[發明專利]原位拉/壓-扭轉復合載荷材料微觀力學測試平臺

有效

• 申請號: 201310503320.4
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103528887A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 趙宏偉;劉宏達;程虹丙;魯帥;楊倚寒;邵明坤;高景;張霖;佟達
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/22
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種原位拉/壓-扭轉復合載荷材料微觀力學測試平臺，其特征在于：包括測試平臺基座（40）、精密加載單元、檢測控制單元、夾持及連接單元，所述精密加載單元包含扭矩加載單元和拉壓加載單元，由精密直流伺服電機Ⅰ、Ⅱ（9、17）、二次包絡型蝸輪蝸桿副Ⅰ、Ⅱ、精密滾珠絲杠副、精密滾珠直線導軌組成，其中精密直流伺服電機Ⅰ、Ⅱ（9、17）可提供高分辨率扭矩及角位移輸出，二次包絡型蝸輪蝸桿副Ⅰ可提供2500：1的減速比，可對精密直流伺服電機Ⅰ、Ⅱ（9、17）輸出的動力進行較大程度減速、增矩，分別給扭矩加載單元和拉壓加載單元提供超低速準靜態的加載方式；

所述檢測控制單元包含扭轉檢測控制部分和拉伸/壓縮檢測控制部分，所述扭轉檢測控制部分由精密扭矩傳感器（7）、精密圓光柵尺（8）、圓光柵讀數頭（39）及與精密直流伺服電機Ⅰ（9）同步運動的高線數光電編碼器（11）組成，可提供包括變形角速率、扭矩加載速率、編碼器標定角位移速率在內的三種模擬或數字量作為精密直流伺服電機Ⅰ（9）的脈沖/方向閉環控制模式的反饋信號源，即扭矩加載單元可實現恒角變形速率、恒扭矩加載速率及恒編碼標定角位移速率三種加載/卸載方式；所述拉伸/壓縮檢測控制部分由精密拉壓力傳感器（16）、精密接觸式電容位移傳感器（32）及與精密直流伺服電機Ⅱ（17）同步運動的高線數光電編碼器（15）組成，可提供包括變形角速率、扭矩加載速率、編碼器標定角位移速率在內的三種模擬或數字量作為精密直流伺服電機Ⅱ（17）的脈沖/方向閉環控制模式的反饋信號源，即拉壓加載單元可實現恒變形速率、恒加載速率及恒編碼標定位移速率三種加載/卸載方式；

所述夾持及連接單元包括被測試件（37）、夾具體Ⅰ（12）、夾具體Ⅱ（13），所述被測試件（37）通過夾具體Ⅰ、Ⅱ（12、13）的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾持。

2.根據權利要求1所述的原位拉/壓-扭轉復合載荷材料微觀力學測試平臺，其特征在于：所述的扭矩加載單元包括精密直流伺服電機Ⅰ（9）、一級蝸桿Ⅰ（5）、一級蝸輪Ⅰ（4）、二級蝸輪Ⅰ（1）、二級蝸桿Ⅰ（43）、扭矩傳感器法蘭架Ⅰ（41）、扭矩傳感器法蘭架Ⅱ（44）、夾具體Ⅰ（12），所述二級蝸桿Ⅰ（43）通過軸承和軸承座用螺釘安裝在測試平臺基座（40）上，扭矩傳感器法蘭架Ⅰ（41）由扭轉單元軸承Ⅰ（3）和扭轉單元軸承座Ⅰ（2）支撐和固定，精密直流伺服電機Ⅰ（9）通過電機法蘭盤Ⅰ（6）安裝在測試平臺基座（40）上，經過減速比均為1：50的二次包絡型蝸輪蝸桿副Ⅰ進行減速、增矩，將扭矩通過扭矩傳感器法蘭架Ⅰ、Ⅱ（41、44）和精密扭矩傳感器（7）加載至被測試件（37）；所述二次包絡型蝸輪蝸桿副Ⅰ由相互配合的二級蝸輪Ⅰ（1）、二級蝸桿Ⅰ（43）及一級蝸輪Ⅰ（4）、一級蝸桿Ⅰ（5）構成。

3.根據權利要求1所述的原位拉/壓-扭轉復合載荷材料微觀力學測試平臺，其特征在于：所述的拉壓加載單元包括精密直流伺服電機Ⅱ（17）、精密滾珠絲杠螺母基座（30）、精密滾珠直線導軌（19）、精密滾珠直線導軌滑塊（33）、精密直線導軌（31）、拉壓力傳感器拖板（14）、夾具體Ⅱ（13）、以及由相互配合的一級蝸桿Ⅱ（22）、一級蝸輪Ⅱ（23）、二級蝸桿Ⅱ（26）、二級蝸輪Ⅱ（27）構成的二次包絡型蝸輪蝸桿副Ⅱ，由精密滾珠絲杠固定基座Ⅰ（20）、精密滾珠絲杠（29）、精密滾珠導軌基座Ⅱ（47）構成的精密滾珠絲杠副，其中安裝在電機法蘭盤Ⅱ（21）上的精密直流伺服電機Ⅱ（17）通過減速比均為1：50的二次包絡型蝸輪蝸桿副Ⅱ進行減速、增矩，其蝸輪蝸桿副由二級蝸桿軸承座Ⅰ、Ⅱ（24、28）安裝在測試平臺基座（40）上，扭矩經過安裝在基座上的精密滾珠絲杠副減速并由絲杠螺母輸出直線位移，拉壓力傳感器基座（18）、精密拉壓力傳感器（16）、精密滾珠絲杠螺母基座（30）分別安裝在絲杠螺母上，在由精密滾珠直線導軌（19）和精密滾珠絲杠螺母基座（30）構成的精密滾珠直線導軌副和精密直線導軌（31）的定位、導向作用下，將拉壓載荷加載至被測試件（37）。