本发明专利技术属于材料力学性能测试领域，公开了一种用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，主要由结构体及其内部的力学加载单元、数据采集单元和环境加载单元组成；力学加载单元包括电机、三个带轮、两条传送带、两个丝杠、螺母顶块、两个横梁、两套夹具组；数据采集单元包括光栅尺、读数头、载荷传感器；环境加载单元包括进气口、湿度传感器、环境箱上盖板、温湿度环境箱。本发明专利技术可安装于傅里叶红外光谱仪和偏光显微镜等仪器内，实现力学性能测试过程中对材料的原位成分分析和微观结构表征，分析材料疲劳试验中成分变化规律和失效行为；还可以在线调控试样环境的温度和湿度，实现力热湿耦合加载环境，满足对材料化学成分和结构的深入研。
【技术实现步骤摘要】
一种用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置
本专利技术属于材料力学性能测试领域，具体的说，是涉及一种微型疲劳试验装置。
技术介绍
目前，傅里叶红外光谱通过研究分子的结构和化学键，已成为分析材料化学成分的主要手段，使用红外光谱仪对材料进行定性分析，已广泛应用于生物学、材料科学和高分子化学等研究领域。结合材料力学测试和红外光谱检测分析材料结构和成分变化规律具有十分重要的研究价值。动态红外光谱技术是指将小型拉伸机放入红外光谱样品池中，在应力作用下获得材料每一瞬间的分子结构和取向变化，这种技术对于材料形变过程和断裂机理研究具有十分重要的意义。但这种新型技术还存在一些问题：1、目前针对动态红外光谱仪开发的原位力学试验装置一般只能进行拉伸试验，但对于材料在疲劳试验中结构成分变化规律和失效行为的分析也至关重要，而单轴拉压疲劳试验机多采用液压系统或者齿轮传动实现，体积大且回隙明显，集成拉伸、压缩、剪切、疲劳等各项力学性能测试的动态红外光谱试验装置有待开发；2、现有的用于红外光谱仪的力学加载装置只能实现温度的调控，而湿度对多数高分子薄膜材料的影响不容忽视，因此力热耦合疲劳试验装置需要结合湿度调控，从而满足材料在不同湿度环境下的研究；3、随着材料微观尺度研究的深入，要求微型原位力学试验装置能够兼容红外光谱仪和偏光显微镜，完成同一试样原位组分分析和微观结构观测。
技术实现思路
本专利技术要解决的是现有动态红外光谱技术能实现疲劳加载的技术问题，而提供一种用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，结构紧密，回隙小，可安装于傅里叶红外光谱仪和偏光显微镜等仪器，实现力学性能测试过程中对材料的原位成分分析和微观结构表征，分析材料疲劳试验中成分变化规律和失效行为；还可以配合温湿度环境装置，在线调控试样环境的温度和湿度，实现力热湿耦合加载环境，满足对材料化学成分和结构的深入研究。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，包括电机，所述电机驱动第一带轮，所述第一带轮通过第一传送带连接第二带轮，第二带轮通过第二传送带连接第三带轮；所述第二带轮轴连接第一丝杠，所述第三带轮轴连接第二丝杠；第一丝杠和第二丝杠均为左右旋双向滚珠丝杠，两者相互平行且同旋向螺纹同侧设置，第一丝杠的两端和第二丝杠的两端分别通过轴承固定；第一丝杠的不同旋向螺纹处和第二丝杠的不同旋向螺纹处分别螺纹配合有螺母顶块，第一丝杠和第二丝杠的的相同旋向螺纹处分别设置有第一横梁和第二横梁，所述第一横梁和所述第二横梁分别通过两个所述螺母顶块横跨安装在所述第一丝杠和所述第二丝杠之间；从而使所述第一丝杠和所述第二丝杠的旋转运动能够转化为所述第一横梁和所述第二横梁对称同步的相向或背向直线运动；所述第一横梁通过所述第一夹具连接件连接所述第一夹具和第一夹具盖板，所述第二横梁通过所述第二夹具连接件连接所述第二夹具和所述第二夹具盖板；所述第一横梁安装有光栅尺并对应设置有读数头，所述第二横梁和所述第二夹具连接件之间连接有载荷传感器；所述第一夹具连接件、所述第一夹具盖板、所述第一夹具、所述第二夹具盖板、所述第二夹具、所述第二夹具连接件外部罩设有外部安装有温湿度环境箱，所述温湿度环境箱上安装有环境箱上盖，所述温湿度环境箱内部均匀分布有加热片；所述温湿度环境箱连通有进气口和湿度传感器。进一步地，所述电机选用微型真空直流电机，所述第一带轮、所述第二带轮和所述第三带轮选用高精密零回差行星轮，所述第一传送带和所述第二传送带选用梯形齿同步传送带；所述第一丝杠和所述第二丝杠选用左右旋双向滚珠丝杠。进一步地，所述环境箱上盖和所述温湿度环境箱为石英玻璃材质制成。进一步地，所述电机、所述第一带轮、所述第二带轮、所述第三带轮、所述第一传送带、所述第二传送带、所述第一丝杠、所述第二丝杠、所述螺母顶块、所述第一横梁、所述第二横梁、所述第一夹具连接件、所述第一夹具、所述第一夹具盖板、、所述第二夹具连接件、所述第二夹具、所述第二夹具盖板、所述光栅尺、所述读数头、所述载荷传感器均设置在外罩板内；所述第一带轮的带轮轴的轴承、所述第一丝杠两端的轴承、所述第二丝杠两端的轴承均固定安装于所述外罩板。更进一步地，所述外罩板底部安装有固定连接件，所述固定连接件用于与样品架配合，将装置立式放置于红外光谱仪样品室内。本专利技术的有益效果是：(一)本专利技术提供的用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，其力学加载单元选用直流伺服电机，配合同步带轮、传送带与螺母顶块，实现小回隙正反旋转运动，提高循环加载试验精度；传动机构采用反向螺旋的双丝杠结构，配合螺母顶块实现夹具组对称往复运动，在加载过程中试样中心位置不变，同时双丝杠结构提高装置刚度和加载稳定性，还可起到导向作用；底板采用中空结构设计，方便红外光透射分析，对材料发生的微观变形和失效行为的化学组成演化过程进行全程动态监测；(二)本专利技术提供的用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，其数据采集单元包括载荷传感器和位移传感器，两个部件均选用真空专用器件，保证在红外光谱仪的真空样品室中加载时输出信号稳定；选用高精度微型载荷传感器和位移传感器，可有效检测出施加在试样上的载荷和相对形变量，通过反馈信号实现装置位移和载荷的精确控制；(三)本专利技术提供的用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，采用陶瓷加热片实现各部位均匀加热，增加湿度传感器采集通道和进气口，达到温湿度同步调控效果，创造恒温恒湿试验环境；(四)本专利技术提供的用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，设计样品架和固定连接件，固定连接件将装置立式放置于红外光谱仪样品室内，红外光谱仪射出的红外光通过样品架照射于样品上，因此可使装置平稳固定于红外光谱仪上，试验过程不受影响。(五)本专利技术提供的用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，结构小巧紧凑，尺寸控制在142mm*103mm*36mm以内，重量在0.9kg以内，符合红外光谱仪载物台所承载物品尺寸重量要求；装置主体选用铝合金材料加工制备，极大程度削减重量。附图说明图1是本实施例所提供的力热耦合疲劳试验装置的外观结构示意图；图2是本实施例所提供的力热耦合疲劳试验装置的内部结构示意图；图3是本实施例所提供的力热耦合疲劳试验装置的装配结构图。上述图中：1：上盖板；2：光栅尺；3：光栅尺固定块；4：电机；5：第一丝杠；6：电机固定块；7：螺母顶块；8：第一横梁；9：中支撑板；10：载荷传感器；11：第一支承板；12：侧板；13：底板；14：进气口；15：湿度传感器；16：第二丝杠；18：第二横梁；19：第二支承板；20：读数头；21：带轮固定块；22：第一传送带；23、第一带轮；24：带轮轴；25：轴承；26：第二传送带；27：第二带轮；28：第三带轮；29：湿度传感器连接架；30：温湿度环境箱；31：第一夹具连接件；32：第一夹具盖板；33：第一夹具；34：试样；35：第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，包括电机，其特征在于，所述电机驱动第一带轮，所述第一带轮通过第一传送带连接第二带轮，第二带轮通过第二传送带连接第三带轮；所述第二带轮轴连接第一丝杠，所述第三带轮轴连接第二丝杠；第一丝杠和第二丝杠均为左右旋双向滚珠丝杠，两者相互平行且同旋向螺纹同侧设置，第一丝杠的两端和第二丝杠的两端分别通过轴承固定；/n第一丝杠的不同旋向螺纹处和第二丝杠的不同旋向螺纹处分别螺纹配合有螺母顶块，第一丝杠和第二丝杠的的相同旋向螺纹处分别设置有第一横梁和第二横梁，所述第一横梁和所述第二横梁分别通过两个所述螺母顶块横跨安装在所述第一丝杠和所述第二丝杠之间；从而使所述第一丝杠和所述第二丝杠的旋转运动能够转化为所述第一横梁和所述第二横梁对称同步的相向或背向直线运动；/n所述第一横梁通过所述第一夹具连接件连接所述第一夹具和第一夹具盖板，所述第二横梁通过所述第二夹具连接件连接所述第二夹具和所述第二夹具盖板；/n所述第一横梁安装有光栅尺并对应设置有读数头，所述第二横梁和所述第二夹具连接件之间连接有载荷传感器；/n所述第一夹具连接件、所述第一夹具盖板、所述第一夹具、所述第二夹具盖板、所述第二夹具、所述第二夹具连接件外部罩设有温湿度环境箱，所述温湿度环境箱上安装有环境箱上盖，所述温湿度环境箱内部均匀分布有加热片；所述温湿度环境箱连通有进气口和湿度传感器。/n...
【技术特征摘要】
1.一种用于红外光谱仪原位分析的力热耦合疲劳试验装置，包括电机，其特征在于，所述电机驱动第一带轮，所述第一带轮通过第一传送带连接第二带轮，第二带轮通过第二传送带连接第三带轮；所述第二带轮轴连接第一丝杠，所述第三带轮轴连接第二丝杠；第一丝杠和第二丝杠均为左右旋双向滚珠丝杠，两者相互平行且同旋向螺纹同侧设置，第一丝杠的两端和第二丝杠的两端分别通过轴承固定；
第一丝杠的不同旋向螺纹处和第二丝杠的不同旋向螺纹处分别螺纹配合有螺母顶块，第一丝杠和第二丝杠的的相同旋向螺纹处分别设置有第一横梁和第二横梁，所述第一横梁和所述第二横梁分别通过两个所述螺母顶块横跨安装在所述第一丝杠和所述第二丝杠之间；从而使所述第一丝杠和所述第二丝杠的旋转运动能够转化为所述第一横梁和所述第二横梁对称同步的相向或背向直线运动；
所述第一横梁通过所述第一夹具连接件连接所述第一夹具和第一夹具盖板，所述第二横梁通过所述第二夹具连接件连接所述第二夹具和所述第二夹具盖板；
所述第一横梁安装有光栅尺并对应设置有读数头，所述第二横梁和所述第二夹具连接件之间连接有载荷传感器；
所述第一夹具连接件、所述第一夹具盖板、所述第一夹具、所述第二夹具盖板、所述第二夹具、所述第二夹具连接件外部罩设有温湿度环境箱，所述温湿度环境箱上安装有环境箱上盖，所述温湿度环境箱内部均匀分布有加热片；所述温湿度环境箱连通有进气口和湿度传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：林强，陈刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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