一种电动单向应力加载装置的制作方法

本发明涉及材料工程测试技术领域，具体地说，是涉及一种电动单向应力加载装置。

背景技术：

采用x射线应力分析仪、中子衍射装置等测量试样表面或内部应力时，因仪器分析软硬件的原因容易导致测量结果与实际应力值出现偏差，此时，可通过单向应力加载及应变测量装置对应力测定仪器进行标定，从而有助于对仪器软硬件进行优化，提高仪器的测量精度。标定的过程是：对样品施加一定的载荷，同时采用应变测量仪和x射线应力分析仪或中子衍射装置测试样品的应变，二者相比较，得到x射线应力分析仪或中子衍射装置的应变测量误差。

该装置具有结构简洁、操作简便、外形小巧、开敞性好以及造价低廉的特点，除用于对应力无损检测仪器进行标定外，还可用于粗略测试材料的单向拉伸性能。

电动单向应力加载及应变测量装置通过减速步进电机带动斜面丝杠螺母运动，从而使得斜面加载滑块横向运动，产生拉伸载荷，载荷大小可根据需要逐步增加。现有的单向应力加载装置，以电机驱动涡轮蜗杆运动，使与之相连的滑块向右移动，从而对试样施加一定的拉伸载荷。由于试件夹具后方有背板，增加了对x射线或中子的衰减，该装置更适合对测量试样表面应变的普通x射线应力测试仪进行标定。主要有以下三点不足：

(1)采用电机加蜗轮蜗杆的方式加载，载荷传递路线长；

(2)通常要配备专业软件对电机进行控制，系统复杂度高，操作较为复杂；

(3)电机所加载荷受电机功率的影响，如需施加较大载荷，则需配备较大的电机，使得加载装置的体积和重量增加。

中国专利cn201410467864公开了一种单向应力加载装置，该装置采用手动加载，通过旋转加载螺钉使与之相连的滑块向右移动，从而对试样施加一定的拉伸载荷。但是，由于该装置采用手动加载，加载过程的可控制程度及使用便利性存在不足，主要表现在以下几点：

(1)采用手动加载，应力加载的限制受到操作者的影响，某些情况下无法达到所需的应力值；

(2)应力加载过程中的加载速度和加载力度无法准确测量，加载过程质量无法保证；

(3)为避免x射线对人体辐照影响，只能离线加载，在测量过程中无法对加载数值进行更改，也就无法实现在线测量过程中的连续动态加载。

因此，需要对现有应力加载装置的结构进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电动单向应力加载装置，该装置采用电机加载，解决了手动加载中加载速度与加载力量无法准确测量，加载质量无法保证的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电动单向应力加载装置，包括呈长方形框架结构的承载机架，设置于承载机架竖直两侧上同轴的滑槽，分别通过滑槽定位于承载机架左侧的测力滑块和承载机架右侧的斜面加载滑块，两端分别与测力滑块、斜面加载滑块连接且位于承载机架内侧的试样夹具，设置于测力滑块与承载机架外侧的空腔内的压力传感器，设置于斜面加载滑块与承载机架外侧空腔内的斜面丝杠螺母，安装在承载机架右侧的减速步进电机，一个齿轮固定在减速步进电机输出轴上的齿轮传动机构，以及与齿轮传动机构的另一个齿轮固定连接的丝杠传动机构；其中，所述丝杠传动机构与斜面丝杠螺母相连并固定于承载机架的右侧。

进一步地，所述斜面加载滑块与斜面丝杠螺母相接触，且接触面为斜面。

进一步地，所述滑槽为穿过承载机架两侧边的通孔，且滑槽的截面呈梯形，开口小于槽底，有利于减小测力滑块和斜面加载滑块的晃动。

进一步地，所述斜面丝杠螺母与丝杠传动机构通过螺纹连接。

进一步地，所述试样夹具通过定位销与测力滑块和斜面加载滑块连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过减速步进电机进行电动单向应力加载，利用压力传感器进行实时数据监测传送，能够准确测量应力加载过程中的加载速度和加载力度，并可通过工控机进行远程控制和数据读取，并能根据具体需要调节应力值，避免了手动加载的不足。

(2)本发明采用减速电机加载荷的方式进行应力加载，避免了采用蜗轮蜗杆加载所需的占用空间，结构简洁，体积紧凑。

(3)本发明待测试样安装好后，处于承载机架的中心部位，前后没有其他结构阻挡，便于穿透能力强的特征x射线直接透过试样进行应变测试。

(4)本发明对试样施加载荷后，滑块带动试样在载荷保持框所开的槽内运动，通过控制滑块和滑槽的加工精度，使载荷保持好的单向性。

(5)本发明利用步进减速电机和压力传感器实现了在线测量过程中的连续动态加载，在测量过程中可以对加载数值进行更改，弥补了手动加载只能离线加载的缺陷。

附图说明

图1为本发明装置的主视图。

图2为本发明斜面加载滑块和斜面丝杠螺母连接示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-承载机架，2-测力滑块，3-斜面加载滑块，4-试样夹具，5-压力传感器，6-斜面丝杠螺母，7-斜面丝杠螺母，8-齿轮传动机构，9-丝杠传动机构，10-拉伸试样。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1、2所示，本发明所公开的一种电动单向应力加载装置，包括呈长方形框架结构的承载机架1，设置于承载机架1竖直两侧上同轴的滑槽，分别通过滑槽定位于承载机架1左侧的测力滑块2和承载机架1右侧的斜面加载滑块3，两端分别与测力滑块2、斜面加载滑块3连接且位于承载机架1内侧的试样夹具4，设置于测力滑块2与承载机架1外侧的空腔内的压力传感器5，设置于斜面加载滑块3与承载机架1外侧空腔内的斜面丝杠螺母6，安装在承载机架1右侧的减速步进电机7，一个齿轮固定在减速步进电机输出轴上的齿轮传动机构8，以及与齿轮传动机构8的另一个齿轮固定连接的丝杠传动机构9；其中，所述丝杠传动机构9与斜面丝杠螺母6相连并固定于承载机架1的右侧。

并且，所述斜面加载滑块3与斜面丝杠螺母6相接触，且接触面为斜面。丝杠传动机构9转动时，所述斜面丝杠螺母6能在承载机架1和斜面加载滑块3的空腔内上下移动，从而带动斜面加载滑块3左右移动。

此外，所述滑槽为穿过承载机架1两侧边的通孔，且滑槽的截面呈梯形，开口小于槽底，有利于减小测力滑块2和斜面加载滑块3的晃动。

所述斜面丝杠螺母6与丝杠传动机构9通过螺纹连接。

本发明装置的具体装配步骤如下：

第一步：将测力滑块2插入承载机架1的滑槽内，并将压力传感器5装入测力滑块2与承载机架1之间的空腔内；

第二步：将斜面丝杠螺母6与丝杠传动机构9连接并移动至中央位置，然后将丝杠传动机构9固定在承载机架1的一侧；

第三步：将斜面加载滑块3插入承载机架1的滑槽内，并使得斜面加载滑块3的内斜面与斜面丝杠螺母6的斜面接触；

第四步：将减速步进电机固定在承载机架1的右侧，并将齿轮传动机构8分别与减速步进电机7和丝杠传动机构9连接；

第五步：将拉伸试样4通过夹具分别于斜面加载滑块3和测力滑块2相连。

当需要测试应变时，可在拉伸试样4上粘贴应变片，并将应变片与应变测量仪和计算机相连，即可获得加载过程中拉伸试样4的应变。

通过上述设计，本发明能够准确测量应力加载过程中的加载速度和加载力度，并可通过工控机进行远程控制和数据读取，并能根据具体需要调节应力值，避免了手动加载的不足。因此，具有很高的使用价值和推广价值。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。