[实用新型]精密材料微观力学性能原位扭转测试平台

说明书

技术领域

    本实用新型涉及材料科学、超精密加工、固体力学等领域，精密材料微观力学性能原位扭转测试平台，是一种体积小、结构精巧的可用于精密材料微纳米扭转力学性能测试的装置。通过本实用新型，可以在各类成像仪器的观测下对试件进行原位扭转测试，对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察。本装置将在材料科学、超精密加工、固体力学等领域具有较好的应用前景。 

背景技术

原位微纳米力学测试技术是近几年发展起来的前沿技术，受到各国政府和研究机构的高度关注。微纳米扭转力学测试技术具有可以在各类成像仪器的观测下对试件进行原位扭转测试和对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察的诸多优势。相比于传统扭转力学测试技术，微纳米扭转力学测试技术目前只被少数的研究人员所掌握和使用，主要原因是该项技术需要在满足高的测试精度的同时，保证测试仪器的小型化以及与原位监测设备的兼容性。目前微纳米扭转力学测试主要集中在透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）中开展，两者都具有非常有限的工作腔体，并且需要保证测试装置与工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，正是这些原因限制了微纳米扭转力学测试技术的快速发展。总体来看，研究高精度、大测试范围、低成本的微纳米扭转力学测试装置依然是具有挑战性的工作，同时也是一项紧迫性的工作。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种精密材料微观力学性能原位扭转测试平台，解决了现有技术存在的问题。为实现体积小、结构精巧的可用于精密材料微纳米扭转力学性能测试的装置提供一种可用方案。借助本实用新型提供的测试装置，可以实现测试装置与电镜工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，促进原位微纳米扭转力学测试技术的发展。 

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现： 

精密材料微观力学性能原位扭转测试平台，主要包括扭矩加载机构、试件夹持机构、扭矩精密测量机构、转角精密测量机构；所述的扭矩加载机构安装在基座Ⅰ1和基座Ⅱ40上，基座Ⅰ1和基座Ⅱ40通过基座支架Ⅰ41和基座支架Ⅱ46固定安装在一起，扭矩加载机构通过两级蜗轮蜗杆减速、换向，将扭矩加载在测试工件；试件夹持机构包含试件夹具Ⅰ、Ⅱ21、29，分别为主动端和被动端；扭矩精密测量机构固定在试件夹具Ⅱ29的一端，整体安装在夹具安装座32上；转角精密测量机构固定在测试工件24一侧精密导轨Ⅲ39的导轨滑块Ⅰ、Ⅱ42、43上。

所述的扭矩加载机构包括精密驱动电机2、电机支座3、弹性联轴器4、蜗杆Ⅰ、Ⅱ6、13、蜗轮Ⅰ、Ⅱ11、15，精密驱动电机2通过电机支座3固定安装在基座Ⅰ1上，其输出轴与蜗杆Ⅰ6通过弹性联轴器4联接；蜗杆Ⅰ6通过轴承支座Ⅰ5、轴承支座Ⅱ7、蜗杆轴Ⅰ8和轴承9安装在基座Ⅰ1上，并与蜗轮Ⅰ11形成第一级减速和换向；同理通过蜗杆Ⅱ13和蜗轮Ⅱ15形成第二级减速和换向，蜗杆Ⅱ13和蜗轮Ⅰ11通过蜗轮轴Ⅱ10安装在轴承支座Ⅲ和Ⅳ12、14上，轴承支座Ⅲ和Ⅳ12、14固定安装在基座Ⅰ1上；两级减速和换向，第一级采用较小的减速比，第二级采用较大减速比，以提高扭矩加载的精度，减小扭矩加载机构结构尺寸；扭矩通过蜗轮轴Ⅲ16传输到试件夹具Ⅰ21上。 

所述的试件夹持机构包括夹具轴承支座18、试件夹具Ⅰ、Ⅱ21、29、端盖30，试件夹具Ⅰ21与第二级减速输出轴联接，即蜗轮轴Ⅱ16，两者通过精密轴承、夹具轴承支座18以及轴承端盖17和螺钉安装在基座Ⅱ40上；试件夹具Ⅱ29直接与精密扭矩传感器31固定安装，传输扭矩信号。 

所述的扭矩精密测量机构包括精密扭矩传感器31、夹具安装座32、精密导轨Ⅰ、Ⅱ33、37以及导轨滑块Ⅲ、Ⅳ44、45，在精密扭矩传感器31的前端，通过端盖30以及螺钉与试件夹具Ⅱ29联接，测试工件24所受扭矩通过试件夹具Ⅱ29传递给精密扭矩传感器31；在精密扭矩传感器31的后端，通过螺钉安装在夹具安装座32上，夹具安装座32固定在导轨滑块Ⅲ、Ⅳ44、45上；精密导轨Ⅰ、Ⅱ33、37平行放置，通过螺钉固定在基座Ⅱ40上。