一种微扭矩力学试验机的制作方法

本发明涉及微扭矩力学仪器仪表领域，具体为一种微扭矩力学试验机。

背景技术：

目前对材料进行扭转力学性能测试，一般采用扭转材料试验机进行，根据匹配的扭矩传感器不同，这类试验机扭矩量程从100nm至103nm不等，可满足工程界对宏观尺度试样扭转测试的需求，但是由于传统扭转材料试验机采用应变式扭矩传感器测量扭矩，即通过应变片测量弹性元件的变形来计量扭矩，从原理上讲，分辨力难些继续提高，目前国际上最小的商业化扭转试验机也只能满足10-1nm以上的扭转测试需，随着材料微/纳米化技术的发展以及微电子机械系统mems的推广应用，对直径100μm～102μm的单根细丝、微电子机械系统mems扭转微镜等的扭转测试需求变得尤为迫切，传统扭转试验机扭矩分辨力难以满足，必须采用新的原理来实现微尺度试样的扭转测试。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微扭矩力学试验机，已解决上述背景技术中提出的问题：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微扭矩力学试验机，包括磁座机架底板、内磁体、加载轴、磁式机架盖板、动夹具，磁座机架底板下方安装有支撑脚，磁式机架盖板两侧设置有机架侧板，且机架侧板安装在磁座机架底板上，机架侧板内部设置有外磁体，外磁体内侧嵌套有线圈，线圈内侧嵌套有内磁体，外磁体上方安装有角度传感器活动极板，角度传感器活动极板两侧固定有角度传感器定极板，角度传感器定极板设置在磁式机架盖板下方，加载轴底部连接有外磁体，加载轴中部设置有角度传感器活动极板，动夹具上方安装有定夹具，动夹具和定夹具对中部连接有试样，定夹具上方连接有悬臂梁，悬臂梁一侧固定有电动平移台，电动平移台一侧安装有立柱固定于磁式机架盖板上方。

优选的，所述支撑脚为调节调高度高的支撑脚，所述电动平移台为上下调节高度的平移台，设置为可调节高度的支撑脚，可以使底座处于水平状态，避免外界不利因素的影响，使得测量精准，电动平移台上下可移动以便于测试不同长度的试样，使得操作便捷、效率更高。

优选的，所述磁座机架底板和所述磁式机架盖板均为带有弱磁性的机架结构，且所述磁式机架盖板中部设置有通孔，所述机架侧板为三角形结构，且顶端设置有小通孔，主机架框采用磁悬浮装置，消除摩擦阻力矩等干扰因素的不利影响，提高测量精度，满足微扭矩传感器的校准要求，所述磁式机架盖板中部的通孔供所述加载轴贯穿通过活动连接，而三角形结构的机架侧板使得主机架结构更稳定，顶端小通孔供所述试样通过。

优选的，所述加载轴顶端活动连接有所述动夹具，所述加载轴中部活动连接有所述磁式机架盖板，所述加载轴底部活动连接有所述角度传感器活动极板和所述外磁体，贯通上下、灵活转动，使得扭矩灵敏系数增大。

优选的，所述线圈嵌套在所述内磁体外围，所述外磁体嵌套在所述线圈的外侧，所述外磁体、线圈和所述内磁体三者共轴，所述外磁体和所述线圈之间间隙配合，所述线圈和所述内磁体之间间隙配合，所述线圈围绕其中心轴旋转且上方设置有所述加载轴，此套电磁驱动机构的磁性为强磁性，可形成一个近似均匀的磁场。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过设置的采用电磁加载方式进行驱动兼扭矩计量，使得试验机的扭矩分辨力得以大幅度提高，可以满足10-3nm以下的微小扭矩测试需要，这是目前常规材料试验机无法实现的，该试验机可以通过扭转方式直接对微尺度试样进行测试，真实模拟试样在切应力状态下的力学工况，不仅能为微纳米工程技术领域提供有效的检测手段，对基础研究领域也具有重要意义，

2、通过设置的定夹具设置在主机框架上，动夹具设置在电磁驱动装置上，并可随电磁驱动装置旋转，传感装置用于测试电磁驱动装置所旋转的角度，快捷准确得出数据，自动化程度高，通过设置的磁悬浮装置，消除摩擦阻力矩等干扰因素的不利影响，具有结构简单、精度高和稳定性好的特性，较好地满足了微扭矩传感器的校准要求。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明底座支脚结构示意图。

图中：1-磁座机架底板；2-内磁体；3-加载轴；4-角度传感器定极板；5-磁式机架盖板；6-立柱；7-电动平移台；8-悬臂梁；9-定夹具；10-试样；11-动夹具；12-角度传感器活动极板；13-线圈；14-外磁体；15-机架侧板；16-支撑脚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种微扭矩力学试验机，包括磁座机架底板1、内磁体2、加载轴3、磁式机架盖板5、动夹具11，磁座机架底板1下方安装有支撑脚16，磁式机架盖板5两侧设置有机架侧板15，且机架侧板15安装在磁座机架底板1上，机架侧板15内部设置有外磁体14，外磁体14内侧嵌套有线圈13，线圈13内侧嵌套有内磁体2，外磁体14上方安装有角度传感器活动极板12，角度传感器活动极板12两侧固定有角度传感器定极板4，角度传感器定极板4设置在磁式机架盖板5下方，加载轴3底部连接有外磁体14，加载轴3中部设置有角度传感器活动极板12，动夹具11上方安装有定夹具9，动夹具11和定夹具9对中部连接有试样10，定夹具9上方连接有悬臂梁8，悬臂梁8一侧固定有电动平移台7，电动平移台7一侧安装有立柱6固定于磁式机架盖板5上方。

支撑脚16为调节高度的支撑脚，电动平移台7为上下调节高度的平移台，设置为可调节高度的支撑脚，可以使底座处于水平状态，避免外界不利因素的影响，使得测量精准，电动平移台上下可移动以便于测试不同长度的试样，使得操作便捷、效率更高，磁座机架底板1和磁式机架盖板5均为带有弱磁性的机架结构，且磁式机架盖板5中部设置有通孔，机架侧板15为三角形结构，且顶端设置有小通孔，主机架框采用磁悬浮装置，消除摩擦阻力矩等干扰因素的不利影响，提高测量精度，满足微扭矩传感器的校准要求，磁式机架盖板5中部的通孔供加载轴3贯穿通过活动连接，而三角形结构的机架侧板15使得主机架结构更稳定，顶端小通孔供试样10通过，加载轴3顶端活动连接有动夹具11，加载轴3中部活动连接有磁式机架盖板5，加载轴3底部活动连接有角度传感器活动极板12和外磁体14，贯通上下、灵活转动，使得扭矩灵敏系数增大，线圈13嵌套在内磁体2外围，外磁体14嵌套在线圈13的外侧，外磁体14、线圈13和内磁体2三者共轴，外磁体14和线圈13间隙配合，线圈13和内磁体2间隙配合，线圈13围绕其中心轴旋转且上方设置有加载轴3，此套电磁驱动机构的磁性为强磁性，可形成一个近似均匀的磁场。

工作原理：线圈13处于内磁体2和外磁体14产生的均匀磁场中，当电流通过线圈13时，线圈13受到一对水平的力，形成旋转的力矩，线圈13带动加载轴3转动，驱动动夹具11旋转，从而将被测试样10扭转，用信号采集模块采集角度信号和线圈的驱动信号，其中角度信号是角度传感器定极板4的电压信号，线圈的驱动信号由信号采集模块在线圈13驱动电路上采集，采集到的角度信号和线圈的驱动信号被传输至计算机，并通过换算得到角度值和扭矩值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。