专利名称：单驱动双向同步拉伸微操作试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于微小物体材料力学性能测试的拉伸机构及其装置，具体是一种单驱动输入实现双向同步拉伸的机构及其装置。
背景技术：
碳纳米管由于具有机械强度高、弹性模量高、导热性能强等优点，受到研究人员的广泛关注，在工程上具有极高的应用前景。为了研究其材料力学性能特性，如弹性模量、屈服强度等，需要对试件进行材料力学拉伸试验。但是碳纳米管具有各向异性，传统的单向拉伸试验不足以充分研究这种材料的材料力学特性。因此，有必要设计用于试件双向同步拉伸的试验平台。目前，双向拉伸试验台有两种实现方式双驱动方式和单驱动方式。采用双驱动方式实现，即在横向和纵向两个方向上安装独立的驱动装置。由于拉伸试验对同步性要求很高，因而双驱动试验台需要安装精密的位移传感器和复杂的同步控制系统，导致整个平台搭建复杂，成本较高。采用单驱动输入的双向拉伸试验台通常使用齿轮、绳索作为传动方式，结构复杂，且绳索易产生变形，限制了其在微小试件力学性能测试上的应用。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种单驱动双向同步拉伸微操作试验台，使用菱形四连杆机构将纵向滑块的位移传递到横向滑块上，从而简化了传动结构和驱动装置，适宜于微小试件的双向拉伸试验。本发明通过下述技术方案实现一种单驱动双向同步拉伸微操作试验台，包括驱动装置、十字机架、纵向导轨、纵向滑块1、纵向滑块I1、横向导轨、横向滑块1、横向滑块II和菱形四连杆机构。所述十字机架固定安装在工作台上,所述十字机架上安装有横向导轨和纵向导轨。所述驱动装置包括伺服电机、减速器和联轴器。所述电机与所述十字机架固定连接。所述纵向导轨与所述纵向滑块滑动连接。所述纵向导轨内安装有反向同步传动丝杠组，包括丝杠I与丝杠II。所述丝杠I与所述驱动装置连接，可驱动所述纵向滑块I在所述纵向导轨上做平移运动。丝杠II和丝杠I通过相同齿数齿轮的齿轮副连接，转动方向与丝杠I相反，可驱动所述纵向滑块II在纵向导轨上做平移运动。所述纵向滑块I与所述纵向滑块II上分别固定安装纵向夹具I和纵向夹具II。所述横向导轨安装在所述纵向导轨两侧，并与所述纵向导轨垂直。所述横向导轨与所述横向滑块1、所述横向滑块II滑动连接。所述横向滑块I与所述横向滑块II上分别固定安装横向夹具I和横向夹具II。
所述横向夹具安装在横向夹具托架上,所述横向夹具托架为一曲边框型结构，其一端固定安装在所述横向滑块上，另一端上安装所述横向夹具。所述横向夹具托架I与所述横向夹具托架II关于夹持中心对称。所述菱形四连杆机构为四组等长连杆通过四个铰链相互连接而成。处于对角位置的一对铰链分别固定在所述纵向滑块I和所述纵向滑块II上，处于对角位置的另一对铰链分别固定在所述横向滑块I和所述横向滑块II上。使用本发明进行试件双向拉伸试验的方法步骤如下首先将本装置固定于工作台上，并将待测试件的横向两端通过所述横向夹具I和横向夹具II固定，将待测试件的纵向两端通过所述纵向夹具I和纵向夹具II固定。然后，控制伺服电机驱动所述丝杠I转动。在所述反向同步传动丝杠组的带动下，所述纵向夹具I和所述纵向夹具II同时反方向向外移动，对试件进行纵向拉伸。通过所述菱形四连杆机构的传动作用，所述横向夹具I和所述横向夹具II也同时反方向向外移动，对试件进行同步地横向拉伸。与现有技术相比，本发明的有益效果是1、使用一个驱动输入实现了对试件的双向同步拉伸，省去了第二组驱动装置，以及配套的传感元件和控制系统，可以有效降低成本。2、比较现有单驱动双向同步拉伸装置，本发明采用菱形连杆传动代替齿轮、绳索传动，零件少，结构简单可靠，精密度高。3、本发明适宜于微小试件的双向拉伸试验，操作简单，易用性强。
图1是本发明单驱动双向同步拉伸微操作试验台的结构示意图。图中1 一驱动装置；2—十字机架；3—横向夹具I ;4一纵向夹具II ;5—丝杠II ；6—丝杠I ;7—纵向导轨；8—横向夹具托架I ;9一横向导轨；10—横向夹具II ;11 一菱形四连杆机构；12—横向滑块I ;13—纵向夹具I ;14一纵向滑块I ;15—横向夹具托架II ;16—横向滑块II ;17—纵向滑块II
具体实施例方式如图1所示本发明所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，包括驱动装置1、十字机架2、纵向导轨7、纵向滑块114、纵向滑块1117、横向导轨9、横向滑块112、横向滑块1116、反向同步传动丝杠组、横向夹具托架18、横向夹具托架1115、横向夹具13、横向夹具1110、纵向夹具113、纵向夹具114和菱形四连杆机构11。所述反向同步传动丝杠组包括丝杠16、丝杠115。所述十字机架2上设有安装导轨的通孔。所述纵向导轨7由螺栓连接固定在所述十字机架2上，所述横向导轨9固定安装在纵向导轨7的两侧，通过螺栓连接固定在十字机架2上。构成“十”字型。安装时应保证纵向导轨9与横向导轨7相互垂直。所述十字机架2上设有通孔，可用螺栓将其固定在工作台上。所述驱动装置2包括伺服电机、减速器和联轴器。所述电机与所述十字机架固定连接。
所述反向同步传动丝杠组安装在所述纵向导轨7内，由丝杠16与丝杠115组成。所述丝杠16与丝杠115 —端通过齿轮啮合，始终以相同速度反向旋转。所述丝杠16通过联轴器与所述驱动装置2的旋转轴连接。所述纵向滑块114和所述纵向滑块1117安装在纵向导轨7上。纵向滑块114通过螺母与丝杠16连接，当丝杠16旋转时，纵向滑块114沿导轨做平移运动；纵向滑块Π17通过螺母与丝杠115连接，当丝杠115旋转时，纵向滑块1117沿导轨做平移运动。所述纵向夹具113由螺栓固定安装在纵向滑块114上；所述纵向夹具114由螺栓固定安装在纵向滑块1117上。纵向夹具114与纵向夹具113相对安装。所述横向滑块112和所述横向滑块II16安装在横向导轨9上，并分别位于纵向导轨7的两侧，可沿导轨做平移运动。如图1所示，所述横向夹具托架18为一曲边框型结构，横向夹具托架18曲边框的纵向宽度应大于纵向滑块114与纵向滑块1117最大距离的1/2，横向夹具托架18曲边框的横向宽度应大于横向滑块112与纵向导轨7中心线的最大距离。所述横向夹具托架Π15的尺寸与横向夹具托架18完全相同。横向夹具托架18的一端由螺栓固定在横向滑块112上，另一端与所述横向夹具13固定连接；横向夹具托架1115的一 端由螺栓固定在横向滑块1116上，另一端与所述横向夹具IIlO固定连接。横向夹具托架18和横向夹具托架1115关于夹持中心对称安装。横向夹具13与横向夹具IIlO相对安装。所述菱形四连杆机构11由四组等长连杆通过四个铰链相互连接而成。处于对角位置的一对铰链分别固定在所述纵向滑块114和所述纵向滑块1117上，处于对角位置的另一对铰链分别固定在所述横向滑块112和所述横向滑块1116上。当进行试件的双向拉伸试验时，首先将试件夹持在所述横向夹具13、所述横向夹具1110、所述纵向夹具113与所述纵向夹具114上固定。然后启动电机驱动所述丝杠16旋转，通过齿轮带动所述丝杠115反向旋转，从而驱动所述纵向滑块114和所述纵向滑块1117沿导轨以相同速度向外移动，使纵向夹具113与纵向夹具114向外移动，并使所述菱形四连杆机构11纵向对角线的长度增加，横向对角线的长度缩小。这样，所述横向滑块112与所述横向滑块II16将同时以相同速度向内移动。由于横向夹具13通过横向夹具托架18安装在横向滑块112的对侧，横向夹具IIlO通过横向夹具托架II15安装在横向滑块II16的对侧，横向夹具13和横向夹具1110也将向外移动。这样，就实现了在纵向和横向两个方向上对试件进行同步拉伸。如上所述，便可较好地实现本发明。应当指出，上述方案只是本发明较优的实现方式之一，在不脱离本发明原理的前提下所做出变化和修改均为本发明权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种单驱动双向同步拉伸微操作试验台，包括驱动装置、十字机架、纵向导轨、纵向滑块、横向导轨和横向滑块，其特征在于所述纵向滑块包括纵向滑块I和纵向滑块II，所述横向滑块包括横向滑块I和横向滑块II;所述驱动装置与所述十字机架固定连接，所述十字机架安装在工作台上，所述横向导轨和纵向导轨安装在所述十字机架上；所述纵向导轨与所述纵向滑块滑动连接，所述纵向导轨内安装有使所述纵向滑块在所述纵向导轨上做平移运动的传动装置，所述传动装置与所述驱动装置连接；所述横向导轨安装在所述纵向导轨两侧，并与所述纵向导轨垂直，所述横向导轨与所述横向滑块滑动连接；还包括一菱形四连杆机构，所述菱形四连杆机构为四组等长连杆通过四个铰链相互连接而成，处于对角位置的一对铰链分别固定在所述纵向滑块I和所述纵向滑块II上，处于对角位置的另一对铰链分别固定在所述横向滑块I和所述横向滑块II上。
2.根据权利要求1所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，其特征在于所述驱动装置包括伺服电机、减速器和联轴器，所述电机与所述十字机架固定连接。
3.根据权利要求1所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，其特征在于所述纵向导轨内安装的使所述纵向滑块在所述纵向导轨上做平移运动的传动装置是反向同步传动丝杠组，包括丝杠I与丝杠II ;所述丝杠I与所述驱动装置连接，可驱动所述纵向滑块I在所述纵向导轨上做平移运动；所述丝杠II和丝杠I通过相同齿数齿轮的齿轮副连接，转动方向与丝杠I相反，可驱动所述纵向滑块II在纵向导轨上做平移运动。
4.根据权利要求1所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，其特征在于所述纵向滑块I与所述纵向滑块II上分别固定安装纵向夹具I和纵向夹具II，所述纵向夹具II与纵向夹具I相对安装。
5.根据权利要求1所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，其特征在于所述横向滑块I与所述横向滑块II上分别固定安装横向夹具I和横向夹具II，所述横向夹具II与横向夹具I相对安装。
6.根据权利要求5所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，其特征在于所述横向夹具安装在横向夹具托架上，所述横向夹具托架为一曲边框型结构，其一端固定安装在所述横向滑块上，另一端安装所述横向夹具；包括关于夹持中心对称的横向夹具托架I与横向夹具托架II。
7.根据权利要求6所述的单驱动双向同步拉伸微操作试验台，其特征在于所述横向夹具托架I曲边框的纵向宽度应大于纵向滑块I与纵向滑块II最大距离的1/2，横向夹具托架I曲边框的横向宽度应大于横向滑块I与纵向导轨中心线的最大距离。
全文摘要
本发明公开了一种单驱动双向同步拉伸微操作试验台，采用一个驱动输入，即可使滑块在相互垂直的两个方向上对试件进行拉伸，包括驱动装置、十字机架、纵向滑块和导轨、横向滑块和导轨、反向同步传动丝杠组、横向夹具托架、纵向夹具和菱形四连杆机构。本发明采用连杆机构实现试件在两个方向上受到同步拉伸，省去了传统装置中的保证双向同步的机电控制系统和复杂的传动机构。本发明的机架稳固，结构简单，成本低廉，可对微小物体进行拉伸试验。
文档编号G01N3/08GK102998179SQ20121048525
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者高峰, 何俊, 孙乔, 涂善东 申请人:上海交通大学