为本实用新型的高温装置中的上炉体结构剖视示意图；

图7为本实用新型的拉伸及测量单元结构示意图；

图8为本实用新型的包含试样的试样夹具结构示意图；

图9为本实用新型的试样结构示意图。

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所示，本实用新型的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪整体采用卧式结构，图像采集装置、高温装置、十字原位拉伸装置通过底座8装配在一起，十字原位拉伸装置由四个相同的拉伸及测量单元组成，四个拉伸及测量单元呈十字分布安装在底座上，实现试样在四个方向上的同步或异步拉伸。其中，每个拉伸及测量单元包括驱动单元，驱动单元通过减速及传动单元与测量单元相连接，测量单元进一步与试样加载单元相连，保证试样在进行拉伸试验时可以测量并反馈试样的形变情况和力学变化情况。另外，试样拉伸试验在高温环境下进行，并通过图像采集装置将高温试样拉伸的全过程的形貌变化进行同步反馈。

如图1-2所示，底座8为十字型对称结构；高温装置设置在所述底座8的中心，包括上炉体11和下炉体10，下炉体10固定在底座8的中心，所述上炉体11扣合在所述上炉体10上，在上炉体11上方中心具有观察孔，所述上炉体11和所述下炉体10连接处的四周中心设置通孔；在底座8的交叉处旁设置安装座7，安装座7上可转动地垂直设置大旋转轴6，大旋转轴6的上端可转动地设置图像采集装置。图像采集装置可绕大旋转轴6转动，并且其显微镜能够延伸至观察孔的上方。四个拉伸测量单元呈十字对称地设置在所述底座8上；所述拉伸测量单元包括：两条平行间隔设置的导轨25-1和25-2，设置在所述底座上，导轨的延伸方法与所述下炉体侧面垂直；滑块可滑动地匹配在所述导轨25-1和25-2上；移动拉杆22-1的一端垂直固定在所述滑块一端，另一端穿过对应的所述通孔；试样夹具23固定在所述移动拉杆22-1上，位于所述高温装置内；二级蜗轮蜗杆传动机构设在所述滑块的另一端，用于驱动所述滑块沿所述导轨滑动。

如图1-2所示，图像采集装置包括：显微镜连接架5的一端可转动地套设在大旋转轴6上方，另一端设置可转动的小旋转轴4，在销旋转轴4上套设可上下移动的高度调节架3，能够调节固定高度。连接架2一端与高度调节架3铰接，另一端固连显微镜1。

如图3-9所示，所述下炉体与底座8螺栓连接，四个下保温体对称嵌入所述下炉体箱体10-7内；四个下保温体分别为：下保温体a(10-1)、下保温体b(10-2)、下保温体c(10-3)、下保温体d(10-4)。两个下加热体10-5和10-6分别嵌入到下保温体a(10-1)和下保温体b(10-2)上。

所述上炉体还包括：四个上保温体，其对称嵌入所述上炉体内；四个上保温体包括：上保温体e(11-1)、上保温体f(11-2)、上保温体g(11-3)、上保温体h(11-4)分别嵌入到上炉体箱体11-7内，上加热体c(11-5)、上加热体d(11-6)分别嵌入到上保温体g(11-3)、上保温体h(11-4)上，观察镜片11-8安装在上保温体e(11-1)、上保温体f(11-2)、上保温体g(11-3)、上保温体h(11-4)的凹槽内，便于使用显微镜采集图像。

如图7-9所示，拉伸测量单元的结构主要包括：底座8上方设置小底板24，在小底板24上方设置电机安装架14，伺服电机13安装在电机安装架14上，伺服电机通过联轴器15与第一蜗杆16-1连接。一对蜗杆安装架20-1和20-2间隔设置在所述导轨的一端；第二蜗杆17-2通过轴承可转动地设置在所述蜗杆安装架20-1上；第一涡轮17-1固定在所述第二蜗杆17-2的一端，与所述第一蜗杆啮合；丝杠安装架18-1设置在所述蜗杆安装架和所述导轨之间；丝杆19可转动地设置在所述丝杆安装架上，一端匹配所述滑块；第二涡轮16-2固定在所述丝杆19的另一端，与所述第二蜗杆17-2啮合。

所述滑块还包括：移动滑块18-2匹配套设在所述丝杠上，在导轨25-1和25-2上进行水平移动，移动滑块18-2与力学传感器安装架21-1的一端螺栓连接，传感器安装架21-1与力学传感器21-2螺纹连接，力学传感器21-2与前端移动滑块18-3螺纹连接，前端移动滑块18-3与移动拉杆22-1螺栓连接，移动拉杆22-1与夹具安装块22-2螺纹连接，夹具安装块22-2通过连接销22-3与试样夹具23连接，前端移动滑块18-3)侧面与位移传感器21-3连接，便于测量试样形变数值。

所述的试样夹具23还包括：夹具主体23-1一端匹配在夹具安装块22-2内，夹具安装块22-2和夹具主体23-1上相对位置分别设置安装孔，连接销22-3贯穿安装孔，连接固定夹具安装块22-2和夹具主体23-1。夹具主体23-1的另一端具有凹槽，所述凹槽用于放置夹具；夹具固定环23-3具有固定孔，所述夹具固定套设在所述夹具主体外，所述固定孔与所述凹槽连通；试样压块23-2设置在所述凹槽内，用于压紧所述夹具；压块紧固销23-4匹配在所述固定孔内，固定所述试样压块。试样26一端装入夹具主体23-1的凹槽内，利用试样压块23-2压紧，将夹具固定环套在夹具主体23-1上，将压块紧固销23-4安装到夹具固定环23-3内，压紧试样压块23-2，压块紧固销23-4与夹具固定环23-3螺纹连接。

本实用新型提供的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪由于整体结构呈十字型对称，在阐述时只取其中一个方向进行描述，其余三个方向工作原理一致。在使用时将上炉体11取下，试样装入夹具主体23-1的凹槽内，进一步取试样压块23-2放入夹具主体23-1的凹槽内，使试样压块23-2和夹具主体23-1将试样26夹在中间，调整夹具固定环23-3的位置，并将压块紧固销23-4装入调整夹具固定环23-3，确保压块紧固销23-4将试样压块(23-2)顶紧，保证试样放置的稳定性，完成试样装夹，效果参见图8。

将上炉体11与下炉体10扣合，通过绕小旋转轴4及大旋转轴6转动，调整显微镜1的位置，确保显微镜1镜头处于观察镜片11-8的正上方，便于采集试样形貌变化的图像。

如图7所示，所述的拉伸及测量单元中，第一蜗杆16-1、第二蜗杆17-2与第二蜗轮16-2、第一蜗轮17-1共同组成二级蜗轮蜗杆减速装置。工作时，伺服电机13提供的驱动力，经二级蜗轮蜗杆减速传导至丝杠19，丝杠19、移动滑块18-2、导轨25-1、25-2共同组成丝杠运动副，将丝杠19的旋转运动转化为移动滑块18-2在导轨25-1、25-2方向上的直线运动，移动滑块18-2与力学传感器安装架21-1螺栓连接，力学传感器安装架21-1与力学传感器21-2螺纹连接，力学传感器21-2与前端移动滑块18-3螺纹连接，前端移动滑块18-3与移动拉杆22-1螺栓连接，移动拉杆22-1与夹具安装块22-2螺纹连接，夹具安装块22-2通过连接销22-3与试样夹具23连接，前端移动滑块18-3与位移传感器21-3连接，移动滑块18-2的直线运动会通过力学传感器21-2传递给前端移动滑块18-3进而传递给试样，而前端移动滑块18-3的运动则会带动位移传感器21-3，这样可以采集到整个实验过程中的力学参数变化与位移参数变化，并反馈给伺服电机组成一个闭环控制，极大地保证了试验结果的准确性。其他三个方向，机构的工作原理相同。

本实用新型的整体尺寸为1010mm×1010mm×480mm，各功能部件集成于底座8上，便于观察高度的调整。通过显微镜、力学传感器以及位移传感器的同步反馈，整个实验过程仅需要1至2人便可完成，操作简单，便携性强。

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 (7)

1.一种慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，包括：

底座，其为十字型对称结构；

下炉体，其设置在所述底座中心；

上炉体，其与所述下炉体相对扣合形成容纳腔，并且所述上炉体上方中心具有观察孔，所述上炉体和所述下炉体的四周连接处中心设置通孔；

大旋转轴，其一端可旋转地垂直设在所述底座上；

图像采集装置，其可转动地设置在所述大旋转轴的另一端，所述图像采集装置能够延伸至所述观察孔上方，用于观察测试试件；

四个拉伸测量单元，其呈十字对称地设置在所述底座上；

其中，所述拉伸测量单元包括：

多个导轨，其设置在所述底座上，与所述下炉体侧面垂直；

多个滑块，其可滑动地匹配在所述导轨上；

移动拉杆，其一端垂直固定在所述滑块一端，另一端穿过对应的所述通孔；

试样夹具，其固定在所述移动拉杆上，位于所述容纳腔内；

二级蜗轮蜗杆传动机构，其设在所述滑块的另一端，用于驱动所述滑块沿所述导轨滑动。

2.根据权利要求1所述的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，所述图像采集装置还包括：

显微镜连接架，其一端可转动地套设在所述大旋转轴上；

小旋转轴，其可转动地竖直设置在所述显微镜连接架另一端；

高度调节架，其可上下滑动地套设在所述小旋转轴外壁；

连接架，其一端与所述高度调节架铰接，另一端与所述显微镜固连；

显微镜，其与所述连接架另一端固连；

其中，所述图像采集装置能够使所述显微镜延伸至所述观察孔上方，用于观察测试试件。

3.根据权利要求1所述的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，所述上炉体还包括：

四个上保温体，其对称嵌入所述上炉体内；

两个上加热体，其分别设置在任意两个相邻的所述上保温体内；

观察镜片，其设置在四个所述保温体的中部。

4.根据权利要求3所述的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，所述下炉体还包括：

四个下保温体，其对称嵌入所述下炉体内；

两个下加热体，其分别设置在任意两个相邻的所述下保温体内。

5.根据权利要求4所述的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，所述二级蜗轮蜗杆传动机构还包括：

电机安装架，其固定在所述底座上，与所述导轨并排设置；

伺服电机，其固定在所述电机安装架上；

第一蜗杆，其固连在所述伺服电机的输出轴上；

蜗杆安装架，其设置在所述导轨的一端；

第二蜗杆，其可转动地设置在所述蜗杆安装架上；

第一涡轮，其固定在所述第二蜗杆的一端，与所述第一蜗杆啮合；

丝杆安装架，其设置在所述蜗杆安装架和所述导轨之间；

丝杆，其可转动地设置在所述丝杆安装架上，一端匹配所述滑块；

第二涡轮，其固定在所述丝杆的另一端，与所述第二蜗杆啮合。

6.根据权利要求5所述的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，所述滑块还包括：

移动滑块，其匹配套设在所述丝杆上；

前端移动滑块，其与所述移动拉杆固连；

力学传感器安装架，其一端固连所述移动滑块；

力学传感器，其一端固连所述力学传感器安装架另一端，另一端固连所述前端移动滑块；

位移传感器，其设置在所述导轨外侧，与所述前端移动滑块连接。

7.根据权利要求6所述的慢拉伸高温原位十字拉伸测试仪，其特征在于，所述的试样夹具还包括：

夹具主体，其一端与所述移动拉杆固连，另一端具有凹槽，所述凹槽用于放置夹具；

夹具固定环，其具有固定孔，所述夹具固定环套设在所述夹具主体外；

其中，所述固定孔与所述凹槽连通；

试样压块，其设置在所述凹槽内，用于压紧所述夹具；

压块紧固销，其匹配在所述固定孔内，固定所述试样压块。

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