[发明专利]一种由单电机驱动的自平衡式双向拉伸试验装置

说明书

本发明提供一种由单电机驱动的自平衡式双向拉伸试验装置，包括主体框架，由固定底板和支架组成，固定底板上设有用来固定两组齿轮轴的轴承座；左侧齿轮轴组用于连接动力输入部的锥齿轮传动装置，右侧齿轮轴组用于连接加载拉伸部的中心齿轮组；锥齿轮传动装置由电动机牵引带动上下两个齿轮轴Ⅰ反向转动，从而带动左侧传动大齿轮反向转动，进而驱动右侧传动大齿轮进行方向相反的转动；工作状态下，上下两组中心齿轮组进行方向相反的转动，带动与其啮合的齿条联动夹具一起沿着支架上设置的导槽向外滑动，从而对双向拉伸试件进行双向拉伸，得到实验过程中的应力应变数据。本发明具有结构简单，使用方便，经济实用，可减小试验误差等优点。

技术领域

本发明涉及材料力学与性能试验研究技术领域，尤其涉及一种由单电机驱动的自平衡式双向拉伸试验装置。

背景技术

板壳理论创立以来，其理论不断发展进步，在航天、汽车等领域应用广泛，多数板材的受力状态都属于双向受力状态。但是，当前对板材成形性能的探究和检测在多数情况下仍采用单向拉伸试验对其进行定性的评价，而单向拉伸试验并不能同时检测板材不同方向上线性或非线性加载路径下的弹塑性成形特征和断裂规律，因此其缺陷十分明显，并不能满足对汽车板材成型性能探究和检测的实验要求。因此，需要对板材进行双向拉伸试验来探究板材的受力状态和成型性能，进而模拟在实际冲压过程中板料的变形过程。

目前，十字形试件双向拉伸试验是一种相对简单而直观的双向受力状态试验方式，其实验设备主要有两大类，即液压式和机械式。其中，液压式实验装置需要外加一套闭环控制系统，而且要实现变加载比例，导致其结构相对复杂，从而造价昂贵；机械式双向拉伸试验装置中也有一些专用的大型设备，其费用也相对较高；在此讨论相对较为简单的机械式双向拉伸试验装置，其中的一些甚至可以直接在万能试验机上应用，但都存在不同程度的缺陷。例如，中国专利(申请号为87205653)机械式双向拉伸试验仪，公开了一种利用万向头、缓冲弹簧以及铰链等结构而实现对板材双向拉伸性能进行测试的试验装置，但是，该实验装置在工作过程中不能保证相同的应变率，而且其缓冲弹簧也将造成拉压传感器所测得的数据偏小；中国专利(申请号为201010240086)变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，公开了一种利用倒置四棱台斜滑块、斜撑杆、拉压传感器以及夹头等结构，可以实现在不同加载比例下对板材的双向拉伸试验，而且应变率可以保持恒定，但是因为该装置的斜撑杆与水平面之间的夹角需要在有限的角度范围之内，其倒置四棱台斜滑块斜面角度变化范围同样有限，所以其变加载比例范围有限，而且其加载的行程范围也受到了限制；此外，中国专利(申请号为201710623586)一种齿轮齿条结构式的万能试验机变加载比例双向拉伸试验装置，公开了一种采用齿轮结构，使用太阳轮、行星齿轮和齿条联动夹具等机构实现变比例加载的双向拉伸试验，但齿轮齿条机构会产生附加弯矩，增加摩擦，从而影响实验结果。

综上，经过对诸多双向拉伸试验装置的分析和对比，本发明提出了一种新的齿轮齿条结构式的双向拉伸试验装置，用以完成板材的变加载比例双向拉伸试验，该装置能很好地弥补上述缺陷。

发明内容

根据上述提出的现有双向拉伸试验设备所存在的诸多问题的基础之上，例如成本高、实现变加载比例操作繁琐及变加载比例范围有限、应变率不恒定、附加弯矩等，而提供一种采用齿轮齿条结构，针对金属板材，由单电机驱动的自平衡式双向拉伸试验装置。本发明采用中心齿轮组和齿条联动夹具均可根据需要选择相应的模数，从而实现试件横向和纵向不同比例的拉伸位移，可以实现双轴方向任意比例的拉伸变形；采用上下双层结构，使齿轮齿条机构所产生的附加弯矩完全得到平衡减小摩擦，提高试验精度。本发明具有结构简单，使用方便，经济实用，可减小试验误差等优点，能够保证准确试验结果的获取。

本发明采用的技术手段如下：

一种由单电机驱动的自平衡式双向拉伸试验装置，其特征在于，包括：