[发明专利]一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置

说明书

技术领域

本发明属于材料力学性能测试领域，具体涉及一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置。

背景技术

对于各向异性材料，仅使用单向拉伸试验获得其力学性能是不能够满足工程应用要求的，尤其对于具有各向异性特点的金属板材。金属板材由于轧制的原因，使得其在沿轧制方向和垂直于轧制方向有着不同的力学性能。并且金属板材的成形过程多是在复杂应力状态下完成。为了满足需要，研究出了用于测试复杂加载状态下板材力学性能的试验装置。双向拉伸试验装置就是其中重要的一种。双向拉伸试验是将十字试样沿着互相垂直的方向按照一定加载比例进行拉伸的试验过程。除了可以获得在不同加载情况下材料的力学性能，还可以获得材料的屈服面。获得准确的屈服面可以大大提高材料本构方程的准确度，从而提高成形过程数值模拟仿真的准确性，这样既可以降低成形过程的试制费用，还可以给优化设计提供指导，对材料成形有重要意义。

目前，试验设备供应商如MTS和Zwick都生产出了满足试验要求的双向拉伸试验机，但是由于其价格极其昂贵，并没有被大多数学者购买。而学者自制的试验设备中，有的需要液压控制等复杂的结构才能实现试验需要；有的需要电机驱动等设备，成本较高；有的设备庞大结构不够紧凑。

综上，一种可以实现双向拉伸试验，具有结构简单、成本低、体积小等优点的齿轮齿条式双向拉伸试验装置亟待研发。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置。本本发明采用的技术手段如下：

一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置，包括上模座、下模座和位于所述上模座和所述下模座之间的四个同步拉伸装置(即可对试样进行双向同步拉伸)，所述四个同步拉伸装置呈十字分布，所述上模座和所述下模座之间通过两个导向装置连接(保证所述上模座上下运动的过程中不发生水平方向的平移，起到了导向作用)，所述两个导向装置呈对角设置，所述导向装置位于相邻两个所述同步拉伸装置之间；

所述上模座固定在压机上。

所述同步拉伸装置包括水平齿条、竖直齿条和齿轮；

所述水平齿条下表面具有滑条，所述水平齿条通过所述滑条与位于所述下模座上表面的滑槽滑动连接，所述滑槽的延伸方向指向所述十字分布的中点，所述水平齿条的靠近所述中点的一端具有试样连接部；

所述齿轮分别与所述水平齿条和所述竖直齿条啮合(实现将传动方向由竖直方向变换为水平方向的目的)，所述齿轮的齿轮轴通过齿轮轴支座与所述下模座上表面连接；

所述竖直齿条的上端通过竖直齿条底座与所述上模座下表面固定连接。

所述导向装置包括位于所述下模座上表面的导柱底座，所述导柱底座上设有导柱，所述上模座下表面设有与所述导柱相匹配的导套。

所述下模座外沿具有所述竖直齿条下端穿过的U型限位卡环，限制所述竖直齿条在水平平面上的移动，保证所述竖直齿条沿着竖直方向移动。

所述试样连接部具有连接槽，所述连接槽包括靠近所述中点的类梯形槽以及矩形槽，所述类梯形槽的轴线和所述矩形槽的轴线位于同一经过所述中点的直线上(保证了双向拉伸试样的对称中心与所述中点重合)，所述类梯形槽的小端靠近所述中点且敞开，所述类梯形槽的大端与所述矩形槽靠近所述中点的一侧匹配且连通，所述类梯形槽的两个槽壁为向所述类梯形槽内凸出的弧形槽壁。

所述水平齿条的移动方向和所述竖直齿条的移动方向分别位于两个不同的竖直平面内。

所述齿轮包括第一子齿轮和第二子齿轮，所述第一子齿轮和所述第二子齿轮分别与所述水平齿条和所述竖直齿条啮合。

所述一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置可以通过更换所述齿轮和所述水平齿条以及所述齿轮和所述竖直齿条的传动比，实现不等比例加载的目的。

本发明利用水平齿条和滑槽配合，实现双向拉伸试样的中心定位；并且设计了齿轮同时与水平齿条和竖直齿条啮合的机械结构，实现了将竖直方向传动转换为水平方向传动的目的，从而为双向拉伸试样提供拉力；而且通过修改齿轮与水平齿条和竖直齿条的传动比，可以实现不等比例加载的试验条件。本发明具有使用方便，结构简单、成本低、体积小等优点，能够完成双向拉伸试验要求。

基于上述理由本发明可在材料力学性能测试等领域广泛推广。

附图说明