本发明专利技术公开了一种电机和液压复合驱动方式下材料组织性能原位测试装置，属于材料组织性能原位检测技术领域，该装置包括外架体、左右旋滚珠丝杠、运动基座A、运动基座B、试样夹头、电机驱动系统和液压驱动系统，该装置结构紧凑，具有良好的实验设备兼容性，伺服电机和液压双驱动，拉/压力范围大，扩大了用于实验的材料的强度范围，试样夹头移动距离长，可实现大变形量，位移和力检测精度高，变形速率可控，可以实现位移闭环控制或力闭环控制。该装置既可以单独使用，也可以与X射线衍射设备配合使用，很好的解决了以往实验只能进行端态检测的问题，可以原位观察试样在拉伸和压缩过程中过渡态的材料组织变化以及特定应变点的材料组织变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料组织性能原位检测
，具体涉及一种电机和液压复合驱动方式下材料组织性能原位测试装置，该装置既可以做拉伸实验的原位观察，也可以做压缩实验的原位观察；既可以单独使用，也可以与X射线衍射设备配合使用，同时实现拉伸和压缩两种实验下的金属材料组织性能原位观测。
技术介绍
X射线衍射分析(X-ray diffract1n，简称XRD)，是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。X射线衍射分析的特性使得其非常适合用于金属材料在不同受力状况下的物相分析研究，但是长期以来，X射线衍射实验的试样都是处于静态的，所以，在研究拉伸过程中金属材料的物相及结构变化过程中存在以下几个问题:第一、需要分别做若干次拉伸实验和X射线衍射实验，实验次数多，试样多，实验周期长；第二、在拉伸实验处于不同阶段时通过卸载获得试样这一方法，无法确保从某一加载状态到卸载状态的过程中材料内部组织及应力状态不发生变化。现有材料原位组织性能测试装置大多为扫描电镜配套，专门服务于X射线衍射仪的原位组织性能测试装置的专利较少。中国专利申请(CN 103528888 A)，根据材料X射线衍射特征的变化来研究材料微观尺度上应力/应变的不均匀分布，包括加载器、驱动器等结构。此专利针对材料原位组织性能实验有三点不足；第一，实验载荷受限制，最大只能达到2KN ;第二，拉伸时两个试样夹头只有一侧移动，另一侧保持静止不动，试样标距部分的位置在整个实验过程中是移动的，越靠近试样中心，移动距离越大，为了保持试样中心部位在变形过程中始终保持不变，不得不在底部增加了位移补偿机构；这样不仅无法确保检测点位置的准确性，同时也增加了装置的体积和成本；第三，只能进行单一的拉伸加载，无法进行其他加载条件实验。由于目前先进结构材料的强度在不断提升，例如超高强度钢以及钛合金、高温合金等，在相同试样厚度和宽度下，需要更大的载荷，现有原位加载装置载荷不够。同时为了保证光斑全部照射于试样表面，试样的宽度越大越好，这样可以避免光斑照射到试样之外的表面而产生干扰数据，但是试样宽度的增加，也会增大加载力。基于以上两点，现在急迫需求大载荷的原位力学性能实验装置，但是如果通过电机驱动方式增加载荷，必然会增大整个装置的结构尺寸，而整个装置的结构尺寸又受到配套实验设备空间的限制，如装置体积过大，则会产生干涉。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一种电机和液压复合驱动方式下材料组织性能原位测试装置，该装置可以单独使用，也能够在X射线衍射实验设备上同时实现拉伸和压缩两种实验下的材料组织性能原位观测，即结合拉伸试验机和X射线衍射仪的功能于一体，实现实时检测。该装置设计电机驱动和液压驱动的复合驱动模式，液压驱动模式可以保证在较小的空间要求下，实现更大的加载力，这样不仅可以保证试样的尺寸，还可以增加试验材料的多样性。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:—种电机和液压复合驱动方式下材料组织性能原位测试装置，该装置包括外架体、左右旋滚珠丝杠、运动基座A、运动基座B、试样夹头、电机驱动系统和液压驱动系统；其中:所述外架体包括底板、侧板A和侧板B，侧板A和侧板B分别垂直安装于底板的两侧；所述左右旋滚珠丝杠为两个，每个左右旋滚珠丝杠的两端通过滚动轴承分别安装在侧板A和侧板B上；所述运动基座A和运动基座B套装于所述左右旋滚珠丝杠上；运动基座A和运动基座B上设有试样夹头；所述电机驱动系统包括伺服电机和蜗杆传动机构；其中:伺服电机的动力通过人字齿轮A和人字齿轮B传到蜗杆传动机构，蜗杆传动机构包括蜗杆和蜗轮，蜗杆轴两端均安装蜗杆，与蜗杆相配合的蜗轮安装于所述左右旋滚珠丝杠的中间位置；所述左右旋滚珠丝杠上，运动基座A和运动基座B分别位于蜗轮的两侧，且与蜗轮等距离；每个左右旋滚珠丝杠上安装两个丝母，两个丝母分别固定在运动基座A和运动基座B的内侧(即靠近蜗轮的一侧)；所述左右旋滚珠丝杠转动时，带动每个左右旋滚珠丝杠上的两个丝母实现相向或者相离直线运动，进而带动运动基座A和运动基座B及其上的试样夹头实现对试样的精确拉伸/压缩作用，并保证试样永远处于中间位置；所述电机驱动系统的结构具体为:伺服电机的动力通过电机轴上的人字齿轮A传递到人字齿轮B，人字齿轮B固定在蜗杆轴上(中间位置)，动力传递到蜗杆轴和蜗轮，蜗轮旋转带动左右旋滚珠丝杠转动。所述伺服电机和蜗杆轴都通过支架安装于底板上；所述人字齿轮A和人字齿轮B通过紧定螺钉分别安装于伺服电机轴和蜗杆轴之上。所述液压驱动系统包括液压缸和液压缸连接板，所述液压缸为两个，两个液压缸的缸体通过法兰盘分别安装于侧板A和侧板B上，两个液压缸的活塞通过液压缸连接板分别和运动基座A和运动基座B连接；启动液压驱动方式后，控制两个液压缸的活塞带动运动基座A和运动基座B做相离运动或相向运动，带动两个试样夹头运动，从而对试样产生拉伸作用或压缩作用。液压驱动方式启动后，通过控制伺服电机的转速和方向，从而控制左右旋滚珠丝杠、运动基座A和运动基座B的动作与液压驱动方式的设定值相同。本专利技术测试装置还包括线性导轨和滑块，线性导轨安装在底板上，滑块能够在线性导轨上自由滑动；每个丝母通过螺钉安装固定于运动基座A或运动基座B上，运动基座A和运动基座B通过各自两端的螺钉安装固定于两个滑块之上，运动基座A和运动基座B带动滑块共同在线性导轨上做微小阻力滑动，从而实现对试样的拉伸/压缩，提高动力使用效率。本专利技术所述试样夹头为两个，分别安装于(可采用模块化插接式设计)运动基座A和运动基座B之上，试样通过两个试样夹头进行固定。本专利技术所述试样夹头和运动基座A之间安装力传感器，试样所受拉压力通过试样夹头传递到力传感器，力传感器输出的信号被采集并存储。所述力传感器两侧有预留螺纹孔，其两端分别与试样夹头和运动基座A通过螺钉连接，当固定于试样夹头上的试样受拉压时，拉压力通过试样夹头传递到力传感器，力传感器受力后内部产生电学变化，输出电信号，经过变送器，数据采集卡，进入工控机，其数据用于实时显示力时间曲线和应力应变曲线，并存储于硬盘用于后续分析。力传感器的精度为0.1%。，分别可以根据实验要求更换量程为5KN、10KN、20KN、30KN的S型力传感器。本专利技术测试装置还包括位移传感器，位移传感器通过位移传感器支座安装于底板之上，通过螺栓固定；运动基座B之上还通过螺钉安装有位移传感器顶板；在实验过程中，运动基座B运动会带动位移传感器顶板运动，位移传感器顶板运动使得位移传感器的顶针跟随其运动，在位移传感器主体和顶针之间安装有弹簧，会始终保证顶针与位移传感器顶板保持接触。顶针运动会使得位移传感器内部产生电学变化，输出电信号，经过变送器，数据采集卡，进入工控机，其数据用于实时显示位移时间曲线和应力应变曲线，并存储于硬盘用于后续分析。位移传感器的精度为0.1%。，可以根据实际需求更换不同量程和精度的位移传感器。本专利技术测试装置还包括O形力传感器，安装在丝母和运动基座B之间，用于实时检测丝母和运动基座B之间的受力，O形力传感器将受力情况反馈到电机控制器，通过对伺服电机的转速进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电机和液压复合驱动方式下材料组织性能原位测试装置，其特征在于：该装置包括外架体、左右旋滚珠丝杠(9)、运动基座A(11)、运动基座B(12)、试样夹头(16)、电机驱动系统和液压驱动系统；其中：所述外架体包括底板(2)、侧板A(23)和侧板B(24)，侧板A(23)和侧板B(24)分别垂直安装于底板(2)的两侧；所述左右旋滚珠丝杠(9)为两个，每个左右旋滚珠丝杠(9)的两端通过滚动轴承(26)分别安装在侧板A(23)和侧板B(24)上；所述运动基座A(11)和运动基座B(12)套装于所述左右旋滚珠丝杠(9)上；运动基座A(11)和运动基座B(12)上设有试样夹头(16)；所述电机驱动系统包括伺服电机(3)和蜗杆传动机构；其中：伺服电机(3)的动力通过人字齿轮A(4)和人字齿轮B(5)传到蜗杆传动机构，蜗杆传动机构包括蜗杆(7)和蜗轮(8)，蜗杆轴(6)两端均安装蜗杆(7)，与蜗杆(7)相配合的蜗轮(8)安装于所述左右旋滚珠丝杠(9)的中间位置；所述左右旋滚珠丝杠(9)上，运动基座A(11)和运动基座B(12)分别位于蜗轮(8)的两侧，且与蜗轮(8)等距离；每个左右旋滚珠丝杠(9)上安装两个丝母(10)，两个丝母(10)分别固定在运动基座A(11)和运动基座B(12)的内侧；所述左右旋滚珠丝杠(9)转动时，带动每个左右旋滚珠丝杠(9)上的两个丝母(10)实现相向或者相离直线运动，进而带动运动基座A(11)和运动基座B(12)及其上的试样夹头(16)实现对试样(17)的精确拉伸/压缩作用，并保证试样(17)永远处于中间位置；所述液压驱动系统包括液压缸(18)和液压缸连接板(19)，所述液压缸(18)为两个，两个液压缸(18)的缸体通过法兰盘分别安装于侧板A(23)和侧板B(24)上，两个液压缸(18)的活塞通过液压缸连接板(19)分别和运动基座A(11)和运动基座B(12)连接；启动液压驱动方式后，控制两个液压缸(18)的活塞带动运动基座A(11)和运动基座B(12)做相离运动或相向运动，带动两个试样夹头(16)运动，从而对试样(17)产生拉伸作用或压缩作用。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，马彦，张士宏，张晓嵩，陈大勇，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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