薄膜疲劳强度测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于材料性能测试仪器技术领域，具体来说涉及一种薄膜疲劳强度测试仪。
【背景技术】
[0002]21世纪，由于信息技术、生物技术、能源、环境、国防工业等的快速发展，对材料性能提出更新更高的要求。元器件的小型化、智能化、高集成度、高密度存储和超快传输技术要求材料的尺寸越来越小。航空航天、新型军事装备及先进制造技术对材料性能的要求趋于极端化。因此，新材料的研宄和创新必然是未来的科学研宄的重要课题和发展基础。薄膜材料是一种具有跨时代意义材料，日常生活、工业制造生产都有其一席之地，尤其是纳米等高分子薄膜由于其特殊的结构特点，使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。为了更好的应用薄膜材料，首要的是要了解薄膜材料的力学性能，而研宄薄膜材料的力学性能的最好方法就是试验。近10多年来，纳米压痕技术发展较快。现阶段广泛使用的薄膜材料力学性能测量方法是采用压头在一定压力下对薄膜材料进行一定时间的加压后用电镜观察其压痕，再通过公式间接算出其疲劳值的纳米压入法；但它的测量过程比较繁琐、结果不直观、并且仪器造价昂贵，故而得不到广泛的应用。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种薄膜疲劳强度测试仪，包括机械传动机构和检测控制电路。
[0004]所述机械传动机构包括底座、下固定箱体、上动箱体、拉伸平台、工作平台。下固定箱体固定在底座上；上动箱体通过滑轨可左右平移地设置在下固定箱体的上方；拉伸平台通过滑轨可左右平移地设置在上动箱体的上方；工作平台固定在底座上。
[0005]下固定箱体设置有第一电机、从动轮、主动轮、丝杠、轴承、滚珠丝杠螺母、第一齿条、位移测量装置，所述第一电机设置在下固定箱体的内部，第一电机输出轴上固定有主动轮；丝杠通过轴承可旋转地水平固定在下固定箱体的两个侧壁上；所述从动轮和滚珠丝杠螺母同轴设置在丝杠上；滚珠丝杠螺母下端固定连接有第一齿条，第一齿条与位移测量装置连接；从动轮通过传动带与固定在第一电机输出轴上的主动轮连接。
[0006]上动箱体与滚珠丝杠螺母通过螺栓相连接；上动箱体内部设置有第二电机和摇杆机构，所述第二电机固定上动箱体的底部；在所述摇杆机构包括曲轴、第一连杆、第二连杆、连接柱和扇形齿轮，其中曲轴第二电机相连，第一连杆的一端可旋转地与曲轴相连，另一端可旋转地与第二连杆的一端相连，第二连杆的另一端固定在连接柱的一端，连接柱的另一端与扇形齿轮固定连接，连接柱的中间位置设置有轴，轴的两端固定在上动箱体的侧壁上。
[0007]拉伸平台的上面固定设置有拉力传感器，底面固定设置有第二齿条，第二齿条与扇形齿轮齿接。
[0008]工作平台上设置有薄膜测试机构，所述薄膜测试机构包括固定夹板、移动夹板和回弹导轨装置，所述回弹导轨装置由导轨挡板、导轨和弹簧组成，弹簧同轴套嵌在导轨中；移动夹板可移动地固定在回弹导轨装置的导轨上，且移动夹板通过钢丝绳与拉力传感器相连；当对薄膜材料进行测试时，通过钢丝绳和弹簧的协同作用可以实现移动夹板在导轨中左右移动。
[0009]本实用新型的机械传动机构的传动形式如下:第一电机通过传动带带动从动轮，从动轮带动丝杠旋转，丝杠带动滚珠丝杠螺母移动，滚珠丝杠螺母同步带动与其相连的上动箱体在滑道上左右移动，从而实现第一电机对上动箱体以及拉伸平台的位置的控制；所述位移测量装置内部设置有光电编码器，其通过第一齿条实时采集滚珠丝杠螺母的位移数据。第二电机驱动摇杆机构运动，扇形齿轮通过第二齿条带动拉伸平台左右往复运动。
[0010]所述检测控制电路包括MCU微控制器、电源模块、复位电路、步进电机驱动模块、直流电机驱动模块、人机交互模块、光电编码器模块、拉力传感器模块，所述电源模块、复位电路、步进电机驱动模块、直流电机驱动模块、人机交互模块、光电编码器模块、拉力传感器模块和MCU微控制器相连，所述电源模块还与步进电机驱动模块、直流电机驱动模块相连。所述步进电机驱动模块和直流电机驱动模块分别用于控制步进电机和直流电机、所述拉力传感器模块检测拉力传感器信号，光电编码器模块采集滚珠丝杠螺母的位移数据，采集到的数据传输给MCU微控制器，MCU微控制器分析数据并通过人机交互模块在显示器上形成反馈，最后自动生成特性曲线，直观的显示材料特性曲线。
[0011]本实用新型整体设计上以模块化设计的理念分为机械和检测控制两大模块；在机械方面采用摇杆机构与工作台铰接使工作台来回摆动传递动力，为了保证与材料在受力过程中被测材料的伸长量与施力微量位移的同步，采用差动丝杆传动，并用减速同步带传递动力，形成稳定的二次减速，从而确保微量位移；另外为了减少运动传递过程中的摩擦，提高工作效率，采用滚珠滑道、滚动轴承来达到目的；在电控方面主要由检测模块、电源模块、控制模块、人机交互模块四大部分构成采用高灵敏度的拉压力传感器来实时采集载荷数据，采用光电编码器实时采集位移数据，采集到的数据传输给单片机显示在显示器上形成反馈，最后自动生成特性曲线，直观的显示材料特性曲线。本实用新型摒弃了目前实验过程的繁琐和为确保精度而配备的昂贵费用，人机交互性强。相对于具有同样效果的实验手段来说，该机械机构具有占地空间小，功能实用、操作简单、成本低廉，完全通过人自主的进行控制运动，便于推广，适用于精确的测试出不同量级的薄膜的疲劳极限，并能够应用于实验教具。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型实施例一中的机械传动机构的结构示意图。
[0013]图2是图1的俯视图。
[0014]图3是本实用新型实施例二中的机械传动机构的结构示意图。
[0015]图4是本实用新型的检测控制电路的连接关系示意图。
[0016]图5是【具体实施方式】中的力与伸长量的关系图。
[0017]其中:1为拉伸平台，2为第二齿条，3为扇形齿轮，4为第二连杆，5为第一连杆，6为第二电机，7为滑轨，8为丝杠，9为轴承，10为从动轮，11为主动轮，12为第一电机，13为底座，14为滚珠丝杠螺母，15为第一齿条，16为位移测量装置，17为控制箱，18为下固定箱体，19为工作平台，20为上动箱体，21为固定夹板，22为薄膜材料，23为移动夹板，24为导轨挡板，25为钢丝绳，26为拉力传感器，27为曲轴，28为螺栓，29为连接柱，30为弹簧，31为导轨，32为第一夹板，32-1为第一夹板拧紧螺栓，33为第二夹板，33-1为第二夹板拧紧螺栓。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
[0019]实施例一:
[0020]参见附图1，本实用新型所涉及的薄膜疲劳强度测试仪包括机械传动机构和检测控制电路。所述机械传动机构包括底座13、下固定箱体18、上动箱体20、拉伸平台1、工作平台19。下固定箱体18固定在底座13上；上动箱体20通过滑轨7可左右平移地设置在下固定箱体18的上方；拉伸平台I通过滑轨可左右平移地设置在上动箱体20的上方；工作平台19固定在底座13上。
[0021 ] 下固定箱体18设置有第一电机12、从动轮10、主动轮11、丝杠8、轴承9、滚珠丝杠螺母14、第一齿条15、位移测量装置16，所述第一电机12设置在下固定箱体18的内部，第一电机12输出轴上固定有主动轮11 ;丝杠8通过轴承9可旋转地水平固定在下固定箱体18的两个侧壁上；所述从动轮10和滚珠丝杠螺母14同轴设置在丝杠8上；滚珠丝杠螺母14下端固定连接有第一齿条15，第一齿条15与位移测量装置16连接；从动轮10通过传动带与固定在第一电机12输出轴上的主动轮11连接。
[0022]上动箱体20与滚珠丝杠螺母14通过螺栓28相连接；上动箱体20内部设置有第二电机6和摇杆机构，所述第二电机6固定上动箱体20的底部；在所述摇杆机构包括曲轴27、第一连杆5、第二连杆4、连接柱29和扇形齿轮3，其中曲轴27第二电机相连，第一连杆5的一端可旋转地与曲轴27相连，另一端可旋转地与第二连杆4的一端相连，第二连杆4的另一端固定在连接柱29的一端，连接柱29的另一端与扇形齿轮3固定连接，连接柱29的中间位置设置有轴，轴的两端固定在上动箱体20的侧壁上。
[0023]拉伸平台I的上面固定设置有拉力传感器26，底面固定设置有第二齿条2，第二齿条2与扇形齿轮3齿接。
[0024]工作平台19上设置有薄膜测试机构，参见附图2，所述薄膜测试机构包括固定夹板21、移动夹