一种微尺度材料的拉扭组合测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，包括：微力加载机构、微力传感器、扭矩加载机构、微扭矩传感器、试样夹持单元、数据采集及处理单元。微力传感器固定于滚珠丝杆平台左侧，微扭矩传感器与微力传感器连接；微扭矩传感器包括挠性枢轴、光靶、激光位移传感器；滚珠丝杠与第一步进电机配合使用，实现对试样的拉伸或压缩；第二步进电机固定于滚珠丝杆平台右侧用于实现对试样的扭转加载；该装置可同时自动化测量试样的力

【技术实现步骤摘要】
一种微尺度材料的拉扭组合测试装置


[0001]本技术属于微尺度材料力学性能的精密测量领域，更具体地，涉及一种微尺度材料的拉扭组合测试装置。

技术介绍

[0002]随着微机电系统等新兴学科领域的发展，许多微尺度材料和微纳米器件不断涌现，但是其力学行为的表征存在一定困难。现有的拉、扭组合试验机存在测量分辨率低、精度低的缺点，其使用范围受到很大限制，不能适用于微尺度材料的力学行为表征。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，具有测量分辨率高、精度高、使用范围广等优点。
[0004]为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，包括：微力加载机构、微力传感器、扭矩加载机构、微扭矩传感器、试样夹持单元、数据采集及处理单元；
[0005]所述试样夹持单元包括相互平行的第一夹具及第二夹具，分别用于夹持试样的两端；
[0006]所述扭矩加载机构包括第二步进电机，其输出轴与第二夹具连接，用于对所述试样施加扭转角；
[0007]所述微扭矩传感器包括激光位移传感器I，II及其固定架I，II、光靶(9)及挠性枢轴；所述挠性枢轴的前端的端面与微力传感器的一端固定连接，后端的端面与所述第一夹具固定连接；所述光靶的中心点固定于挠性枢轴的后端的侧面上，且所述光靶的两端均设置有目标点；所述激光位移传感器I，II分别用于测量所述光靶两端的目标点的位移变化量；
[0008]所述微力加载机构包括第一步进电机、滚珠丝杆平台及滑台，所述第二步进电机设置于所述滑台上，所述滑台与滚珠丝杆连接；所述第一步进电机的输出轴与所述滚珠丝杆的一端连接，用于带动滚珠丝杆旋转以改变其长度，从而带动所述滑台及第二步进电机产生沿滚珠丝杆的轴向位移，以对试样施加轴向的拉力或压力；所述微力传感器用于测量所述微力加载机构施加至试样的轴向拉力或压力。
[0009]所述数据采集及处理单元用于采集所述微力传感器及所述激光位移传感器I，II的测量数据，并根据所述激光位移传感器I，II的测量数据计算试样的扭矩。
[0010]优选地，所述激光位移传感器I，II的测量数据与所述试样的扭矩满足以下关系式：
[0011]Q＝kθ；
[0012][0013]其中，k为挠性枢轴的扭转刚度系数，θ为所述第一夹具的偏转角，Δx1和Δx2分别为所述激光位移传感器I，II在试样发生扭转时测量的所述光靶两端的目标点的位移变化量，d为光靶两端的目标点之间的间距。
[0014]优选地，所述微力传感器的另一端通过微力传感器支架固定于所述滚珠丝杆平台的前端，所述第一电机安装在所述滚珠丝杆平台的后端。
[0015]优选地，所述挠性枢轴的前端的端面通过第一中间连接件与微力传感器的固定连接，后端的端面通过第二中间连接件与所述第一夹具固定连接。
[0016]优选地，所述第二步进电机通过步进电机架固定于所述滑台上。
[0017]优选地，所述第一夹具、第二夹具均为圆筒型。
[0018]优选地，所述数据采集及处理单元包括A/D采集卡和计算机系统；所述微力传感器与激光位移传感器I，II的测量信号分别通过所述A/D采集卡的不同通道进行采集。
[0019]总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0020]本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置，能够对微尺度材料拉伸、扭转力学性能同时进行测试，拥有测量精度高，使用范围广；该测试装置分辨率高，能够更加精准地对不同微尺度材料扭转、拉伸力学性能进行组合测量，安装与拆卸操作简便，能够降低测试的操作难度，保证实验的快速进行。
[0021]进一步地，本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置，采用双激光位移传感器测量挠性枢轴的偏转角，具有精度高、稳定性好、便于实现自动化测量等优点；通过更换不同型号的挠性枢轴，可实现微尺度材料微扭矩的宽量程测量。
[0022]进一步地，本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置，第二步进电机通过步进电机架安放在滑台上，微力传感器安装于微力传感器支架上，该支架开有上下位移滑槽，通过调整微力传感器与步进电机架的位置，可对第一夹具与第二夹具的对中度进行调节，获得良好的对中度。
[0023]进一步地，本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置，试样的扭矩测量信号与微力测量信号分别由数据采集卡的不同通道采集，在方便计算机系统进行统一处理的同时亦能实现无串扰。
附图说明
[0024]图1是本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置结构示意图；
[0025]图2是本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置中挠性枢轴的结构示意图；
[0026]图3是本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置的测量原理图之一；
[0027]图4是本技术提供的微尺度材料的拉扭组合测试装置的测量原理图之二。
[0028]图5为滚珠丝杆平台示意图。
[0029]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0030]1‑
第一步进电机；2
‑
滚珠丝杆平台；3
‑
滚珠丝杆；4
‑
滑台；5
‑
第二步进电机；6
‑1‑
第一夹具；6
‑2‑
第二夹具；7
‑
步进电机架；8
‑1‑
激光位移传感器I；8
‑2‑
激光位移传感器II；9
‑
光靶；10
‑
挠性枢轴；11
‑
微力传感器；12
‑
微力传感器支架；13
‑1–
激光位移传感器固定架I；
13
‑2–
激光位移传感器固定架II。
具体实施方式
[0031]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032]本技术提供了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，如图1所示，包括：微力加载机构、微力传感器、扭矩加载机构、微扭矩传感器、试样夹持单元、数据采集及处理单元；
[0033]所述试样夹持单元包括相互平行的第一夹具6
‑
1及第二夹具6
‑
2，分别用于夹持试样的两端；
[0034]所述扭矩加载机构包括第二步进电机5，其输出轴与第二夹具6
‑
2连接，用于对所述试样施加扭转角，即对所述试样施加扭矩使其发生扭转。
[0035]优选地，所述第一夹具6
‑
1、第二夹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，其特征在于，包括：微力加载机构、微力传感器、扭矩加载机构、微扭矩传感器、试样夹持单元、数据采集及处理单元；所述试样夹持单元包括相互平行的第一夹具(6
‑
1)及第二夹具(6
‑
2)，分别用于夹持试样的两端；所述扭矩加载机构包括第二步进电机(5)，其输出轴与第二夹具(6
‑
2)连接，用于对所述试样施加扭转角；所述微扭矩传感器包括激光位移传感器I，II(8
‑
1,8
‑
2)及其固定架I，II(13
‑
1,13
‑
2)、光靶(9)及挠性枢轴(10)；所述挠性枢轴(10)的前端的端面与微力传感器(11)的一端固定连接，后端的端面与所述第一夹具(6
‑
1)固定连接；所述光靶(9)的中心点固定于挠性枢轴(10)的后端的侧面上，且所述光靶(9)的两端均设置有目标点；所述激光位移传感器I，II(8
‑
1,8
‑
2)分别用于测量所述光靶(9)两端的目标点的位移变化量；所述微力加载机构包括第一步进电机(1)、滚珠丝杆平台及滑台(4)，所述第二步进电机(5)设置于所述滑台(4)上，所述滑台(4)与滚珠丝杆(3)连接；所述第一步进电机(1)的输出轴与所述滚珠丝杆(3)的一端连接，用于带动滚珠丝杆(3)旋转以改变其长度，从而带动所述滑台(4)及第二步进电机(5)产生沿滚珠丝杆的轴向位移，以对试样施加轴向的拉力或压力；所述微力传感器用于测量所述微力加载机构施加至试样的轴向拉力或压力；所述数据采集及处理单元用于采集所述微力传感器及所述激光位移传感器I，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大彪，胡建辉，胡炯炯，何玉明，雷剑，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：