一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元制造技术

本发明专利技术提出了一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，包括基板、电机、涡轮蜗杆组件、加载转台、紧固夹片、以及转台定位件；所述电机固定设置于所述基板上，所述涡轮蜗杆组件可旋转地固定设置于所述基板上，所述蜗杆与电极的输出轴连接并将电机所输出的转动传递给涡轮，所述涡轮的一个侧面设置有扇形槽，加载转台的竖直截面与该扇形槽的竖直截面形状相同，以便加载转台的一端可以插入到该槽中，使得涡轮可以带动加载转台同步转动，紧固夹片将待测薄膜试样固定于所述加载转台上，使得加载转台可以带动薄膜试样同步转动，以拉动薄膜试样向上、向外翻转；所述基板上开有定位槽，所述定位件可插入该定位槽，以限制所述加载转台的轴向转动。

A film tension loading unit with lock-in function

A thin film stretching loading unit with position locking function is proposed, which comprises a substrate, a motor, a turbine worm assembly, a loading table, a fastening clip, and a turntable positioning member; the motor is fixed on the substrate, and the turbine worm assembly is rotatably fixed on the substrate, and the substrate is described. The worm is connected to the output shaft of the electrode and the rotation of the motor is transmitted to the turbine. A fan-shaped groove is arranged on one side of the turbine. The vertical section of the loading table is the same as that of the fan-shaped groove, so that one end of the loading table can be inserted into the groove so that the turbine can drive the loading table synchronously. The fastening clip fixes the film specimen to be tested on the loading table so that the loading table can drive the film specimen to rotate synchronously to pull the film specimen upward and outward; a positioning groove is arranged on the substrate, and the positioning part can be inserted into the positioning groove to limit the axial rotation of the loading table.

【技术实现步骤摘要】
一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元
本专利技术涉及薄膜材料性能测试领域，特别是软基薄膜的拉伸测试。
技术介绍
近些年来，软基薄膜材料由于其制造工艺的成熟以及高柔性、高延展性等性能的优异，被广泛应用于电子、生物、航天、化工等领域中。因此，这种结构逐渐成为了学者们研究的重点。现阶段大部分相关工作都是针对膜基结构的单向受载展开的，然而在服役过程中，膜基结构往往处于更为复杂的载荷环境，简单的单轴载荷已经无法模拟其真正的应力状态。因此，在实验和测试中，引入双轴载荷能使得膜基结构的力学行为更精确地表达出来，这对于研究膜基结构的力学性能至关重要。一台好的能模拟各种复杂载荷环境的加载设备是拉伸实验的根本。薄膜材料加载单元一般由电机、传动机构、加载转台以及控制系统组成。目前，许多学者设计并制作了大量结构巧妙的单轴加载单元，这些装置能适用于各种复杂的载荷环境以及观测环境，达到了较好的实验效果。然而，这类设备大多采用平动拉伸方案，设备作业过程中占用空间较大导致设备难于置于显微镜的载物台上，特别是将现有的加载单元组合用于双轴拉伸实验中。较早的双轴拉伸试验机有Ferron和Makinde于1988年提出。他们设计了一种连杆机构，将常规的单轴拉伸试验机改装成了双轴拉伸试验机。然而装置通过八个机械连杆连接，复杂的传动机构将对设备的载荷输出以及加载精度造成较大的影响。AlanHannon在2005年的关于拉伸设备的综述中提到，Fraunhofe同样通过连杆机构，实验了双轴加载，然而设备尺寸巨大，在高度方向落差也很大，较难进行小范围的观测。近些年来，一些学者设计了尺寸较小的双轴加载设备，用以与精密显微镜以及各种现代微观测量技术如DIC、XRD相配合。GeandierG在2010年设计了一套转动式的双轴加载设备，通过四个电机控制，具有尺寸小，传动机构简单的有点。但是试件尺寸较大，实验成本较高。Namazu设计了一套适用于薄膜材料拉伸的双轴加载设备，与CCD相机配合进行观测。这套设备输出载荷较大，但是这也使其尺寸较大，总体重量也较大。2015年，牛津大学材料学院研制了一套双轴原位加载设备，通过丝杠螺母传动，可以测量薄片材料的变形。但是加载设备只在一个方向上设有电机，这样加载过程就会受到机械损耗的影响，并且设备只能进行双轴等比加载。2017年，Petegem为了缩小双轴加载设备的尺寸，一改传统的电机控制方式，采用了压电陶瓷驱动器作为动力输出，大大缩小了设备的重量和尺寸，同时又能保证极高的精度。但是缺点就是设备的载荷输出很小，难以应用于金属膜基结构等材料的拉伸。国内近些年来，也有一些学者设计了一些双轴加载设备，但是尺寸重量均较大。总之，参考图1所示，现有的薄膜拉伸加载设备存在以下问题：a.平动拉伸导致设备整体尺寸过大，难以放置在显微镜的观测台上；b.已公开的转动拉伸装置的圆柱形转台尺寸大，且在固定安装试件过程中难以使固定试件的接触面保持水平，主要靠经验操作；c.试件固定后难以夹紧；d.针对弹性模量和厚度不同的待测试样，需要按需更换不同直径的转台，操作过程繁琐费时。
技术实现思路
本专利技术提出了一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，包括基板、电机、涡轮蜗杆组件、加载转台、紧固夹片、以及转台定位件；所述电机固定设置于所述基板上，所述涡轮蜗杆组件可旋转地固定设置于所述基板上，所述蜗杆与电极的输出轴连接并将电机所输出的转动传递给涡轮，所述涡轮的一个侧面设置有扇形槽，加载转台的竖直截面与该扇形槽的竖直截面形状相同，以便加载转台的一端可以插入到该槽中，使得涡轮可以带动加载转台同步转动，紧固夹片将待测薄膜试样固定于所述加载转台上，使得加载转台可以带动薄膜试样同步转动，以拉动薄膜试样向上、向外翻转；所述基板上开有定位槽，所述定位件可插入该定位槽，以限制所述加载转台的轴向转动。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。图1为传统薄膜拉伸加载单元的示意图；图2为本专利技术的薄膜拉伸加载单元整体示意图，其中虚线箭头所指示的方向为加载转台拉伸待测薄膜试样时的转动方向；图3为本专利技术的薄膜拉伸加载单元整体示意图，其中虚线箭头所指示的方向为加载转台拉伸待测薄膜试样时的转动方向，从图中可以看出定位件的安装或设置方式；图4为装配好的本专利技术的薄膜拉伸加载单元整体示意图，其中，加载转台已经插入到涡轮一侧设的扇形槽中，定位件已经插入基板上的定位槽中，此时加载转台的夹持面保持与基板平行，可以进行装夹待测薄膜试样的作业；图5为装配好的本专利技术的薄膜拉伸加载单元的俯视图，其中，定位件的一个面与加载转台的竖直侧面贴合，使得所述加载转台无法旋转；图6为设置了缓冲层13的紧固夹片6，该缓冲层12用于增加紧固夹片6与待测薄膜样品之间的摩擦力，使待测薄膜样品在加载转台5上固定的更加牢固，不容易滑脱；图7为将加载转台的夹紧接触面设置成锯齿状以增加夹紧接触面积的示意图；图8为具有锯齿状接触面的加载转台和紧固夹片的示意图。在以上附图中：(1)基板、(2)电机、(3)蜗杆、(4)涡轮、(5)加载转台、(6)紧固夹片、(7)定位槽、(8)圆柱臂。具体实施方式如图2所示，本专利技术提出了一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，包括基板1、电机2、蜗杆3、涡轮4、加载转台5、紧固夹片6，定位件9，电机2固定设置在基板1上，电机2的输出轴与蜗杆3连接并带动蜗杆3转动，蜗杆3与涡轮4配合安装并驱动涡轮4转动；涡轮一端可旋转地设置在基板1上，另一端开有槽，所述槽的竖直截面与加载转台5的竖直截面形状相同，加载转台5的一端可插入该槽内以使得涡轮4带动加载转台5转动，加载转台5的另一端设有圆柱臂8以使加载转台5可旋转地设置在基板1上，并保证加载转台5的轴线在转动过程中保持水平；可在所述蜗杆3、涡轮4、加载转台5的一端设置轴承和/或轴承套以保证其旋转轴线平行于所述基板1，即保证其在旋转过程中的处于平衡状态；所述基板1上开有定位槽7，所述定位件9可插入该定位槽7中，以限制所述加载转台的轴向转动。具体而言，在加载转台5的平行于所述基板1的表面上装夹待测薄膜试件的过程中，需要在整个装夹过程中保持加载转台5水平或平行于所述基板1，而在整个装夹过程中需要对加载转台5施加载荷，以往只能通过经验或者复杂的固定结构来确保加载转台5在装夹过程中不发生转动。而根据本专利技术，只需要将定位件9插入到基板1上设置的定位槽7中，便可借助加载转台5的形状来限制加载转台5绕轴线的旋转。加载转台5的竖直截面为45°的扇形，相对于基板1而言，加载转台5的水平面、竖直面(即主竖直面，而非两个平行的竖直侧面，以下简称“竖直面”)、曲面、以及垂直于所述基板1的两个竖直侧面共同形成了加载转台5。图2中的虚线箭头方向为本专利技术的薄膜拉伸加载单元作业时的转动方向。需要说明的是，尽管实践中电机2通常采用的是具有自锁功能的步进电机，但步进电机本身有制动力矩(静态自锁力矩)往往不能满足使加载转台5在整个装夹过程中保持水平或平行于所述基板1的要求。尽管加入了定位槽7和定位件9，但由于基板1的厚度一般不超过1cm厚，使得定位槽7的深度一般不超过8mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，包括基板、电机、涡轮蜗杆组件、加载转台、紧固夹片、以及定位件；所述电机固定于基板上，所述涡轮蜗杆组件可旋转地设置于所述基板上，所述蜗杆与电机的输出轴连接并将电机转动传递给涡轮，所述涡轮的一侧设有扇形槽，加载转台的一端可以插入到该扇形槽中使得涡轮可以带动加载转台转动，紧固夹片将待测薄膜固定于所述加载转台，使得加载转台可以带动薄膜试样转动以拉动薄膜试样转动；所述基板上开有定位槽，定位件可插入该定位槽以在装夹薄膜试样时限制加载转台转动。

【技术特征摘要】
1.一种具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，包括基板、电机、涡轮蜗杆组件、加载转台、紧固夹片、以及定位件；所述电机固定于基板上，所述涡轮蜗杆组件可旋转地设置于所述基板上，所述蜗杆与电机的输出轴连接并将电机转动传递给涡轮，所述涡轮的一侧设有扇形槽，加载转台的一端可以插入到该扇形槽中使得涡轮可以带动加载转台转动，紧固夹片将待测薄膜固定于所述加载转台，使得加载转台可以带动薄膜试样转动以拉动薄膜试样转动；所述基板上开有定位槽，定位件可插入该定位槽以在装夹薄膜试样时限制加载转台转动。2.如权利要求1所述的具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，其特征在于，所述扇形槽的竖直截面为中心角是45°的扇形，并且所述加载转台的中心转轴距离所述基板的距离为所述扇形边长的100％～130％。3.如权利要求1或2所述的具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，其特征在于，所述定位槽的水平横截面为矩形、圆形或扇形。4.如权利要求1或2所述的具有位置锁定功能的薄膜拉伸加载单元，其特征在于，所述定位槽的水平横截面为正方形或长边垂直于所述加载转台旋转轴线的矩形。5.如权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志勇，李林安，王世斌，李传崴，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12