一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置以及试验机的制作方法

1.本发明涉及材料力学扭转实验领域，尤其涉及一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置以及实验装置。


背景技术：

2.材料力学试验机是测试工程材料部件力学性能的常用设备之一，用于材料断裂韧性、疲劳性能、力学性能的测试和分析，以满足工程部件实际要求。在材料力学试验机对扭转实验样品进行扭转试验实时，拉压和扭转加载是比较常见的材料力学试验机加载方式，由于加载方向的不同，通常用于拉压的拉压试验机和用于扭转的扭转试验机划分为两种不同类别的仪器。目前部分商用材料力学试验机在同一台设备上配备了专用的扭转加载装置和拉压加载装置，扭转加载装置和拉压加载装置各自单独配备动力驱动装置。另外，在仅配备拉压试验机动力驱动装置的试验机上，难以实现扭转加载实验；但是在一些特殊力学实验工作环境下，需要实现扭转加载实验功能，特别是在定制的材料力学试验机工作环境下，如力学加载条件下的原位中子衍射实验时，在拉压试验机的配置下实现扭转加载的功能，对于拓展原位加载中子衍射的研究范围具有重要意义。综上所述，现有的材料力学扭转实验过程中的力学试验机必须引入额外的扭转动力驱动装置，而仅配备拉压试验机动力驱动装置的试验机上，难以实现扭转加载实验。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置，其能解决现有的材料力学扭转实验过程中的力学试验机必须引入额外的扭转动力驱动装置，而仅配备拉压试验机动力驱动装置的试验机上，难以实现扭转加载实验的问题。
4.本发明的目的之二在于提供一种用于材料力学扭转实验的试验机，其能解决现有的材料力学扭转实验过程中的力学试验机必须引入额外的扭转动力驱动装置，而仅配备拉压试验机动力驱动装置的试验机上，难以实现扭转加载实验的问题。
5.本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
6.一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置，包括凸轴、旋转套筒、用于固定扭转实验样品的样品接头，所述凸轴上设置有至少一凸缘，所述凸缘形状为弧形，所述旋转套筒设置有用于收容所述凸轴的收容通孔，所述收容通孔内壁设置有与凸缘进行相互作用形成扭转力的滑槽，所述滑槽的形状为弧形，所述凸轴一端与外接的拉压试验机固定连接，所述样品接头与所述旋转套筒固定连接。
7.进一步地，所述凸缘的数量为两个，两个所述凸缘对称设置在所述凸轴的外表面且两个所述凸缘的径向相同，所述滑槽的数量为两个，所述滑槽对称设置在所述收容通孔内壁，单一滑槽与唯一的所述凸缘位置对应。
8.进一步地，所述凸缘从所述凸轴的一端面延伸至另一相对端面。
9.进一步地，所述凸轴为圆柱体，所述收容通孔为圆柱型通孔。
10.进一步地，所述样品接头一端设置有用于固定扭转实验样品的销孔。
11.进一步地，所述凸轴和所述旋转套筒上均安装有扭矩传感器。
12.本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
13.一种用于材料力学扭转实验的试验机，包括双向拉压试验机，还包括两个本技术所述的扭转加载装置，所述双向拉压试验机两侧分别固定设置有拉压轴，每一所述拉压轴的一端与对应的所述扭转加载装置中的凸轴连接。
14.进一步地，所述双向拉压试验机还包括拉压接头，所述拉压接头一端与所述拉压轴连接，所述拉压接头另一端与对应的所述扭转加载装置中的凸轴连接。
15.一种用于材料力学扭转实验的试验机，包括单向拉压试验机，还包括本技术所述的扭转加载装置，所述单向拉压试验机单侧设置有拉压轴，所述拉压轴一端与所述扭转加载装置中的凸轴连接。
16.进一步地，所述单向拉压试验机还包括拉压接头，所述拉压接头一端与所述拉压轴连接，所述拉压接头另一端与所述扭转加载装置中的凸轴连接。
17.相比现有技术，本发明的有益效果在于：本技术中的一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置，通过外接的拉压试验机推动凸轴进入旋转套筒内的收容通孔中，在推进的过程中，凸轴上的凸缘与收容通孔上的滑槽相互作用使旋转套筒产生正向转动的扭转力，旋转套筒正向转动产生的正向扭转力经样品接头传递到扭转实验样品上，在拉出凸轴的过程中，凸轴上的凸缘与收容通孔上的滑槽相互作用使旋转套筒产生反向转动的扭转力，旋转套筒反向转动产生的反向扭转力经样品接头传递到扭转实验样品上，实现了对扭转实验样品进行正反两个方向的扭转驱动，使其对扭转实验样品进行扭转实验中无需引入额外的扭转动力驱动装置，可以将拉压试验机的拉力和压力转换为两个相反方向的扭转力，实现样品扭转加载试验，特别适用于原位中子衍射实验的单轴双向拉压试验机上，使其用于开展样品扭转加载实验，拓展了原位力学加载中子衍射实验的研究范围。
18.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1为本发明的一种用于材料力学扭转实验的试验机的结构示意图；
21.图2本发明的一种用于材料力学扭转实验的试验机中旋转套筒的结构示意图；
22.图3本发明的一种用于材料力学扭转实验的试验机中旋转套筒的剖视图；
23.图4本发明的一种用于材料力学扭转实验的试验机中凸轴的结构示意图。
24.图中：1、双向拉压试验机；2、扭转实验样品；3、样品接头；4、旋转套筒；41、收容通孔；411、滑槽；5、拉压接头；6、凸轴；61、凸缘；7、拉压轴。
具体实施方式
25.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
26.如图1
‑
4所示，本实施例中的一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置，包括凸轴6、旋转套筒4、用于固定扭转实验样品2的样品接头3，所述凸轴6上设置有至少一凸缘61，所述凸缘61形状为弧形，所述旋转套筒4设置有用于收容所述凸轴6的收容通孔41，所述收容通孔41内壁设置有与凸缘61进行相互作用形成扭转力的滑槽411，所述滑槽411的形状为弧形，所述凸轴6一端与外接的拉压试验机固定连接，所述样品接头3与所述旋转套筒4固定连接，在本实施例中，凸缘61的数量可以为两个或两个以上，当凸缘61的数量为多个时，所有凸缘61的径向相同，本实施例中优选在凸缘61外表面对称设置两个径向相同的凸缘61，为了保证可以产生足够的扭转力，凸缘61为螺旋形，凸缘61与滑槽411的数量相同。在本实施例中优选凸缘61从凸轴6的一端面延伸至凸缘61的另一端面，在另一实施例中凸缘61的两端或其中一端可以低于凸缘61的端面，只要保证凸缘61为弧形即可；凸缘61的两端或其中一端也可以高于凸缘61的端面，只要保证凸缘61为弧形即可，上述的滑槽411与凸缘61的路径是相同的。
27.在本实施例中，所述凸轴6为圆柱体，所述收容通孔41为圆柱型通孔，所述样品接头3一端设置有用于固定扭转实验样品2的销孔。为了实现对扭转力的控制，在所述凸轴6和所述旋转套筒4上均安装有扭矩传感器，扭矩传感器实时给出扭转力矩的数值。
28.在本实施例中，如图1所述，上述的扭转加载装置可以设置在含有双向拉压试验机1的试验机上，双向拉压实验机两侧分别固定设置有拉压轴7，拉压轴7一端固定设置有拉压接头5，所述拉压接头5一端与所述拉压轴7连接，所述拉压接头5另一端与对应的所述扭转加载装置中的凸轴6连接。另外上述的扭转加载装置还可以设置有含有单向拉压试验机的试验机上，此时只需要单个扭转加载装置，即将单向拉压试验机的单侧的拉压接头5与扭转加载装置的凸轴6连接。上述含有双向拉压试验机1的试验机或含有单向拉压试验机均设置有拉压驱动装置。在本实施例中，通过改变凸轴6上凸缘61和旋转套筒4上滑槽411的旋转角度、行程大小以及凸轴6和旋转套筒4的直径，可以改变最大输出扭矩值，在同样的拉/压驱动下，通过更换不同配置的凸轴6和滑槽411组合，可以实现不同扭矩的输出，满足更多实验样品的需求。
29.工作原理如下：在对扭转实验样品进行力学扭转实验时，先将扭转实验样本固定在样品接头上的销孔上，具体包括推进过程和拉出过程，推进过程为：试验机的拉压驱动装置驱动拉压轴向前移动，拉压轴通过拉压接头推动凸轴进入旋转套筒内的收容通孔中，在推进的过程中，凸轴上的凸缘与收容通孔内壁上的滑槽相互作用产生使旋转套筒正向转动的扭转力，旋转套筒正向转动产生的正向扭转力经样品接头传递到扭转实验样品上，使扭转实验样品产生正向的扭转力；拉出过程：试验机的拉压驱动装置驱动拉压轴向后移动，拉压轴通过拉压接头拉动凸轴从旋转套筒内的收容通孔中抽出，在凸轴抽出的过程中，凸轴上的凸缘与收容通孔内壁上的滑槽相互作用产生使旋转套筒反向转动的扭转力，旋转套筒反向转动产生的反向扭转力经样品接头传递到扭转实验样品上，使扭转实验样品产生反向的扭转力。
30.本技术中的一种用于材料力学扭转实验的扭转加载装置，通过外接的拉压试验机推动凸轴进入旋转套筒内的收容通孔中，在推进的过程中，凸轴上的凸缘与收容通孔上的滑槽相互作用使旋转套筒产生正向转动的扭转力，旋转套筒正向转动产生的正向扭转力经样品接头传递到扭转实验样品上，在拉出凸轴的过程中，凸轴上的凸缘与收容通孔上的滑槽相互作用使旋转套筒产生反向转动的扭转力，旋转套筒反向转动产生的反向扭转力经样品接头传递到扭转实验样品上，实现了对扭转实验样品进行正反两个方向的扭转驱动，使其对扭转实验样品进行扭转实验中无需引入额外的扭转动力驱动装置，可以将拉压试验机的拉力和压力转换为两个相反方向的扭转力；具体技术效果还包括：
31.1.通过凸轴沿着滑槽的推入和拉出，分别驱动旋转套筒由平衡位置向两个方向的扭转，实现了双向拉压加载转换为扭转加载的目的。
32.2.该装置特别适用于单轴双向拉压试验机对样品进行扭转加载实验以及开展原位中子衍射实验，解决了该应用环境下拉压试验机不能开展扭转加载的难题。
33.3.该装置也可用于单轴单向拉压试验机，对样品进行扭转加载实验。
34.4.在同一个试验机配置下，通过更换不同参数的凸轴和滑槽组合，可以实现不同扭矩的输出，拓展扭转加载应用范围。
35.5.扭转力矩通过拉压控制可以实现正负值连续改变，可开展扭转疲劳实验。
36.6.该装置不引入额外的扭转动力装置，大大降低了成本，特别针对中子衍射大科学装置应用环境下，定制的高端试验设备，实现低投入高产出的目标。
37.7.该装置结构简单，拆装方便，机械传动稳定可靠，有利于实验室环境下开展样品扭转实验。
38.8.该装置可进一步拓展应用到同步辐射大科学装置的拉压试验机上，开展原位扭转力学加载条件下的同步辐射衍射和成像研究。
39.以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。