一种蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的制作方法

本发明适用于金属及非金属材料的力学性能测试，具体地说是一种蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机。

背景技术：

拉伸试验机广泛应用于各种金属、非金属、复合材料、医药、食品、木材、铜材、铝材、塑料型材、电线电缆、纸张、薄膜、橡胶、纺织、航空航天等行业进行拉伸性能指标的测试，特别是现阶段各种新材料、新工艺层出不穷，各种器件的加工尺寸越来月微型化，对于材料微纳结构机械力学性能指标的测试显得尤为重要，由于测试试样只有毫米量级，试样屈服力和形变量很小，试样拉伸过程需要保证试样拉伸过程不发生扭转变形且受力均匀，国内的拉伸试验机是单向拉伸且拉伸速度较大，无法完成细微尺度的力学性能测试。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术所存在的不足，提出一种蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机，以期能够实现材料细微尺寸试样的拉伸，从而辅助材料微纳结构机械力学性能的研究。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案为：

本发明一种蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的特点是包括：机架、加载动力模块、传感器模块以及夹持模块；

在所述机架上设置有所述加载动力模块、传感器模块以及夹持模块；

所述机架包括：电机座、电机法兰座、第一轴承座、第二轴承座、第三轴承座、第四轴承座、第五轴承座、第六轴承座、第七轴承座、第八轴承座、第九轴承座、第十轴承座；

所述加载动力模块包括：电机、齿轮箱、电机法兰、连接器、电机连接轴、蜗杆轴、第一蜗杆、第一蜗轮、第二蜗杆、第二蜗轮、第三蜗杆、第三蜗轮、第一反向螺纹滚珠丝杠、第二反向螺纹滚珠丝杠、第一拉伸移动块、第二“π”型拉伸移动块；

所述齿轮箱一端套装在所述电机轴上，所述齿轮箱的另一转轴端固定在所述电机法兰上，所述电机法兰固定在所述电机法兰座上，所述电机连接轴通过所述连接器连接所述齿轮箱的转轴端，所述第一蜗杆套装在所述电机连接轴上，在所述电机连接轴的两端分别设置第一轴承和第二轴承，且所述第一轴承和第二轴承分别固定在所述第一轴承座和所述第二轴承座上，用于对所述电机连接轴形成支撑、限位和滚动配合结构；

在所述第一蜗杆的下方，且垂直于所述第一蜗杆的方向上设置有所述蜗杆轴；在所述蜗杆轴上依次套装有所述第三轴承、第三垫圈、所述第一蜗轮、第一蜗杆垫圈、所述第二蜗杆、第二蜗杆垫圈、所述第三蜗杆、第四垫圈和第四轴承；且所述第一蜗轮与所述第一蜗杆啮合；所述第三轴承和第四轴承分别固定在所述第十轴承座和第七轴承座上，用于对所述蜗杆轴形成支撑、限位和滚动配合结构；

在所述第一反向螺纹滚珠丝杠的第一丝母和所述第二反向螺纹滚珠丝杠的所述第四丝母上设置有所述第一拉伸移动块；在所述第一反向螺纹滚珠丝杠的第二丝母和所述第二反向螺纹滚珠丝杠的所述第三丝母上设置有所述第二拉伸移动块；

在所述第一丝母外侧的第一反向螺纹滚珠丝杠上依次套装有第三密封端盖、第一轴承组、第一锁紧环、第六垫圈、所述第二蜗轮、第五垫圈、第五轴承；且所述第二蜗轮与所述第二蜗杆啮合；所述第一轴承组和第五轴承分别固定在所述第四轴承座和第三轴承座上；

在所述第二丝母外侧的第一反向螺纹滚珠丝杠上套装有第二轴承组；且所述第二轴承组固定在所述第九轴承座上；

在所述第四丝母外侧的第二反向螺纹滚珠丝杠上依次套装有第四密封端盖、第四轴承组、第二锁紧环、第七垫圈、第三蜗轮、第八垫圈、第六轴承；且所述第三蜗轮与所述第三蜗杆啮合；所述第四轴承组和第六轴承分别固定在所述第六轴承座和第五轴承座上；

在所述第三丝母外侧的第二反向螺纹滚珠丝杠上套装有第三轴承组；且所述第三轴承组固定在所述第八轴承座上；

所述加载动力模块通过所述电机驱动齿轮箱带动涡轮蜗杆转动，并联动反向螺纹滚珠丝杠运动，从而带动第一拉伸移动块和第二“π”型拉伸移动块反向移动，以实现所述试样的拉伸或压缩；

所述夹持模块包括：第一锁紧螺钉、第一夹紧头、第二夹紧头、第二锁紧螺钉；

在所述第一反向螺纹滚珠丝杠和第二反向螺纹滚珠丝杠之间，并贯穿所述第二拉伸移动块上设置有所述第二夹紧头；且所述第二夹紧头的末端通过所述第二锁紧螺钉进行固定；

在所述第一反向螺纹滚珠丝杠和第二反向螺纹滚珠丝杠之间，并贯穿所述第一拉伸移动块上设置有所述第一夹紧头；且所述第一夹紧头的末端通过所述第一锁紧螺钉进行固定；

在所述第一夹紧头和所述第二夹紧头之间夹持有试样；

所述传感器模块包括：位移传感器、接长杆、测力器、测力器端部固定块、第三锁紧螺钉、第一行程开关、第二行程开关；

在所述第一反向螺纹滚珠丝杠或第二反向螺纹滚珠丝杠的外侧设置有所述位移传感器；所述位移传感器固定在所述第二拉伸移动块；所述位移传感器通过其端部的插芯连接有所述接长杆，所述接长杆固定在所述第一拉伸移动块上；

在所述第二“π”型拉伸移动块的底部腔体内设置有所述测力器；所述测力器的受力端拧入所述第二锁紧螺钉，在所述第二“π”型拉伸移动块的底部腔体开口处设置有测力器端部固定块；所述测力器端部固定块用于固定所述测力器；

所述第一行程开关固定在所述第八轴承座，用于形成所述第二“π”型拉伸移动块的限位结构；

所述第二行程开关固定在所述机架的一侧，用于形成所述第一拉伸移动块的限位结构；

所述传感器模块通过所述位移传感器获取所述试样在拉伸或压缩时的位移量，并通过测力器获取所述试样在拉伸或压缩时的受力大小。

本发明所述的蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的特点也在于，所述第一夹紧头或第二夹紧头的结构包括：压块、夹紧螺钉组、第一夹紧垫块、顶丝、夹爪块、第二夹紧垫块；

所述夹爪块为螺钉状，在所述夹爪块的螺钉头部设置有矩形空腔；在所述矩形空腔内设置有所述压块；所述压块通过所述夹紧螺钉组固定在所述夹爪块的螺钉头部；在所示矩形空腔中间位置处向内延伸设置有夹持腔；在所述夹持腔内设置有第一夹紧垫块和所述第二夹紧垫块，在所述第一夹紧垫块和所第二夹紧垫块之间夹持有所述试件；在所述压块的相对侧设置有所述顶丝；以所述压块和顶丝作用于所述第一夹紧垫块和所述第二夹紧垫块上，从而形成所述试件的夹紧结构。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明双向拉伸机通过机架、加载动力模块、传感器模块以及夹持模块的有机组合，利用电机旋转，经过蜗轮、蜗杆以及反向螺纹滚珠丝杠传动，以及夹紧头对试样的夹持，实现了试样的双向拉伸(或压缩)；并且两个反向螺纹滚珠丝杠的传动完全同步，这样可以保证试样在拉伸过程中不会发生扭曲变形。

2、本发明双向拉伸机的加载动力模块采用两个同步旋转的反向螺纹滚珠丝杠结构，由于反向螺纹滚珠丝杠的两部分螺纹的反向性，使得固定在丝母上的两个拉伸移动块始终沿着相反的方向进行移动，提高了加载动力模块的传动效率，相交于单向拉伸，本发明双向拉伸机的传递距离要缩小一倍。

3、本发明双向拉伸机的加载动力模块采用齿轮箱以及蜗轮蜗杆啮合传动的三级变速结构，在电机转速稳定的前提下，实现了试样的微位移匀速拉伸，可以有效避免试样因为拉伸速度不稳定而造成的试样意外断裂等，试样极小的拉伸速度，也有利于绘制出更清晰的试样拉伸曲线，进而得到更精确的材料力学性能参数。

4、本发明双向拉伸机传感器模块是采用直接固定在拉伸移动块上的安装方式，其中一个夹紧头连接测力器并固定在拉伸移动块上，并且位移传感器和接长杆分别固定在两个拉伸移动块上，在试样拉伸或压缩过程中，测力器和位移传感器输出的值是试样最直接也是最准确的受力值和变形量，解决了现试样实时受力和变形难以准确测量的困难。

附图说明

图1是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的结构示意图；

图2是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的结构上视图；

图3是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的机架的结构示意图；

图4是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的机架前视图；

图5是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的电机轴侧部分示意图；

图6是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的电机轴侧部分左视图；

图7是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的蜗杆轴侧部分示意图；

图8是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的蜗杆轴侧部分左视图；

图9是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的反向滚珠丝杠部分示意图；

图10a是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的拉伸移动块部分示意图；

图10b是本发明图10a中测力器端拉伸移动块右视图；

图11a是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的夹紧头部分示意图；

图11b是本发明蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机的夹紧头部分上视图；

图11c是本发明图11b中A-A的剖视图；

图中标号：1机架；2电机固定螺纹孔；3电机；4位移传感器插芯；5齿轮箱；6接长杆固定螺纹孔；7接长杆；8第一蜗杆固定螺纹孔；9第一蜗杆；10第一蜗轮；11第一蜗杆垫圈；12第二蜗轮；13第二蜗杆；14第二蜗杆垫圈；15第三蜗杆；16第三蜗轮；17第一行程开关；18第一拉伸移动块；19第一锁紧螺钉；20第一夹紧头；21第一反向螺纹滚珠丝杠；22第二反向螺纹滚珠丝杠；23第二拉伸位移块；24第二夹紧头；25第二行程开关；26第二行程开关垫块；27第二锁紧螺钉；28测力器端部固定块；29第三锁紧螺钉；30测力器；31位移传感器；32位移传感器固定螺纹孔；33电机座；34电机法兰座；35第一轴承座；36第二轴承座；37第三轴承座；38第四轴承座；39第五轴承座；40第六轴承座；41第七轴承座；42第一行程开关固定螺纹孔；43第二行程开关固定螺纹孔；44第八轴承座；45第九轴承座；46第十轴承座；47电机法兰；48连机器锁紧螺钉；49连接器；50电机连接轴；51第一轴承；52第一垫圈；53第二垫圈；54第二轴承；55第一电机法兰孔组；56第二电机法兰孔组；57第三轴承；58第三垫圈；59第二蜗杆固定螺纹；60第三蜗杆固定螺纹；61第四垫圈；62第四轴承；63第一密封端盖；64蜗杆轴；65第二密封端盖；66第五轴承；67第五垫圈；68第六垫圈；69第一锁紧环；70第一轴承组；71第三密封端盖；72第一丝母；73第二丝母；74第二轴承组；75测力器端部固定块固定螺丝组；76第三轴承组；77第三丝母；78第四丝母；79第四密封端盖；80第四轴承组；81第二锁紧环；82第七垫圈；83第八垫圈；84第六轴承；85第五密封端盖；86第一通孔；87第二通孔；88第三通孔；89第四通孔；90第五通孔；91第一拉伸移动块固定螺纹孔组；92第六通孔；93第七通孔；94第八通孔；95第九通孔；96第二拉伸位移块固定螺纹孔组；97夹紧头固定螺纹孔；98压块；99夹紧螺钉组；100第一夹紧垫块；101顶丝；102夹爪块；103第二夹紧垫块。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例中，一种蜗轮蜗杆丝杠传动式双向拉伸试验机，是由机架、加载动力模块、传感器模块以及夹持模块构成：

在机架1上设置有加载动力模块、传感器模块以及夹持模块；

如图3和图4所示，机架是一体结构加工而成，包括：电机座33、电机固定螺纹孔2、电机法兰座34、第一轴承座35、第二轴承座36、第三轴承座37、第四轴承座38、第五轴承座39、第六轴承座40、第七轴承座41、第一行程开关固定螺纹孔42、第二行程开关固定螺纹孔43、第八轴承座44、第九轴承座45、第十轴承座46；

加载动力模块包括：电机3、齿轮箱5、电机法兰47、连接器49、电机连接轴50、蜗杆轴64、第一蜗杆9、第一蜗轮10、第二蜗杆13、第二蜗轮12、第三蜗杆15、第三蜗轮16、第一反向螺纹滚珠丝杠21、第二反向螺纹滚珠丝杠22、第一拉伸移动块18、第二“π”型拉伸移动块23；

如图5和图6所示，齿轮箱5一端套装在电机3轴上，齿轮箱5的另一转轴端穿过电机法兰47，在第一电机法兰孔组55中拧入螺丝，将所诉齿轮箱5固定在电机法兰47上，在第二电机法兰孔组56拧入螺丝，将电机法兰47固定在电机法兰座34上，电机连接轴50通过连接器49连接齿轮箱5的转轴端，并锁死连接器49锁紧螺钉，第一蜗杆9套装在电机连接轴50上，在第一蜗杆固定螺纹孔8中拧入顶丝，锁紧顶丝将第一蜗杆9固定在电机连接轴50上，在电机连接轴50的两端分别设置第一轴承51和第二轴承54，且第一轴承51和第二轴承54分别固定在第一轴承座35和第二轴承座36上，用于对电机连接轴50形成支撑、限位和滚动配合结构；

如图7和图8所示，在第一蜗杆9的下方，且垂直于第一蜗杆9的方向上设置有蜗杆轴64；在蜗杆轴64上依次套装有第三轴承57、第三垫圈58、第一蜗轮10、第一蜗杆垫圈11、第二蜗杆13、第二蜗杆垫圈14、第三蜗杆15、第四垫圈61和第四轴承62；且第一蜗轮10与第一蜗杆9啮合；分别在第二蜗杆固定螺纹孔59和第三蜗杆固定螺纹孔60中拧入顶丝，将第二蜗杆13和第三蜗杆15固定在蜗杆轴64上，第三轴承57和第四轴承62分别固定在第十轴承座46和第七轴承座41上，用于对蜗杆轴64形成支撑、限位和滚动配合结构；

如图9、图10a和图10b所示，在第一反向螺纹滚珠丝杠21的第一丝母72和第二反向螺纹滚珠丝杠22的第四丝母78上设置有第一拉伸移动块18；将第一反向螺纹滚珠丝杠21和第二反向螺纹滚珠丝杠22分别穿过第三通孔88和第五通孔90，在第一拉伸移动块固定螺纹孔组91中分别拧入螺丝并锁死，将第一拉伸移动块18固定在第一丝母72和第四丝母78上；在第一反向螺纹滚珠丝杠21的第二丝母73和第二反向螺纹滚珠丝杠22的第三丝母77上设置有第二拉伸移动块23；将第一反向螺纹滚珠丝杠21和第二反向螺纹滚珠丝杠22另一端分别穿过第九通孔95和第六通孔92，在第二拉伸移动块固定螺纹孔组96中分别拧入螺丝并锁死，将第二拉伸移动块23固定在第二丝母73和第三丝母77上，

在第一丝母72外侧的第一反向螺纹滚珠丝杠21上依次套装有第三密封端盖71、第一轴承组70、第一锁紧环69、第六垫圈68、第二蜗轮12、第五垫圈67、第五轴承66；锁死第一锁紧环69，且第二蜗轮12与第二蜗杆13啮合；第一轴承组70和第五轴承66分别固定在第四轴承座38和第三轴承座37上；

在第二丝母73外侧的第一反向螺纹滚珠丝杠21上套装有第二轴承组74；且第二轴承组74固定在第九轴承座45上；第九轴承座45与第四轴承座38和第三轴承座37一起用于对第一反向螺纹滚珠丝杠21形成支撑、限位和滚动配合结构；

在第四丝母78外侧的第二反向螺纹滚珠丝杠22上依次套装有第四密封端盖79、第四轴承组80、第二锁紧环81、第七垫圈82、第三蜗轮16、第八垫圈83、第六轴承84；锁死第二锁紧环81，且第三蜗轮16与第三蜗杆15啮合；第四轴承组80和第六轴承84分别固定在第六轴承座40和第五轴承座39上；

在第三丝母77外侧的第二反向螺纹滚珠丝杠22上套装有第三轴承组76；且第三轴承组76固定在第八轴承座44上；第八轴承座44与第六轴承座40和第五轴承座39一起用于对第二反向螺纹滚珠丝杠22形成支撑、限位和滚动配合结构；

与传统的拉伸试验机相比较，加载动力模块通过电机3驱动齿轮箱5带动涡轮蜗杆转动，并联动反向螺纹滚珠丝杠运动，由于滚珠丝杠的两部分螺纹的反向性，从而带动第一拉伸移动块18和第二“π”型拉伸移动块23始终反向移动，相互靠近或者相互远离，以实现试样的拉伸或压缩，可以大大缩小传递距离，提高拉伸机的加载动力模块的传动效率；

由于第一反向螺纹滚珠丝杠21通过固定在其上的第二蜗轮12与第二蜗杆13完美啮合，第二反向螺纹滚珠丝杠22通过固定在其上的第三蜗轮16与第三蜗杆15完美啮合，且第二蜗杆13和第三蜗杆15固定在同一根蜗杆轴上，所以第一反向螺纹滚珠丝杠21和第二反向螺纹滚珠丝杠22的旋转近似完全同步，这样可以保证试样始终沿着直线方向拉伸或者压缩，不会发生扭曲变形；

如图11a、图11b和图11c所示，夹持模块包括：第一锁紧螺钉19、第一夹紧头20、第二夹紧头24、第二锁紧螺钉27；

在第一反向螺纹滚珠丝杠21和第二反向螺纹滚珠丝杠22之间，并贯穿第二拉伸移动块23上设置有第二夹紧头24；且第二夹紧头24的末端通过第二锁紧螺钉27进行固定；

在第一反向螺纹滚珠丝杠21和第二反向螺纹滚珠丝杠22之间，并贯穿第一拉伸移动块18上设置有第一夹紧头20；且第一夹紧头20的末端通过第一锁紧螺钉19进行固定；

在第一夹紧头20和第二夹紧头24之间夹持有试样；

如图1、图10a和图10b所示，传感器模块包括：位移传感器31、接长杆7、测力器30、测力器端部固定块28、第三锁紧螺钉29、第一行程开关17、第二行程开关25；

在第一反向螺纹滚珠丝杠21或第二反向螺纹滚珠丝杠22的外侧设置有位移传感器31；位移传感器31穿过第一通孔86，在位移传感器固定螺纹孔32中拧入顶丝并锁死，将位移传感器31固定在第二拉伸移动块23；位移传感器31通过其端部的插芯4连接有接长杆7，接长杆7穿过第二通孔87，并用在接长杆螺纹孔6中拧入顶丝并锁死，将接长杆7固定在第一拉伸移动块18上；

在第二“π”型拉伸移动块23的底部腔体内设置有测力器30；测力器30的受力端拧入第二锁紧螺钉27，在第二“π”型拉伸移动块23的底部腔体开口处设置有测力器端部固定块28；测力器端部固定块28用于固定测力器30；第三锁紧螺钉29穿过第八通孔94将测力器30固定在测力器端部固定块28上，由于测力器是直接与夹紧头相连接，测力器所采集到的为加载在试样两端的真实值，从而得到更精确的拉伸或者压缩试验数据；

第一行程开关17固定在第八轴承座44，用于形成第二“π”型拉伸移动块23的限位结构；

第二行程开关25固定在机架1的一侧，用于形成第一拉伸移动块18的限位结构，设置行程开关可以有效避免两个拉伸移动块与机架的碰撞而造成的事故；

传感器模块通过位移传感器31获取试样在拉伸或压缩时的位移量，并通过测力器30获取试样在拉伸或压缩时的受力大小。

如图1、图11a、图11b和图11c所示，第一夹紧头20或第二夹紧头24的结构包括：压块98、夹紧螺钉组99、第一夹紧垫块100、顶丝101、夹爪块102、第二夹紧垫块103；

夹爪块102为螺钉状，在夹爪块102的螺钉头部设置有矩形空腔；在矩形空腔内设置有压块98；压块98通过夹紧螺钉组99固定在夹爪块102的螺钉头部；在所示矩形空腔中间位置处向内延伸设置有夹持腔；在夹持腔内设置有第一夹紧垫块100和第二夹紧垫块103，在第一夹紧垫块100和所第二夹紧垫块103之间夹持有试件；在压块98的相对侧设置有顶丝101；以压块98和顶丝101作用于第一夹紧垫块100和第二夹紧垫块103上，从而形成试件的夹紧结构，通过锁死夹紧螺钉组99和顶丝101，即可将试样一端固定在第一夹紧头20上，同理可将试样另一端固定在第二夹紧头24上。