准静态原位双轴拉伸性能测试仪器制造技术

本发明专利技术涉及一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，属于精密科学仪器领域。包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25

【技术实现步骤摘要】
准静态原位双轴拉伸性能测试仪器


[0001]本专利技术涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种兼容扫描电子显微镜的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，是集驱动、加载、检测、力环境下的双轴双向拉伸测试平台，并且可置于扫描电子显微镜下进行材料的微观晶体结构及宏观的力学性能进行观察分析的高性能综合精密实验测试平台。

技术介绍

[0002]原位力学性能测试是指在微/纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试的过程中，通过电子显微镜、原子力显微镜以及光学显微镜等仪器对各种载荷作用下材料发生的微观变形、损伤进行全程原位监测的一种力学测试方法。如今利用较多的有原位拉伸法、纳米压痕法和原位弯曲法等测试方法，原位双轴拉伸测试也是其中一种，特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。
[0003]现有的原位双轴测试装置因为不能提供双向运动，受拉伸时试样中央区域在测试时难免会造成单方向窜动，对需要准静态且具有高分辨率要求的的原位观测带来很大不便。
[0004]现有的双轴拉伸测试系统结构过大且各个模块之间配合不够紧凑，所带来的问题就是无法与现有的成像技术匹配如扫描电镜，因此只能完成离位检测，以及对各向异性材料在双轴拉伸载荷下的微观力学行为及损伤机制缺乏有效的研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术特别适用于各向异性材料的测试，材料的弹性模量、泊松比，屈服强度和断裂强度等力学参数均可通过双轴拉伸测试得到。利用光学仪器EBSD观测材料的微观晶体结构的形貌变化。光学观测单元利用基于SEM（扫描电子显微镜）的EBSD对拉伸后的试件进行微观晶体结构的观测。由电机提供动力，传动单元配合夹持单元对试件进行加载，通过力传感器测得试样所受拉伸载荷，计算材料的应力σ。由光学观测单元EBSD系统对入射于样品上的电子束与样品作用产生的"衍射花样"检测，也就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的晶格面上产生的衍射图案进行检测。
[0006]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；所述驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25
°
预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链，利用铰链结构使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元
通过拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ0113、0211对试件的载荷进行测量。
[0007]所述的驱动单元与传动单元，由两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ分别独立进行加载，通过蜗轮机构控制X方向的梯形丝杠Ⅰ0117、梯形丝杠Ⅱ0118以及Y方向梯形丝杠Ⅲ0214、梯形丝杠Ⅳ0215转动，梯形丝杠Ⅰ~Ⅳ上分别配合有丝杠螺母，丝杠螺母分别带动X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112及Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210，滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ在双向加载过程中相向移动、互不干扰，依靠夹持单元制约相互联系，每一层滑动丝杠螺母座都由两根T型导轨提供导向和支撑，保证传动过程中的受力平衡。
[0008]所述的驱动单元包括X方向驱动机构和Y方向驱动机构，所述X方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅰ0101与行星齿轮减速器Ⅰ0116的一端连接，另一端通过电机支座Ⅰ0102固定，该电机支座Ⅰ与丝杠支座Ⅰ0001通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅰ0103与行星齿轮减速器0116通过销钉连接，锥齿轮Ⅱ0104与蜗杆Ⅰ0106通过销钉连接，两个锥齿轮Ⅰ、Ⅱ呈90
°
啮合；蜗杆Ⅰ0106两端通过滚珠轴承与左右两个蜗杆支座Ⅰ0105、蜗杆支座Ⅱ0109配合固定；涡轮Ⅰ0107、涡轮Ⅱ0108与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片Ⅰ0110、止推垫片Ⅱ0121轴向固定，并且与蜗杆Ⅰ0106啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004支撑，丝杠支座Ⅱ0002、丝杠支座Ⅳ0004通过沉头螺钉与底座0005连接。
[0009]所述的Y方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅱ0201与行星齿轮减速器Ⅱ0213的一端连接，通过电机支座Ⅱ0202固定，该电机支座Ⅱ与丝杠支座Ⅳ0004通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅲ0203与行星齿轮减速器Ⅱ0213通过销钉连接，锥齿轮Ⅳ0204与蜗杆Ⅱ207通过销钉连接，锥齿轮Ⅲ、Ⅳ呈90
°
啮合；蜗杆Ⅱ0207两端通过滚珠轴承及轴承座配合固定在蜗杆支座Ⅱ0109和蜗杆支座Ⅲ0205上；涡轮Ⅲ0206、涡轮Ⅳ0208与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片轴向固定，并且与蜗杆Ⅱ0207啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅰ、Ⅲ0001、0003支撑，丝杠支座Ⅰ、Ⅲ0001、0003通过沉头螺钉与底座0005连接。
[0010]所述的传动单元包括X方向传动机构和Y方向传动机构，所述X方向传动机构中，涡轮Ⅰ0107、涡轮Ⅱ0108与蜗杆Ⅰ0106相啮合，放置在蜗杆Ⅰ0106下侧；所述Y方向传动机构中，涡轮Ⅲ0206、涡轮Ⅳ0208放置在蜗杆Ⅱ0207上侧，与蜗杆Ⅱ0207相啮合；Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ0209、滑动丝杠螺母座Ⅳ0210设计成下凹式的结构，X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ0111、滑动丝杠螺母座Ⅱ0112设计成上凸式的结构。
[0011]所述的夹持单元是：具有25
°
倾斜角的夹具Ⅰ0301、夹具Ⅱ0307一端通过沉头螺钉连接，另一端与拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ0113、0211器螺纹连接，实现对试件0310在X方向与水平面呈25
°
角的夹持；Y方向依靠两个铰链Ⅰ、Ⅱ0311、0306夹持；试件0310置于夹具体Ⅰ、Ⅱ的凹槽内，通过压板Ⅰ~Ⅳ0303、0309、0304、0312与螺钉Ⅰ~Ⅳ0302、0308、0305、0313紧固；配合45
°
倾角支架0006，实现试样被测区域与二次电子背散射探测器成70
°
角。
[0012]所述的检测单元的拉压力传感器Ⅰ0113一端与顶板Ⅰ0114螺纹连接，另一端与通过连接件0115与夹持单元连接；拉压力传感器Ⅱ0211一端与顶板Ⅱ0212螺纹连接，另一端通过滑动与夹持单元连接。
[0013]本专利技术的有益效果在于：体积小，结构紧凑，可放置于大多数大腔室扫描电子显微
镜中属于精密科学仪器领域。能够在扫描电子显微镜下，为被测试样提供平面应力状态的原位双轴拉伸测试。利用预制25
°
倾斜角的夹具，实现对试件的X方向与水平面呈25
°
角的夹持；Y方向依靠两个铰链进行夹持，通过铰链的绕轴转动，可以消除由于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：包括驱动单元、传动单元、夹持单元和检测单元；所述驱动单元由两个直流伺服电机分别为X、Y两个方向提供动力源，电机输出力矩首先由传动单元的涡轮机构完成减速与换向，驱动X或Y方向上两对四根精密梯形丝杠螺母副，带动夹持单元完成直线运动；夹持单元依靠滑动螺母座上安装的夹具体对试件进行夹持，实现载荷加载；其中Y方向夹具，具有25
°
预制倾斜角，X方向夹具上装有铰链，利用铰链结构使试件绕铰链的转轴自由转动，保持试件在拉伸的过程中不会受到弯矩的影响；检测单元通过拉压力传感器Ⅰ、Ⅱ（0113、0211）对试件的载荷进行测量。2.根据权利要求1所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的驱动单元与传动单元，由两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ分别独立进行加载，通过蜗轮机构控制X方向的梯形丝杠Ⅰ（0117）、梯形丝杠Ⅱ（0118）以及Y方向梯形丝杠Ⅲ（0214）、梯形丝杠Ⅳ（0215）转动，梯形丝杠Ⅰ~Ⅳ上分别配合有丝杠螺母，丝杠螺母分别带动X方向的滑动丝杠螺母座Ⅰ（0111）、滑动丝杠螺母座Ⅱ（0112）及Y方向的滑动丝杠螺母座Ⅲ（0209）、滑动丝杠螺母座Ⅳ（0210），滑动丝杠螺母座Ⅰ~Ⅳ在双向加载过程中相向移动、互不干扰，依靠夹持单元制约相互联系，每一层滑动丝杠螺母座都由两根T型导轨提供导向和支撑，保证传动过程中的受力平衡。3.根据权利要求2所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的驱动单元包括X方向驱动机构和Y方向驱动机构，所述X方向驱动机构与传动单元的装配关系是：直流伺服电机Ⅰ（0101）与行星齿轮减速器Ⅰ（0116）的一端连接，另一端通过电机支座Ⅰ（0102）固定，该电机支座Ⅰ与丝杠支座Ⅰ（0001）通过沉头螺钉连接；锥齿轮Ⅰ（0103）与行星齿轮减速器（0116）通过销钉连接，锥齿轮Ⅱ（0104）与蜗杆Ⅰ（0106）通过销钉连接，两个锥齿轮Ⅰ、Ⅱ呈90
°
啮合；蜗杆Ⅰ（0106）两端通过滚珠轴承与左右两个蜗杆支座Ⅰ（0105）、蜗杆支座Ⅱ（0109）配合固定；涡轮Ⅰ（0107）、涡轮Ⅱ（0108）与精密滚珠丝杠端部通过轴肩和止推垫片Ⅰ（0110）、止推垫片Ⅱ（0121）轴向固定，并且与蜗杆Ⅰ（0106）啮合传动；精密滚珠丝杠外装精密轴承，由丝杠支座Ⅱ（0002）、丝杠支座Ⅳ（0004）支撑，丝杠支座Ⅱ（0002）、丝杠支座Ⅳ（0004）通过沉头螺钉与底座（0005）连接。4.根据权利要求3所述的准静态原位双轴拉伸性能测试仪器，其特征在于：所述的Y方向驱动机构与传动单元的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长宜，马嵩宁，李鸣鹤，黄令帅，朱航，赵宏伟，邢文娟，何鑫宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：