一种小型拉伸弯曲装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种小型拉伸弯曲装置，由弯曲加载机构、试件夹持机构、拉伸加载机构和弯曲位移测量装置组成，拉伸加载机构通过电机驱动一级蜗轮蜗杆，再由双向丝杠螺母副将弯曲转化为直线运动将拉伸力加载在试件夹具的两端端，进而将拉伸力加载至测试工件；在夹具一端安装有拉压传感器，用于检测测试工件承受的拉力。通过安装在夹具下方的接触式位移传感器，可以随时监测拉伸的位移；弯曲加载机构通过电机驱动蜗轮蜗杆，再由单向丝杠螺母副将弯曲转化为直线运动，带动安装在丝杠螺母上的基座以及弯曲压头实现往复运动；通过安装在基座上的接触式位移传感器检测弯曲的位移；弯曲压头还安装有微型拉压传感器，可以检测弯曲时压头的受力。
【专利说明】一种小型拉伸弯曲装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种体积小、结构精巧的可用于材料微纳米拉伸弯曲单一及复合力学 性能测试的装置。通过本发明，可以在各类成像仪器的观测下对试件进行原位拉伸和弯曲 测试，对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察。本装置将在材料科学、超加工、固体力 学等领域具有较好的应用前景。
【背景技术】
[0002]原位微纳米力学测试技术是近几年发展起来的前沿技术，受到各国政府和研究机 构的高度关注。微纳米拉伸弯曲力学测试技术具有可以在各类成像仪器的观测下对试件 进行原位拉伸、弯曲以及复合测试和对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察的诸多优 势。相比于传统力学测试技术，微纳米拉伸弯曲力学测试技术目前只被少数的研究人员所 掌握和使用，主要原因是该项技术需要在满足高的测试精度的同时，保证测试仪器的小型 化以及与原位监测设备的兼容性。目前微纳米弯曲力学测试主要集中在透射电子显微镜 (TEM)和扫描电子显微镜(SEM)中开展，两者都具有非常有限的工作腔体，并且需要保证测 试装置与工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，正是这些原因限制了微纳米拉伸弯曲力学 测试技术的快速发展。总体来看，研究高精度、大测试范围、低成本的微纳米拉伸弯曲复合 力学测试装置依然是具有挑战性的工作，同时也是一项紧迫性的工作。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种小型拉伸弯曲装置，本发明体积小、结构精巧，是一种 可用于材料微纳米拉伸弯曲单一以及复合力学性能测试。借助本发明可以实现测试装置 与电镜工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，促进原位微纳米拉伸弯曲力学测试技术的发展。
[0004]本发明是由弯曲加载机构、试件夹持机构、拉伸加载机构和弯曲位移测量装置组 成，所述的弯曲加载机构是由第一电机、第一电机法兰、第一联轴器、第一蜗杆、第一蜗轮、 单向丝杠螺母副、第一丝杠支撑座、第四支座、第一拉压力传感器、弯曲压头组成，驱动第一 电机通过第一电机法兰固定安装在基座上，电机输出轴与第一蜗杆通过第一联轴器连接， 第一蜗杆与第一蜗轮形成一级减速和换向，第一蜗轮安装在单向丝杠螺母副上，然后通过 第一丝杠支撑座安装在基座上，单向丝杠螺母副将第一蜗轮的旋转运动转化为单向直线运 动，带动安装在其上面的第四支座做往复直线运动，第四支座下面安装有第二导轨滑块，并 通过支撑座与基座连接，第四支座上面安装有第一拉压力传感器和弯曲压头，通过往复直 线运动，实现对试件的弯曲加载与卸载；
所述的拉伸加载机构是由第二电机、第二电机法兰、第二联轴器、第二蜗杆、第二蜗轮、 双向丝杠螺母副、第二丝杆支撑座组成，驱动第二电机安装在第二电机法兰上，第二电机法 兰用螺钉安装在基座上，电机输出轴与第二蜗杆轴通过第二联轴器联接。第二蜗杆通过第 二轴承支座用螺钉固定安装基座，并与第二蜗轮形成一级减速和换向。第二蜗轮安装在双向丝杠螺母副上，双向丝杠螺母副通过第二丝杆支撑座安装在基座上，双向丝杠螺母副将 第二蜗轮的旋转运动转化为同步双向直线运动，进而带动安装在螺母副上面的第三支座和 第五支座实现同步双向直线运动，第三支座和第五支座安装在下面的两个第一导轨滑块 上，第一夹具和第二夹具分别固定安装在第三支座和第五支座上，随着做同步双向直线运 动，从而对试件施加拉伸力，而且可以保证试件中心位置不动；
所述的试件夹持机构是由第一夹具和第二夹具、第二拉压力传感器组成，第一夹具用 螺钉安装在第三支座上，用于压紧试件，第二夹具连接有第二拉压力传感器，然后安装在第 五支座上，第一夹具和第二夹具的下面安装有第二位移传感器和第二挡板，在实施拉伸加 载的过程中，通过第二拉压力传感器测量出试件受力的大小，通过第二位移传感器测量出 试件拉伸的位移；
弯曲位移测量装置为第一位移传感器，弯曲位移的测量通过安装基座上的第一位移传 感器测量，第一位移传感器自由端子与安装在第四支座上的第一挡板接触，当第一挡板随 着第四支座往复运动的时候，自由端子也相应的做往复运动，就可以测量出弯曲加载的位 移量；弯曲加载的力值是通过安装在第四支座上的第一拉压力传感器测量出来。
[0005]本发明的工作过程和原理是:
所述的拉伸加载机构安装在基座上，通过一级蜗轮蜗杆减速以及双向丝杠螺母副换 向，将拉伸加载在测试工件上；试件夹持机构包含第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹 具分别安装在第三支座和第五支座上面；弯曲加载机构安装在基座上面，通过一级蜗轮蜗 杆减速以及单向丝杠螺母副换向，单向丝杠螺母副0将旋转运动转化为直线运动，驱动第 四支座进行直线运动，然后带动第一拉压力传感器和弯曲压头进行弯曲加载运动。
[0006]本发明的有益效果:
1、体积小、结构紧凑，拉伸加载力、弯曲加载力以及加载行程大，运动比较稳定，可置于 扫描电镜腔体中，实现原位状态下对试件进行拉伸弯曲测量，与电镜具有很好的兼容性。
[0007]2、可以在各类成像仪器的观测下对试件进行原位拉伸弯曲单一以及复合力学测 试，对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察，并可采集载荷/位移信号，从而揭示材料 在微纳米尺度下的力学特性和损伤机理，推动新材料新工艺、材料科学、超加工、固体力学 等技术的发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的主视图。
[0009]图2是本发明的的俯视图。
[0010]图3是本发明的的右视图。
[0011]图4是本发明的的后视图。
[0012]图中:1.第一电机,2.基座,3.第一电机法兰,4.第一联轴器,5.轴承第一支 座,6.第一蜗杆,7.第一蜗轮,8.丝杠螺母副,9.第一支座，10.第一位移传感器,11.第一 挡板，12.第二电机，13.第二电机法兰，14.第二联轴器，15.第二轴承支座，16.第二蜗 杆，17.第二蜗轮，18.双向丝杠螺母副，19.第二丝杆支撑座，20.支座-2，21.第一导轨滑 块，22.第三支座，23.第二位移传感器，24.第一夹具，25.第一丝杠支撑座，26.第四支座， 27.第一拉压力传感器，28.弯曲压头，29.第二夹具，30.第二拉压力传感器，31.第五支座，32.第二挡板，33.第二导轨滑块，34.支撑座。
【具体实施方式】
[0013]请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明是由弯曲加载机构、试件夹持机构、拉 伸加载机构和弯曲位移测量装置组成，所述的弯曲加载机构是由第一电机1、第一电机法兰
3、第一联轴器4、第一蜗杆6、第一蜗轮7、单向丝杠螺母副8、第一丝杠支撑座25、第四支座 26、第一拉压力传感器27、弯曲压头28组成,驱动第一电机I通过第一电机法兰3固定安 装在基座2上，电机输出轴与第一蜗杆6通过第一联轴器4连接,第一蜗杆6与第一蜗轮7 形成一级减速和换向，第一蜗轮7安装在单向丝杠螺母副8上，然后通过第一丝杠支撑座25 安装在基座2上，单向丝杠螺母副8将第一蜗轮7的旋转运动转化为单向直线运动，带动安 装在其上面的第四支座26做往复直线运动，第四支座26下面安装有第二导轨滑块33，并通 过支撑座34与基座2连接，第四支座26上面安装有第一拉压力传感器27和弯曲压头28， 通过往复直线运动，实现对试件的弯曲加载与卸载；
所述的拉伸加载机构是由第二电机12、第二电机法兰13、第二联轴器14、第二蜗杆16、 第二蜗轮17、双向丝杠螺母副18、第二丝杆支撑座19组成，驱动第二电机12安装在第二电 机法兰13上，第二电机法兰13用螺钉安装在基座2上，电机输出轴与第二蜗杆轴16通过 第二联轴器14联接；第二蜗杆16通过第二轴承支座15用螺钉固定安装基座2，并与第二 蜗轮17形成一级减速和换向。第二蜗轮17安装在双向丝杠螺母副18上，双向丝杠螺母副 18通过第二丝杆支撑座19安装在基座2上，双向丝杠螺母副18将第二蜗轮17的旋转运动 转化为同步双向直线运动，进而带动安装在螺母副上面的第三支座22和第五支座31实现 同步双向直线运动，第三支座22和第五支座31安装在下面的两个第一导轨滑块21上，第 一夹具24和第二夹具29分别固定安装在第三支座22和第五支座31上，随着做同步双向 直线运动，从而对试件施加拉伸力，而且可以保证试件中心位置不动。
[0014]所述的试件夹持机构是由第一夹具24和第二夹具29、第二拉压力传感器30组成， 第一夹具24用螺钉安装在第三支座22上，用于压紧试件，第二夹具29连接有第二拉压力 传感器30，然后安装在第五支座31上，第一夹具24和第二夹具29的下面安装有第二位移 传感器23和第二挡板32，在实施拉伸加载的过程中，通过第二拉压力传感器30测量出试件 受力的大小，通过第二位移传感器23测量出试件拉伸的位移。
[0015]弯曲位移测量装置为第一位移传感器10，弯曲位移的测量通过安装基座2上的第 一位移传感器10测量,第一位移传感器10自由端子与安装在第四支座26上的第一挡板11 接触，当第一挡板11随着第四支座26往复运动的时候，自由端子也相应的做往复运动，就 可以测量出弯曲加载的位移量；弯曲加载的力值是通过安装在第四支座26上的第一拉压 力传感器27测量出来。
[0016]本实施例的工作过程和原理是:
所述的拉伸加载机构安装在基座21上，通过一级蜗轮蜗杆减速以及双向丝杠螺母副 18换向，将拉伸加载在测试工件上；试件夹持机构包含第一夹具24和第二夹具29,第一夹 具24和第二夹具29分别安装在第三支座22和第五支座31上面；弯曲加载机构安装在基 座2上面，通过一级蜗轮蜗杆减速以及单向丝杠螺母副8换向，单向丝杠螺母副(8)将旋转 运动转化为直线运动，驱动第四支座26进行直线运动，然后带动第一拉压力传感器27和弯曲压头28进行弯曲加载运动。
【权利要求】
1.一种小型拉伸弯曲装置，其特征在于:是由弯曲加载机构、试件夹持机构、拉伸加载机构和弯曲位移测量装置组成，所述的弯曲加载机构是由第一电机(I)、第一电机法兰(3)、第一联轴器(4)、第一蜗杆(6)、第一蜗轮(7)、单向丝杠螺母副(8)、第一丝杠支撑座(25)、第四支座(26)、第一拉压力传感器(27)、弯曲压头(28)组成，驱动第一电机(I)通过第一电机法兰(3)固定安装在基座(2)上，电机输出轴与第一蜗杆(6)通过第一联轴器(4) 连接，第一蜗杆(6)与第一蜗轮(7)形成一级减速和换向，第一蜗轮(7)安装在单向丝杠螺母副(8 )上，然后通过第一丝杠支撑座(25 )安装在基座(2 )上，单向丝杠螺母副(8 )将第一蜗轮(7)的旋转运动转化为单向直线运动，带动安装在其上面的第四支座(26)做往复直线运动，第四支座(26 )下面安装有第二导轨滑块(33 )，并通过支撑座(34 )与基座(2 )连接，第四支座(26)上面安装有第一拉压力传感器(27)和弯曲压头(28)，通过往复直线运动，实现对试件的弯曲加载与卸载；所述的拉伸加载机构是由第二电机(12)、第二电机法兰(13)、第二联轴器(14)、第二蜗杆(16)、第二蜗轮(17)、双向丝杠螺母副(18)、第二丝杆支撑座(19)组成，驱动第二电机(12)安装在第二电机法兰(13)上，第二电机法兰(13)用螺钉安装在基座(2)上，电机输出轴与第二蜗杆轴(16)通过第二联轴器(14)联接；第二蜗杆(16)通过第二轴承支座(15)用螺钉固定安装基座(2)，并与第二蜗轮(17)形成一级减速和换向；第二蜗轮(17)安装在双向丝杠螺母副(18)上，双向丝杠螺母副(18)通过第二丝杆支撑座(19)安装在基座(2)上， 双向丝杠螺母副(18)将第二蜗轮(17)的旋转运动转化为同步双向直线运动，进而带动安装在螺母副上面的第三支座(22 )和第五支座(31)实现同步双向直线运动，第三支座(22 ) 和第五支座(31)安装在下面的两个第一导轨滑块(21)，第一夹具(24)和第二夹具(29)分别固定安装在第三支座(22)和第五支座(31)上，随着做同步双向直线运动，从而对试件施加拉伸力，而且可以保证试件中心位置不动；所述的试件夹持机构是由第一夹具(24)和第二夹具(29)、第二拉压力传感器(30)组成，第一夹具(24)用螺钉安装在第三支座(22)上，用于压紧试件，第二夹具(29)连接有第二拉压力传感器(30)，然后安装在第五支座(31)上，第一夹具(24)和第二夹具(29)的下面安装有第二位移传感器(23)和第二挡板(32)，在实施拉伸加载的过程中，通过第二拉压力传感器(30)测量出试件受力的大小，通过第二位移传感器(23)测量出试件拉伸的位移；弯曲位移测量装置为第一位 移传感器(10)，弯曲位移的测量通过安装基座(2)上的第一位移传感器(10)测量,第一位移传感器(10)自由端子与安装在第四支座(26)上的第一挡板(11)接触，当第一挡板(11)随着第四支座(26)往复运动的时候，自由端子也相应的做往复运动，就可以测量出弯曲加载的位移量；弯曲加载的力值是通过安装在第四支座(26) 上的第一拉压力传感器(27)测量出来。
【文档编号】G01N3/16GK103604704SQ201310645589
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】崔利娜, 江虹, 韩顺杰, 陈月岩, 矫德强, 黄艳秋, 袁守彬, 王一冰, 王文武 申请人:长春工业大学