[实用新型]凸轮式原位三点弯曲型疲劳力学性能测试平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及精密仪器领域，特别涉及原位力学性能测试领域，尤指一种与传统传动方式不同的凸轮式原位三点弯曲型疲劳力学性能测试平台。通过与电子扫描显微镜、金相显微镜等显微成像仪器集成，该平台可实现三点弯曲模式下的疲劳测试过程中样品的微观变形、裂纹的产生、长大，以及裂纹的扩展路径和疲劳损伤等实施原位观测；可实现对载荷信号的采集、转换及控制，以一种较为新颖的方式精确测定样品在微纳米尺度下的力学特性，开展样品在三点弯曲模式下的疲劳测试，为揭示材料在微纳米尺度下的疲劳损伤及断裂机制提供了测试方法。

背景技术

材料或构件在受重复或交变载荷作用时，虽然材料或构件所受载荷幅值远小于其抗拉强度或屈服强度，甚至小于弹性载荷，但经反复的变形累积，最终发生断裂破坏通常是由于疲劳载荷所致。并随着微机电系统、超精密机械及其制造等微小、精密学科的迅猛发展，材料微观力学性能原位测试技术被赋予的要求也越来越高，希望通过原位力学测试手段揭示出外界载荷作用下材料变形损伤的规律，发现更为新颖的现象和规律。所谓的原位力学性能测试方法是指在微/纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试的过程中，通过扫描隧道显微镜、原子力显微镜等仪器对多种载荷作用下材料发生的微观变形、损伤进行全程动态监测的一种力学测试方法。传统的微加载装置在检测加载力方面存在着无法检测或检测精度不高的问题，或者检测装置结构复杂、造价较高。

目前，国内外已研发的力学性能试验机，大多都是体积过大，价格昂贵，还没有集成弯曲和疲劳测试的装置，材料在单载荷的依次加载和多载荷的同时加载所表现的力学性能是不一样的，因此通过本试验平台可以对多载荷作用下的材料微观力学性能进行深入的研究。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种凸轮式原位三点弯曲型疲劳力学性能测试平台，解决了目前弯曲测试技术存在的费用昂贵、体积大、传动链复杂、重量重、测试精度低及兼容性差等问题。本实用新型具有体积小、结构紧凑、重量轻、测试精度高、可提供的测试内容丰富等特点。可在进行原位三点弯曲测试的同时，结合相关软件算法，自动拟合生成弯曲载荷作用下的应力应变曲线，即可得到材料的弯曲模量、屈服极限和断裂强度等重要力学参数；也可通过反复多次地对材料试件进行三点弯曲加载和卸载，从一定程度上反映出样品的抗疲劳性能。本实用新型提供了一种新的测试平台，可对特征尺寸毫米级以上三维试件实施跨尺度原位三点弯曲模式下的疲劳力学性能测试，配合电子显微镜材料等显微成像设备对材料的微观变形、损伤及断裂过程实施原位观测，以揭示材料在微纳米尺度下的力学特性和损伤断裂机制。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

凸轮式原位三点弯曲型疲劳力学性能测试平台，包括精密加载工作单元和手动调整单元两部分，所述精密加载工作单元结构包括动力组件、蜗轮蜗杆传动副、传动及执行组件，所述手动调整单元包括压头调整组件和信号检测组件；

所述精密加载工作单元的动力组件、传动及执行组件是：无刷直流伺服电机30通过电机支撑座5紧固安装在底板31上，所述无刷直流伺服电机30轴与蜗杆4通过螺钉紧固连接，蜗轮6与蜗杆4构成蜗轮蜗杆传动副；两侧盘式凸轮Ⅰ、Ⅱ2、7通过过盈配合安装蜗轮轴3上，且该蜗轮轴3通过轴承支撑在凸轮座Ⅰ、Ⅱ1、8上，凸轮座Ⅰ、Ⅱ1、8通过沉头螺钉紧固在底板31上；凸轮Ⅰ、Ⅱ2、7分别与滚子Ⅰ、Ⅱ9、28光滑接触，摆杆Ⅰ、Ⅱ27、11、滚子Ⅰ、Ⅱ9、28分别与销杆通过间隙和过盈配合相连接，摆杆Ⅰ、Ⅱ27、11内侧分别通过链接螺钉与连接板Ⅰ、Ⅱ15、26相连，连接板Ⅰ、Ⅱ15、26与支撑头Ⅰ、Ⅱ16、25通过紧固螺钉紧固，由于连接板Ⅰ、Ⅱ15、26距离滚子Ⅰ、Ⅱ9、284倍于摆杆尾端，可实现4倍减速和增力的作用；标准试件19用AB胶粘固在支撑头Ⅰ、Ⅱ16、25上。支撑头Ⅰ、Ⅱ16、25可在两侧导轨Ⅰ、Ⅱ24、17内滑动，两侧导轨Ⅰ、Ⅱ24、17起到导向的作用，保证支撑头输出精密的直线位移。为了保证滚子始终与凸轮相接触，摆杆Ⅰ、Ⅱ27、11两侧装有复位弹簧Ⅰ、Ⅱ12、29，其下端钩住连接在底板31上的带孔销钉10，上端勾在固定在摆杆Ⅰ、Ⅱ27、11的螺钉13上。