可变速率的冲击压痕测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种可变速率的冲击压痕测试装置，属于精密仪器领域。包括伺服电机驱动单元、皮带轮传递单元、蜗轮蜗杆传递单元、电磁离合控制单元、摆锤运动单元、冲击杆支撑检测单元、观测单元，所述伺服电机驱动单元、皮带轮传递单元连接在小皮带轮上，皮带轮传递单元与蜗轮蜗杆传递单元连接，蜗轮蜗杆传递单元的蜗轮放置在传动主轴Ⅱ上；摆锤套与主轴Ⅰ连接，摆锤运动单元撞击冲击杆支撑检测单元的冲击杆完成运动。优点在于：可提供在任意拉变形速率的条件下的动态冲击压痕实验，同时通过电磁铁实现自主控制。同时具备位移和力的检测功能，更好的得出压痕曲线，进而得出材料的动态特性。

【技术实现步骤摘要】
可变速率的冲击压痕测试装置
本专利技术涉及精密仪器领域，特别涉及一种可变速率的冲击压痕测试装置，可对材料以不同应变速率进行压痕实验，为揭示在高应变速率下材料的力学性能和损害机制提供了新的思路，同时具备机电一体化和检测功能。
技术介绍
硬度测试的简单性和低成本引起了材料测试领域研究人员的关注。静态压痕硬度测试是一种部分非破坏性测试方法，可以测定材料的弹性和塑性。近年来，由于与冲击磨损，高速滑动磨损，碰撞，高速成形等结构的行为的相关性，动态压痕硬度技术引起了人们的关注。类似于静态压痕研究，可以使用动态压痕调查来预测材料在高应变速率下的塑性特性，通常在103/s的范围内。虽然几个成熟的技术，如分裂霍普金森压力棒SHPB和板冲击试验，以评估材料在高应变速率下的性能，这些技术都不能提供与典型硬度试验相一致的简便性和简便性。常规研究冲击压痕多采用霍普金森杆系进行，利用子弹冲击入射杆和反射折射杆，利用应变片反应出力随冲击过程以及速度随时间变化曲线，一般来说，霍普金森压杆实验采取的入射杆和透射杆信号来推导实验中的载荷和位移量，会导致子弹撞击入射杆时会产生压应力和拉应力波，而且没采用任何的二次加载抑制技术，使得在得出试验数据时造成了处理的困难性。目前的研究目的是开发一种用于确定与静态硬度测定方法相符的动态硬度的实验方法，即类似于静态硬度测试，直接测量载荷，动态硬度由测量样品材料上的压痕尺寸。压头和指定器之间的接触时间也可以精确控制，并在当前方法中直接测量，以获得动态压痕期间的平均应变率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可变速率的冲击压痕测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术将冲击试验与动态压痕进行结合，利用摆锤撞击冲击杆，将冲击功转化为杆的能量对材料进行动态压痕实验，撞击杆一端插入压头，另一端固连在动量捕捉器（轴套-刚性质量块组件），通过固定在冲击杆上的动量陷阱，减少撞击过程中撞击杆的拉应力波，同时将应力传感器放置在固定在刚性支座上，保证数据的可行性。同时具有机电一体化、结构紧凑、测试精度高、刚度高的特点，可探究在高应变速率下材料的弹性模量，屈服极限强度和强度极限的力学参数与常规压痕测试方法的不同，丢材料的微观形貌，损伤机理进行监测，为揭示材料的性能提供了方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：可变速率的冲击压痕测试装置，包括伺服电机驱动单元、皮带轮传递单元、蜗轮蜗杆传递单元、电磁离合控制单元、摆锤运动单元、冲击杆支撑检测单元、观测单元；所述伺服电机驱动单元是：直流伺服电机Ⅰ32固定在电机座31上，电机座31放置在一个一边半径加大的电机轴Ⅱ30上，电机座31的平面端通过螺钉固连在机体8上；机体8放置在底座26上，并通过连接螺钉Ⅰ7进行固定；所述皮带轮传递单元通过电机轴Ⅰ9及平键33连接在小皮带轮10上，皮带轮传递单元通过蜗杆轴11和大皮带轮12上的平键与蜗轮蜗杆传递单元连接；所述蜗轮蜗杆传递单元是：蜗轮49放置在传动主轴Ⅱ50上，蜗杆轴11带动蜗轮49进行运动，蜗杆轴11通过左轴承端盖Ⅰ34、右轴承端盖Ⅱ40、轴承Ⅰ37、轴承Ⅱ38支撑和径向定位，通过主轴锁紧螺母Ⅱ36将蜗杆轴11固定在工作位置实现轴向定位；轴承Ⅰ37和轴承Ⅱ38的轴向定位则通过主轴锁紧螺母Ⅱ36、轴承锁紧螺母Ⅲ39固定；读盘52通过连接螺钉Ⅱ15固定在前端盖14上；所述电磁离合控制单元是：主动电磁铁42作为主控制单元，主动电磁铁42通过后端盖13、主轴锁紧螺母Ⅲ44进行固定，所述主动电磁铁42通过传动主轴Ⅱ50、轴承Ⅳ46、后轴承端盖Ⅲ47放置在运动部位，轴承Ⅴ48保证传动主轴Ⅱ50在径向的定位，后端盖13通过紧定螺钉Ⅱ41固定在机体8上；所述冲击杆支撑检测单元是：冲击杆29在冲击杆支撑座27中保持轴向运动，通过紧定螺钉Ⅰ28固定，在冲击杆29后侧放置一个质量块25，在冲击杆29前侧放置位移传感器6，力传感器5放置在冲击杆29上；所述观测单元是：高速摄像机3放置在支撑板1上，对压头58的压入过程进行观测。所述的小皮带轮10带动大皮带轮12，把直流伺服电机Ⅰ32的动力传递到蜗杆轴11。所述的电磁离合控制单元通过主动电磁铁42的吸合与分离，控制蜗轮49所在的传动主轴Ⅱ50与主轴Ⅰ19之间的运动传递，主动电磁铁42表面设置凸形圆柱，通电时主动电磁铁42上绑有线圈的凸形圆柱获得磁性，吸引带有凹形圆柱的衔铁45，使主动电磁铁42和衔铁45成为一体达成运动的同步，进而控制摆锤套55上的摆锤运动单元的旋转运动的开始与停止。所述的摆锤运动单元是：摆锤套55通过连接螺钉Ⅳ53固定在主轴Ⅰ19上，主轴Ⅰ19通过前端盖14与轴承Ⅵ54固定在机体8内部，轴承Ⅵ54、前端盖14通过轴承锁紧螺母Ⅰ16、前主轴锁紧螺母Ⅳ56进行轴向定位；行程开关18放置在支撑件17上，摆锤套55通过主轴锁紧螺母Ⅰ20固定在主轴Ⅰ19上，摆锤杆22上端通过固定销21与摆锤套55固连在一起，下端通过摆锤连接体23与摆锤头24固连在一起，当下摆的过程中撞击冲击杆29完成运动；前端盖14通过紧定螺钉Ⅲ51固定在机体8上。所述的冲击杆支撑检测单元是：摆锤头24撞击冲击杆29，冲击杆29通过三个紧定螺钉Ⅰ28安装在平台上只沿轴向运动，三个紧定螺钉Ⅰ28固定在支撑座27中互成120度；压头58通过压头套59连接在冲击杆29上，力传感器5放置在冲击杆29上，试件57通过试件夹紧钉4放置在试件支撑座2处；通过固定在底座26上的冲击杆支撑座27支撑冲击杆29以保证实验的精度，质量块25放置在冲击杆29上作为动量陷阱。本专利技术的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术可提供在任意拉变形速率的条件下的动态冲击压痕实验，同时通过电磁铁实现自主控制。同时具备位移和力的检测功能，更好的得出压痕曲线，进而得出材料的动态特性。该仪器做出一个将机械能转化为压痕的能量。通过传统的机械传动与电气控制结合在一起，形成机电一体化，这也是将来即将发展的趋势，在材料测试上，冲击压痕发展还不完善，相信以后必定能有所突破。综上所述，本专利技术对丰富原位和促进材料力学性能测试技术及装备具有重要的理论意义和良好的应用开发前途。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的整体外观结构示意图；图2为本专利技术的主视结构示意图；图3为本专利技术的左视结构示意图；图4为本专利技术的俯视结构示意图；图5、图6为本专利技术的主视局部放大示意图；图7至图9为本专利技术的左视局部放大示意图。图中：1、支撑板；2、试件支撑座；3、高速摄像机；4、试件夹紧钉；5、力传感器；6、位移传感器；7、连接螺钉Ⅰ；8、机体；9、电机轴Ⅰ；10、小皮带轮；11、蜗杆轴；12、大皮带轮；13、后端盖；14、前端盖；15、连接螺钉Ⅱ；16、轴承锁紧螺母Ⅰ；17、支撑件；18、行程开关；19、主轴Ⅰ；20、主轴锁紧螺母Ⅰ；21、固定销；22、摆锤杆；23、摆锤连接体；24、摆锤头；25、质量块；26、底座；27、冲击杆支撑座；28、紧定螺钉Ⅰ；29、冲击杆；30、电机轴Ⅱ；31、电机座；32、直流伺服电机Ⅰ；33、平键；34、左轴承端盖Ⅰ；35、轴承锁紧螺母Ⅱ；36、主轴锁紧螺母本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变速率的冲击压痕测试装置，其特征在于：包括伺服电机驱动单元、皮带轮传递单元、蜗轮蜗杆传递单元、电磁离合控制单元、摆锤运动单元、冲击杆支撑检测单元、观测单元；所述伺服电机驱动单元是：直流伺服电机Ⅰ（32）固定在电机座（31）上，电机座（31）放置在一个一边半径加大的电机轴Ⅱ（30）上，电机座（31）的平面端通过螺钉固连在机体（8）上；机体（8）放置在底座（26）上，并通过连接螺钉Ⅰ（7）进行固定；所述皮带轮传递单元通过电机轴Ⅰ（9）及平键（33）连接在小皮带轮（10）上，皮带轮传递单元通过蜗杆轴（11）和大皮带轮（12）上的平键与蜗轮蜗杆传递单元连接；所述蜗轮蜗杆传递单元是：蜗轮（49）放置在传动主轴Ⅱ（50）上，蜗杆轴（11）带动蜗轮（49）进行运动，蜗杆轴（11）通过左轴承端盖Ⅰ（34）、右轴承端盖Ⅱ（40）、轴承Ⅰ（37）、轴承Ⅱ（38）支撑和径向定位，通过主轴锁紧螺母Ⅱ（36）将蜗杆轴（11）固定在工作位置实现轴向定位；轴承Ⅰ（37）和轴承Ⅱ（38）的轴向定位则通过主轴锁紧螺母Ⅱ（36）、轴承锁紧螺母Ⅲ（39）固定；读盘（52）通过连接螺钉Ⅱ（15）固定在前端盖（14）上；所述电磁离合控制单元是：主动电磁铁（42）作为主控制单元，主动电磁铁（42）通过后端盖（13）、主轴锁紧螺母Ⅲ（44）进行固定，所述主动电磁铁（42）通过传动主轴Ⅱ（50）、轴承Ⅳ（46）、后轴承端盖Ⅲ（47）放置在运动部位，轴承Ⅴ（48）保证传动主轴Ⅱ（50）在径向的定位，后端盖（13）通过紧定螺钉Ⅱ（41）固定在机体（8）上；所述冲击杆支撑检测单元是：冲击杆（29）在冲击杆支撑座（27）中保持轴向运动，通过紧定螺钉Ⅰ（28）固定，在冲击杆（29）后侧放置一个质量块（25），在冲击杆（29）前侧放置位移传感器（6），力传感器（5）放置在冲击杆（29）上；所述观测单元是：高速摄像机（3）放置在支撑板（1）上，对压头（58）的压入过程进行观测。...

【技术特征摘要】
1.一种可变速率的冲击压痕测试装置，其特征在于：包括伺服电机驱动单元、皮带轮传递单元、蜗轮蜗杆传递单元、电磁离合控制单元、摆锤运动单元、冲击杆支撑检测单元、观测单元；所述伺服电机驱动单元是：直流伺服电机Ⅰ（32）固定在电机座（31）上，电机座（31）放置在一个一边半径加大的电机轴Ⅱ（30）上，电机座（31）的平面端通过螺钉固连在机体（8）上；机体（8）放置在底座（26）上，并通过连接螺钉Ⅰ（7）进行固定；所述皮带轮传递单元通过电机轴Ⅰ（9）及平键（33）连接在小皮带轮（10）上，皮带轮传递单元通过蜗杆轴（11）和大皮带轮（12）上的平键与蜗轮蜗杆传递单元连接；所述蜗轮蜗杆传递单元是：蜗轮（49）放置在传动主轴Ⅱ（50）上，蜗杆轴（11）带动蜗轮（49）进行运动，蜗杆轴（11）通过左轴承端盖Ⅰ（34）、右轴承端盖Ⅱ（40）、轴承Ⅰ（37）、轴承Ⅱ（38）支撑和径向定位，通过主轴锁紧螺母Ⅱ（36）将蜗杆轴（11）固定在工作位置实现轴向定位；轴承Ⅰ（37）和轴承Ⅱ（38）的轴向定位则通过主轴锁紧螺母Ⅱ（36）、轴承锁紧螺母Ⅲ（39）固定；读盘（52）通过连接螺钉Ⅱ（15）固定在前端盖（14）上；所述电磁离合控制单元是：主动电磁铁（42）作为主控制单元，主动电磁铁（42）通过后端盖（13）、主轴锁紧螺母Ⅲ（44）进行固定，所述主动电磁铁（42）通过传动主轴Ⅱ（50）、轴承Ⅳ（46）、后轴承端盖Ⅲ（47）放置在运动部位，轴承Ⅴ（48）保证传动主轴Ⅱ（50）在径向的定位，后端盖（13）通过紧定螺钉Ⅱ（41）固定在机体（8）上；所述冲击杆支撑检测单元是：冲击杆（29）在冲击杆支撑座（27）中保持轴向运动，通过紧定螺钉Ⅰ（28）固定，在冲击杆（29）后侧放置一个质量块（25），在冲击杆（29）前侧放置位移传感器（6），力传感器（5）放置在冲击杆（29）上；所述观测单元是：高速摄像机（3）放置在支撑板（1）上，对压头（58）的压入过程进行观测。2.根据权利要求1所述的可变速率的冲击压痕测试装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，徐博文，刘思含，孙一帆，李磊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22