[實用新型]漸開線式柔性材料多軸拉伸試驗機

有效

• 申請號: 201820840601.7
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN208171750U
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 王昊;康振冉;項大兵;劉源
• 申請（專利權）人: 易瑞博科技（北京）有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王暉

本實用新型公開了一種漸開線式柔性材料多軸拉伸試驗機，包括機體以及安裝在機體上的拉伸機構；拉伸機構包括下圓盤、上圓盤、夾具和連桿；上圓盤和下圓盤同軸設置，下圓盤與機體固接，上圓盤與機體轉動連接，上圓盤的中心位置安裝有凸臺，夾具為多個并圍繞凸臺的中心環形設置在上圓盤上，上圓盤開設有與每個夾具對應的漸開線形導槽，下圓盤上設有與每個漸開線形導槽對應的直線導槽，連桿依次穿過對應的直線導槽和漸開線形導槽與每個夾具轉動連接，連桿能在對應的直線導槽和漸開線形導槽內滑動。漸開線形導槽和對應的直線導槽配合，推動夾具沿直線導槽往復運動，由于對夾具的推力壓力角為0，使機構運動中摩擦力最小，保證了拉力的同步性與相等性。

技術領域

本實用新型涉及拉伸試驗設備技術領域，特別涉及一種漸開線式柔性材料多軸拉伸試驗機。

背景技術

材料的力學性能通常指材料在受力條件下的變形狀態，或材料在給定變形條件下所產生的力的作用效果。研究材料的力學性能，有時需要對材料試樣施加多方向的力，以觀察其在多軸力的作用下的變形情況。

理想的多軸拉伸試驗機，應具備如下特點：

1.能同步施加多方向的力；2.保證被測量試樣均勻拉伸；3.能準確測量各個方向的拉力；4.在拉伸過程中能同步測量試樣的變形情況；5.方便材料試樣裝夾。最常見的雙軸拉伸試驗機實例是“十字型”材料等雙軸拉伸試驗機，其機械部分的基本工作原理是利用步進電機驅動滾珠絲杠轉動，帶動滑塊在直線導軌上運動，以此產生對試樣的拉力，其中4個或2組直線導軌呈十字型垂直分布，對于試樣變形情況的觀測一般采用懸置于拉伸平臺上方的相機來實現。

通過相關專利檢索可以發現，現有的材料雙軸拉伸實驗設備均采用“十字型”雙軸拉伸方式，具體設備包括兩種，一種是針對模量大于1GPa、變形小的金屬材料，采用液壓作動方式進行加載，產生的拉力通常在5kN以上；另一種是針對模量小于1MPa的薄膜材料，通常結構形式為在相互垂直的方向上安裝兩個導軌，由電機驅動絲杠轉動，帶動導軌上的夾具運動。

采用第一種設備存在的問題是：

1、測量精度低。由于結構驅動和控制裝置復雜，載荷傳感器量程較大，測量模量較小的柔性材料或其他模量較小的彈性體材料時，力值測量結果精度較低。

2、測量范圍有限。由于采用“十字型”拉伸試樣，試樣表面處于有效的等雙軸變形的區域面積較小，不能用于測量柔性材料或其他彈性體材料的大變形狀態。

3、無法準確測量大變形量。由于金屬材料雙軸拉伸試驗機通常采用貼應變片的方式進行變形測量，受限于應變片的使用條件，無法進行較大應變量的測量。

采用第二種設備可以用于柔性材料或其他模量較小的彈性體材料的等雙軸拉伸測試，但存在如下幾個缺點：

1、兩個軸拉力的同步性和相等性不容易控制。由于實驗裝置需要兩個步進電機同時驅動，因此對兩個驅動電機的同步性和啟?？刂凭纫蠛芨撸绻麅蓚€電機不同步，則兩個軸的拉伸力不同，進而導致材料試樣被拉伸過程中的變形不均勻，不能滿足等雙軸變形的條件。而絕大多數步進電機的精度都不能真正滿足同步性的控制要求；

2、測量范圍有限。由于采用“十字型”拉伸試樣，拉伸過程中試樣表面處于有效的等雙軸變形的區域面積較小，可以測量的最大變形范圍受限于導軌和絲杠的長度。

3、只能用于進行材料試樣的穩態或準靜態等雙軸拉伸實驗，不能用于試樣的循環拉伸疲勞試驗。由于絲杠傳動方式的機械間隙大，機械執行效率較低，且動態響應性能差，無法帶動夾具進行高速的往復運動，因而無法將設備用于循環拉伸疲勞試驗。

4、柔性材料或其他高彈性體材料具有特殊的物理性質，僅采用一次拉伸得到的應力-應變曲線不足以描述高彈性體完整的拉伸力學性能，目前的金屬等雙軸拉伸實驗機沒有針對高彈性體的有效實驗方法和數據處理方法。

5、試樣夾持困難，拉伸過程中材料容易脫夾或者夾斷。