[发明专利]拉伸-弯曲复合载荷原位纳米压痕测试装置及方法

权利要求书

1.一种拉伸-弯曲复合载荷原位纳米压痕测试装置，其特征在于：总体结构为十字分布，由拉伸加载模块、弯曲加载模块和压痕加载模块三部分组成；拉伸加载模块置于中间，弯曲加载模块和压痕加载模块分布于拉伸加载模块的两侧；拉伸加载模块、弯曲加载模块和压痕加载模块均由驱动组件、传动组件、执行组件、位移信号和力信号精密检测组件组成；所述拉伸加载模块、弯曲加载模块和压痕加载模块的加载力线处在同一平面；压痕加载模块和弯曲加载模块对称分布在拉伸加载模块两侧，压痕加载模块的压头(30)在压入时，弯曲压头(32)置于试件(31)背面与试件(31)相切，起辅助支承作用。

2.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷原位纳米压痕测试装置，其特征在于：所述的拉伸加载模块的驱动组件、传动组件、执行组件的装配关系为：直流伺服电机Ⅰ(4)驱动由蜗杆Ⅰ(7)、蜗轮Ⅰ(8)组成的两级蜗轮蜗杆副Ⅰ，两级蜗轮蜗杆副Ⅰ通过蜗轮蜗杆轴Ⅰ(11)连接，蜗轮蜗杆轴Ⅰ(11)与轴承Ⅰ(10)相配合，轴承Ⅰ(10)安装在轴承座Ⅰ(9)上，轴承座Ⅰ(9)与底板(45)相连；蜗轮蜗杆副Ⅰ驱动双向滚珠丝杠(50)，双向滚珠丝杠通过丝杠螺母Ⅰ(52)带动载物台Ⅰ(14)、载物台Ⅱ(27)，实现载物台Ⅰ(14)、载物台Ⅱ(27)的相对反向运动；载物台Ⅰ(14)、载物台Ⅱ(27)分别带动夹具Ⅰ(2)、夹具Ⅱ(29)运动，实现对试件(31)的拉伸加载；其中直流伺服电机Ⅰ(4)固定在电机法兰Ⅰ(5)上，电机法兰Ⅰ(5)固定在底板(45)上；双向滚珠丝杠(50)一端用丝杠支承座Ⅰ(12)固定在底板上；载物台Ⅰ(14)、载物台Ⅱ(27)与滑块Ⅰ(51)固定，滑块Ⅰ(51)与导轨Ⅰ(49)构成移动副，导轨Ⅰ(49)用螺钉刚性固定于底板(45)上；夹具Ⅰ(2)刚性固定于连接板Ⅰ(15)上，并与力传感器Ⅰ(3)相连接，连接板Ⅰ(15)通过滑块Ⅱ(48)、导轨Ⅱ(47)连接在载物台Ⅰ(14)上；夹具Ⅱ(29)刚性固定在载物台Ⅱ(27)上；测量板Ⅰ(46)刚性固定于载物台Ⅱ(27)上。

3.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷原位纳米压痕测试装置，其特征在于：所述的弯曲加载模块的驱动组件、传动组件、执行组件的装配关系为：直流伺服电机Ⅱ(37)驱动由蜗杆Ⅱ(39)、蜗轮Ⅱ(43)组成的两级蜗轮蜗杆副Ⅱ，两级蜗轮蜗杆副Ⅱ通过蜗轮蜗杆轴Ⅱ(42)连接，蜗轮蜗杆轴Ⅱ(42)与轴承Ⅱ(41)相配合，轴承Ⅱ(41)安装在轴承座Ⅱ(40)上，轴承座Ⅱ(40)与底板(45)相连；蜗轮蜗杆副Ⅱ驱动滚珠丝杠(53)，滚珠丝杠通过丝杠螺母Ⅱ(54)带动载物台Ⅲ(34)，弯曲压头(32)随着载物台Ⅲ(34)运动，从而实现弯曲加载；所述直流伺服电机Ⅱ(37)与电机法兰Ⅱ(38)相连，固定在底板(45)上；滚珠丝杠(53)一端通过丝杠支承座Ⅱ(44)固定在底板上；载物台Ⅲ(34)通过滑块Ⅲ(56)、导轨Ⅲ(55)构成的移动副连接在底板(45)上；弯曲压头和载物台Ⅲ(34)中间通过力传感器Ⅱ(33)连接。

4.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷原位纳米压痕测试装置，其特征在于：所述的拉伸加载模块和弯曲加载模块的位移信号和力信号精密检测组件包括力传感器Ⅰ(3)、力传感器Ⅱ(33)、位移传感器Ⅰ(13)、位移传感器Ⅱ(36)、传感器夹具Ⅰ(16)、传感器夹具Ⅱ(35)和直流伺服电机上的霍尔传感器，所述力传感器Ⅰ(3)一端通过螺母Ⅰ(6)固定在载物台Ⅰ(14)上，另一端与夹具Ⅰ(2)相连；力传感器Ⅱ(33)一端通过螺母Ⅱ(57)固定在载物台Ⅲ(34)上，另一端与弯曲压头(32)连接；位移传感器Ⅰ(13)安装在传感器夹具Ⅰ(16)上，传感器夹具Ⅰ(16)刚性固定在连接板Ⅰ(15)上；位移传感器Ⅱ(36)安装在传感器夹具Ⅱ(35)上，传感器夹具Ⅱ(35)刚性固定在载物Ⅲ(34)台上；位移传感器Ⅰ(13)、位移传感器Ⅱ(36)、力传感器Ⅰ(3)和力传感器Ⅱ(33)用以对复合载荷的位移信号和力信号进行精密检测，可以作为直流伺服电机闭环控制的反馈源。