[实用新型]基于拉/压、弯曲、疲劳复合载荷材料性能原位测试平台

摘要

本实用新型涉及一种基于拉/压、弯曲、疲劳复合载荷材料性能原位测试平台，属于原位力学性能测试领域。主要由精密拉压单元、精密弯曲单元、精密弯曲疲劳单元、精密夹持单元及精密传感检测单元组成。其中精密拉压单元和精密弯曲单元都由直流伺服电机提供动力，经由两级蜗轮蜗杆减速机构带动丝杠完成拉压和弯曲动作。在此过程中配合高线数脉冲编码器可完成对拉压和弯曲过程的精确控制。其中的弯曲疲劳单元利用压电叠堆结合柔性铰链机构来实现，在一定的弯曲载荷下，通过压电叠堆驱动压头输出微小交变位移，完成弯曲载荷下的低频疲劳加载。该材料性能原位测试平台具有结构紧凑、传动过程平稳、大载荷输出、准静态加载、分辨率高等优势。

主权项

一种基于拉/压、弯曲、疲劳复合载荷材料性能原位测试平台，其特征在于：整体分为上下双层立体式布置方式，下层为弯曲/弯曲疲劳加载模块，上层为拉伸/压缩加载模块，具体由精密弯曲单元、精密弯曲疲劳单元、精密拉压单元、精密夹持单元及精密传感检测单元组成，所述精密弯曲单元为：直流伺服电机Ⅱ（11）驱动转矩经由蜗轮Ⅱ（6）、蜗杆Ⅱ（5）和蜗轮Ⅳ（39）、蜗杆Ⅳ（40）的两级减速增扭后，带动丝杠Ⅱ（41）将旋转运动转化为整个拉伸平台（14）的整体移动，使整个拉伸平台整体向压头（29）移动，完成对试件的弯曲加载；其中丝杠Ⅱ（41）采用两个滚珠丝杠支撑座Ⅱ（42）双端支撑，提高丝杠传动环节的传动刚度；整个加载过程，伺服电机Ⅱ（11）配合编码器Ⅱ（15）使用，通过调节驱动电机的脉冲数可精确地控制加载速率；其中的直流伺服电机Ⅱ（11）通过直流伺服电机支撑座Ⅱ（8）与基座（12）刚性固定；所述精密弯曲疲劳单元由压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（22、24）、柔性铰链（25）、力传感器Ⅱ（27）和压头（29）组成；其中压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（22、24）安装于柔性铰链（25）的凹槽内，通过预紧螺钉（43）进行预紧；压头（29）经由力传感器Ⅱ（27）安装于柔性铰链（25）的输出端处；整个弯曲疲劳单元与弯曲夹持台（19）刚性固定；在实现弯曲疲劳的过程中，压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（22、24）在信号驱动电压的驱动下输出交变微小位移，驱动柔性铰链带动力传感器Ⅱ（27）和压头（29）整体做微小位移，实现精密弯曲疲劳加载；所述精密拉压单元由直流伺服电机（1）经由蜗轮Ⅰ、蜗杆Ⅰ（4、3）和蜗轮Ⅲ、蜗杆Ⅲ（9、10）的减速作用将驱动转矩传递到双向丝杠Ⅰ（37）上，通过丝杠螺母将丝杠的旋转运动转化为拉伸夹持台Ⅰ、Ⅱ（21、28）的直线运动，完成对试件的拉伸加载；其中蜗轮Ⅰ（4）和蜗杆Ⅲ（10）通过一根公共安装轴安装到轴承座（13）上，双向丝杠Ⅰ（37）采用一个滚珠丝杠支撑座（16）单端固定，方便丝杠的安装；所述精密夹持单元包括夹具Ⅰ（35）和夹具Ⅱ（32），其与试件（33）连接处均采用滚花处理；夹具Ⅰ、Ⅱ（35、32）分别安装于拉伸夹持台Ⅰ、Ⅱ（21、28）的凹槽内；所述精密传感检测单元包括力传感器Ⅰ、Ⅱ（31、27）和直线位移传感器Ⅰ、Ⅱ（36、23），其中力传感器Ⅰ（31）的一端通过力传感器座（30）固定于拉伸台Ⅱ（26）,另一端直接连接到夹具（32）上，直接获得拉伸过程中的载荷信号；直线位移传感器Ⅰ（36）的固定端安装于拉伸夹持台Ⅰ（21）上，弹性检测端直接作用于传感器架（44）的定位孔内，保证拉伸过程中位移传感器的直线度；力传感器Ⅱ（27）的一端连接柔性铰链（25）的输出端，另一端直接与压头（29）相连，直接获取压头（29）上的弯曲横向载荷；直线位移传感器Ⅱ（23）安装于弯曲夹持台（19）的凹槽内，弹性检测端直接作用于拉伸平台（14）的定位孔内，间接地通过检测拉伸平台（14）的位移来获取试件的实际弯曲挠度。