的每个滚子均设置在所述 X侧向滚子定位孔中，所述X侧向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力板9和所述X 向导轨14滚动连接。
[0023] 所述中承力板9沿Y方向的两侧固定设置有Y向导轨7,所述上承力板6位于所述 Y向导轨7之间，所述上承力板6与中承力板9之间设置有Y向滚子排13,所述上承力板6 与Y向导轨7之间设置有Y侧向滚子排10 ;所述Y向滚子排13由Y向滚子列12和Y向滚 子保持架23组成，所述Y向滚子保持架23上开设有与Y向滚子列12相配合的呈栅格结构 排列的Y向滚子定位孔(附图中未标示)，所述Y向滚子列12的每个滚子均设置在所述Y向 滚子定位孔中，所述Y向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力板9和所述上承力板 6滚动连接；所述Y侧向滚子排10由Y侧向滚子列11和Y侧向滚子保持架24组成，所述 Y侧向滚子保持架24上开设有与Y侧向滚子列11相配合的呈栅格结构排列的Y侧向滚子 定位孔(附图中未标示)，所述Y侧向滚子列11的每个滚子均设置在所述Y侧向滚子定位孔 中，所述Y侧向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述上承力板6和所述Y向导轨7滚动连 接。
[0024] 所述中承力板9的X向一侧固定连接有X加载头8,所述上承力板6的Y向一侧 连接有Y加载头1，Y加载头1与上承力板6之间设置有解耦机构，X向和Y向的运动通过 解耦机构可实现各向的独立运动，该机构由1个与X轴同向的移动副（解耦导轨槽)、1个与 Y轴同向的移动副（Y加载导向机构）及1个转动副（销轴）组成，解耦机构可实现在不改变 原有各运动方向和运动精度的前提下，保证X向和Y向的独立运动。所述解耦机构包括解 耦机构框体5、解耦滑块3、解耦滚子排4、销轴2和Y加载导向机构20 ;所述解耦机构框体 5上开设有沿X向的解耦导轨槽26,所述解耦滑块3位于所述解耦导轨槽26内，所述解耦 滑块3两侧与所述解耦导轨槽26内壁之间设置有所述解耦滚子排4,所述解耦滚子排4由 解耦滚子列27和解耦滚子保持架25组成，所述解耦滚子保持架25上开设有与解耦滚子列 27相配合的呈栅格结构排列的解耦滚子定位孔（附图中未标示)，所述解耦滚子列27的每 个滚子均设置在所述解耦滚子定位孔中，所述解耦滚子定位孔中的滚子两侧分别与解耦滑 块3和解耦导轨槽26内壁滚动连接；所述Y加载头1与解耦滑块3通过销轴2连接；所述 Y加载导向机构20的顶部设置有与Y加载头1相配合Y加载导轨28,Y加载头1与Y加载 导向机构20通过所述Y加载导轨28滑动连接。
[0025] 所述解耦滑块包括可分离的第一滑块29和第二滑块30,所述第一滑块29上设置 有定位凸台31，所述第二滑块30上开设有与所述定位凸台31相配合的定位槽32 ;所述第 一滑块的外侧与所述解耦滚子排4滚动连接，第一滑块29的内侧与第二滑块30的内侧通 过所述定位凸台31和定位槽32配合连接，所述第二滑块30的外侧与所述解耦滚子排4滚 动连接，所述定位凸台31与所述定位槽32的间隙中设置有分别向第一滑块29和第二滑块 30扩张的碟簧33,，第一滑块29和第二滑块30在碟簧33的作用下向两侧扩张，以实现解 耦滑块3的自涨紧功能，解耦滑块3可将解耦滚子排4压紧于解耦导轨槽26内壁上，避免 了解耦滚子排4与接触面之间的滑动。
[0026] 所述上承力板6的上方设置有支架34,所述支架34上与上承力板6对应的位置处 开设有与上承力板6相垂直的导向孔39,所述导向孔39内穿过设置有Z加载头41，所述Z 加载头41的轴与所述导向孔39之间设置有滑键40,该结构设计对Z加载头41约束了除Z 向移动外的其他5个自由度，保证了Z向加载方向的准确性和稳定性。
[0027] 所述X加载头8处设置有X向加载缸35,X向加载缸35的施力端与所述X加载头 8连接；所述Y加载头1处设置有Y向加载缸36,Y向加载缸36的施力端与所述Y加载头 1连接；所述Z加载头41处设置有Z向加载缸37,Z向加载缸37的施力端与所述Z加载头 41连接。所述X向加载缸35、Y向加载缸36和Z向加载缸37上连接有数据采集处理系统。
[0028] 本发明中由于各机构的限制，试验平台仅具有沿X向、Y向、Z向共三个移动自由 度，试验对象38固定于试验平台的上承力板上，借助于本发明可进行单向、双向或三向的 拉压试验。与传统试验平台相比，本发明采用全新的结构和原理，可进行现有技术无法实现 的三向力学试验，且运动范围大、承载能力强、试验精度高。使用本发明进行单向试验，相比 现有平台其加载方向更准确，进行动态试验时加载方向更稳定。进行双向试验时，本发明有 效行程远远大于传统平台，且精度更高，容许载荷更大。
[0029] 以下列举的实施例用来说明本发明的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于 此。
[0030] 水平双向运动机构简图如图7所示。传统机构学中，一般用于机构自由度计算的 Grubler-Kutzbach公式为：
【主权项】
1?一种三向力学试验平台，其特征在于：它包括由上承力板、中承力板和下承力板组 成的三层式结构，所述下承力板沿X方向的两侧固定设置有X向导轨，所述中承力板位于所 述X向导轨之间，所述中承力板与下承力板之间设置有X向滚子排，所述中承力板与X向导 轨之间设置有X侧向滚子排；所述中承力板沿Y方向的两侧固定设置有Y向导轨，所述上承 力板位于所述Y向导轨之间，所述上承力板与中承力板之间设置有Y向滚子排，所述上承力 板与Y向导轨之间设置有Y侧向滚子排；所述中承力板X向一侧固定连接有X加载头，所述 上承力板Y向一侧连接有Y加载头，Y加载头与上承力板之间设置有解耦机构。
2. 根据权利要求1所述的三向力学试验平台，其特征在于：所述上承力板的上方设置 有支架，所述支架上与上承力板对应的位置处开设有与上承力板相垂直的导向孔，所述导 向孔内穿过设置有Z加载头，所述Z加载头的轴与所述导向孔之间设置有滑键。
3. 根据权利要求1或2所述的三向力学试验平台，其特征在于：所述解耦机构包括解 耦机构框体、解耦滑块、解耦滚子排、销轴和Y加载导向机构；所述解耦机构框体上开设有 沿X向的解耦导轨槽，所述解耦滑块位于所述解耦导轨槽内，所述解耦滑块两侧与所述解 耦导轨槽内壁之间设置有所述解耦滚子排，所述解耦滚子排由解耦滚子列和解耦滚子保持 架组成，所述解耦滚子保持架上开设有与解耦滚子列相配合的呈栅格结构排列的解耦滚子 定位孔，所述解耦滚子列的每个滚子均设置在所述解耦滚子定位孔中，所述解耦滚子定位 孔中的滚子两侧分别与解耦滑块和解耦导轨槽内壁滚动连接；所述Y加载头与解耦滑块通 过销轴连接；所述Y加载导向机构的顶部设置有与Y加载头相配合Y加载导轨，Y加载头与 Y加载导向机构通过所述Y加载导轨滑动连接。
4. 根据权利要求3所述的三向力学试验平台，其特征在于：所述解耦滑块包括可分离 的第一滑块和第二滑块，所述第一滑块上设置有定位凸台，所述第二滑块上开设有与所述 定位凸台相配合的定位槽；所述第一滑块的外侧与所述解耦滚子排滚动连接，第一滑块的 内侧与第二滑块的内侧通过所述定位凸台和定位槽配合连接，所述第二滑块的外侧与所述 解耦滚子排滚动连接；所述定位凸台与所述定位槽的间隙中设置有分别向第一滑块和第二 滑块扩张的碟簧。
5. 根据权利要求4所述的三向力学试验平台，其特征在于：所述X向滚子排由X向滚 子列和X向滚子保持架组成，所述X向滚子保持架上开设有与X向滚子列相配合的呈栅格 结构排列的X向滚子定位孔，所述X向滚子列的每个滚子均设置在所述X向滚子定位孔中， 所述X向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力板和所述下承力板滚动连接； 所述X侧向滚子排由X侧向滚子列和X侧向滚子保持架组成，所述X侧向滚子保持架 上开设有与X侧向滚子列相配合的呈栅格结构排列的X侧向滚子定位孔，所述X侧向滚子 列的每个滚子均设置在所述X侧向滚子定位孔中，所述X侧向滚子定位孔中的滚子两侧分 别与所述中承力板和所述X向导轨滚动连接； 所述Y向滚子排由Y向滚子列和Y向滚子保持架组成，所述Y向滚子保持架上开设有 与Y向滚子列相配合的呈栅格结构排列的Y向滚子定位孔，所述Y向滚子列的每个滚子均 设置在所述Y向滚子定位孔中，所述Y向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力板和 所述上承力板滚动连接； 所述Y侧向滚子排由Y侧向滚子列和Y侧向滚子保持架组成，所述Y侧向滚子保持架 上开设有与Y侧向滚子列相配合的呈栅格结构排列的Y侧向滚子定位孔，所述Y侧向滚子 列的每个滚子均设置在所述Y侧向滚子定位孔中，所述Y侧向滚子定位孔中的滚子两侧分 别与所述上承力板和所述Y向导轨滚动连接。
6. 根据权利要求5所述的三向力学试验平台，其特征在于：所述X加载头处设置有X 向加载缸，X向加载缸的施力端与所述X加载头连接；所述Y加载头处设置有Y向加载缸， Y向加载缸的施力端与所述Y加载头连接；所述Z加载头处设置有Z向加载缸，Z向加载缸 的施力端与所述Z加载头连接。
7. 根据权利要求6所述的三向力学试验平台，其特征在于：所述X向加载缸、Y向加载 缸和Z向加载缸上连接有数据采集处理系统。
【专利摘要】本发明公开了一种三向力学试验平台，它包括由上承力板、中承力板和下承力板组成的三层式结构，下承力板沿X方向的两侧固定设置有X向导轨，中承力板与下承力板之间设置有X向滚子排，中承力板与X向导轨之间设置有X侧向滚子排；中承力板沿Y方向的两侧固定设置有Y向导轨，上承力板与中承力板之间设置有Y向滚子排，上承力板与Y向导轨之间设置有Y侧向滚子排；中承力板X向一侧固定连接有X加载头，上承力板Y向一侧连接有Y加载头，Y加载头与上承力板之间设置有解耦机构。本发明的运动范围大、承载能力强、试验精度高、可实现三向独立加载，通过本发明可对试验对象进行单向、双向或三向力学试验。
【IPC分类】G01N3-08
【公开号】CN104655491
【申请号】CN201510084275
【发明人】王建强, 张俊峰, 王建亮, 焦建国, 田野, 王海洋, 辛伟, 李政
【申请人】郑州大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月13日