本發(fā)明屬于金屬材料力學性能試驗技術(shù)領域，具體涉及一種雙向拉壓力學試驗機以及雙向拉壓力學試驗方法。

背景技術(shù)：

近年來，雙向拉伸試驗技術(shù)已經(jīng)成為拉伸試驗領域的一個熱點研究課題，特別是雙向拉壓力學試驗技術(shù)的研究，對工業(yè)中材料加工成型有著重要的意義。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)研制出了許多拉伸試驗機，然而，其裝置多以單向拉伸為主，多數(shù)采用萬能試驗機。由于材料試驗主要集中于單向拉伸，在實際工程中，材料廣泛地處于復合應力狀態(tài)下，這使得雙向拉伸試驗顯得格外重要。

此外，世界范圍內(nèi)已有的雙向拉壓試驗機，主要是基于液壓控制的雙向拉壓試驗機，具有拉伸試驗精確控制難、裝置的復雜程度較高、試驗機現(xiàn)場衛(wèi)生條件差等諸多問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種雙向拉壓力學試驗機以及雙向拉壓力學試驗方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種雙向拉壓力學試驗機，包括底座(1)、x正向絲杠模組(2-1)、x負向絲杠模組(2-2)、y正向絲杠模組(2-3)、y負向絲杠模組(2-4)；

所述底座(1)包括中間床身(1-1)、x正向周邊床身(1-2)、x負向周邊床身(1-3)、y正向周邊床身(1-4)、y負向周邊床身(1-5)和中間蓋板(1-6)；所述中間床身(1-1)具有中心床身區(qū)域以及從所述中心床身區(qū)域向外延伸出的x正向端面、x負向端面、y正向端面和y負向端面；所述x正向端面通過第1定位槽(1-7)與所述x正向周邊床身(1-2)的一端對接固定；所述x負向端面通過第2定位槽與所述x負向周邊床身(1-3)的一端對接固定；所述y正向端面通過第3定位槽與所述y正向周邊床身(1-4)的一端對接固定；所述y負向端面通過第4定位槽與所述y負向周邊床身(1-5)的一端對接固定；從而形成十字形圓周分布；

所述中間蓋板(1-6)固定安裝于所述中間床身(1-1)的中心床身區(qū)域；所述中間蓋板(1-6)設置有定位孔，用于安裝附加裝置；

所述x正向絲杠模組(2-1)、所述x負向絲杠模組(2-2)、所述y正向絲杠模組(2-3)和所述y負向絲杠模組(2-4)呈十字形排列固定在所述底座(1)上。

優(yōu)選的，所述底座(1)還包括調(diào)整墊鐵(1-8)；所述調(diào)整墊鐵(1-8)分別安裝在所述中間床身(1-1)、所述x正向周邊床身(1-2)、所述x負向周邊床身(1-3)、所述y正向周邊床身(1-4)、所述y負向周邊床身(1-5)的底部，用于調(diào)整所述底座(1)的水平度。

優(yōu)選的，所述x正向絲杠模組(2-1)固定在所述x正向周邊床身(1-2)的上面；所述x負向絲杠模組(2-2)固定在所述x負向周邊床身(1-3)的上面；所述y正向絲杠模組(2-3)固定在所述y正向周邊床身(1-4)的上面；所述y負向絲杠模組(2-4)固定在所述y負向周邊床身(1-5)的上面。

優(yōu)選的，所述x正向絲杠模組(2-1)、所述x負向絲杠模組(2-2)、所述y正向絲杠模組(2-3)和所述y負向絲杠模組(2-4)的結(jié)構(gòu)相同。

優(yōu)選的，對于所述x正向絲杠模組(2-1)，包括：伺服電機(2-1-1)、行星輪減速器(2-1-2)、聯(lián)軸器(2-1-3)、軸承座(2-1-4)、滾珠絲杠(2-1-5)、滑臺(2-1-6)、拉力傳感器(2-1-7)、夾具(2-1-8)和底板(2-1-12)；

所述底板(2-1-12)通過導向鍵槽機構(gòu)(1-9)設置于所述底座(1)的x正向周邊床身(1-2)的上面，使所述底板(2-1-12)可沿所述底座(1)進行直線滑動運動；

所述伺服電機(2-1-1)通過螺栓與所述行星輪減速器(2-1-2)的一端相連，實現(xiàn)減速功能；所述行星輪減速器(2-1-2)的另一端通過聯(lián)軸器(2-1-3)與所述滾珠絲杠(2-1-5)相連接，實現(xiàn)動力的傳輸；所述軸承座(2-1-4)固定在所述底板(2-1-12)上，所述滾珠絲杠(2-1-5)的端面裝配到所述軸承座(2-1-4)上，通過所述軸承座(2-1-4)，支撐所述滾珠絲杠(2-1-5)；所述滑臺(2-1-6)套設在所述滾珠絲杠(2-1-5)上，隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)運動，滑臺進行直線運動；所述滑臺(2-1-6)通過連接裝置與所述拉力傳感器(2-1-7)相鏈接，所述拉力傳感器(2-1-7)又通過連接裝置與所述夾具(2-1-8)相連接。

優(yōu)選的，所述x正向絲杠模組(2-1)還包括限位開關(guān)(2-1-10)；所述限位開關(guān)(2-1-10)安裝在所述滾珠絲杠(2-1-5)的側(cè)邊，用于控制所述滑臺(2-1-6)運動的安全位置。

優(yōu)選的，所述限位開關(guān)(2-1-10)的設置數(shù)量為兩個，分別安裝于所述滑臺(2-1-6)運動的起點位置和終點位置。

優(yōu)選的，所述x正向絲杠模組(2-1)還包括光柵尺(2-1-11)；所述光柵尺(2-1-11)設置在所述滾珠絲杠(2-1-5)的側(cè)邊，用于測量記錄所述夾具(2-1-8)的位移。

優(yōu)選的，所述x正向絲杠模組(2-1)還包括導軌(2-1-9)；所述導軌(2-1-9)設置在所述滑臺(2-1-6)和所述拉力傳感器(2-1-7)的下面，且安裝于所述底板(2-1-12)的表面，用于為所述滑臺(2-1-6)和所述拉力傳感器(2-1-7)的直線運動提供支撐和導向。

本發(fā)明還提供一種應用上述的雙向拉壓力學試驗機的雙向拉壓力學試驗方法，包括以下步驟：

步驟S1，x正向絲杠模組(2-1)的夾具、x負向絲杠模組(2-2)的夾具、y正向絲杠模組(2-3)的夾具和y負向絲杠模組(2-4)的夾具分別夾緊被試驗試件的四個夾持邊；

步驟S2，上位機的輸入端分別與各個絲杠模組的拉力傳感器、限位開關(guān)以及光柵尺連接；上位機的輸出端分別與各個絲杠模組的伺服電機連接；

步驟S3，在上位機界面設置初始參數(shù)，包括：載荷、各個絲杠模組的伺服電機轉(zhuǎn)速；

步驟S4，上位機按初始參數(shù)，驅(qū)動各個絲杠模組的伺服電機動作，在伺服電機的驅(qū)動下，對試件進行雙向拉伸，即：同時向x正向、x負向、y正向和y負向拉伸試件；并且，在對試件進行雙向拉伸的過程中，各個絲杠模組的拉力傳感器實時檢測到試件所受拉力的變化信息，并實時將試件所受拉力的變化信息上傳到上位機，由上位機進行保存；另外，在對試件進行雙向拉伸的過程中，各個絲杠模組的光柵尺實時測量到滑臺的位置變化信息，并實時將滑臺的位置變化信息上傳到上位機，由上位機進行保存；另外，在對試件進行雙向拉伸的過程中，兩個限位開關(guān)實時檢測滑臺是否達到最短行程和最長行程，進而控制各個絲杠模組的運動范圍，保證測試安全性；

上位機通過關(guān)聯(lián)分析試件所受拉力的變化信息以及滑臺的位置變化信息，得到被測試件的雙向拉伸性能。

本發(fā)明提供的雙向拉壓力學試驗機以及雙向拉壓力學試驗方法具有以下優(yōu)點：

(1)4組絲杠模組的十字排布，為十字試件的雙向拉伸試驗奠定了基礎，伺服電機的同步控制，實現(xiàn)了同軸向的兩組夾頭的位移同步控制，能夠完成不同比例加載路徑下的雙向拉伸試驗。

(2)此雙向拉伸試驗機，采用伺服電機提供動力，可以精確的實現(xiàn)雙向拉伸十字試件和單向拉伸單拉試件，并且實現(xiàn)變比例、變載荷的拉伸實驗。

(3)伺服電機控制方便，使得試驗達到很高的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的雙向拉壓力學試驗機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為雙向拉壓力學試驗機底座立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為底座周邊床身局部俯視圖；

圖4為雙向拉壓力學試驗機左視圖；

圖5為絲杠模組主視圖；

圖6為絲杠模組俯視圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種雙向拉壓力學試驗機，能夠完成不同比例加載路徑下的雙向拉伸試驗。

本發(fā)明提供的雙向拉壓力學試驗機，結(jié)合圖1，包括底座1、x正向絲杠模組2-1、x負向絲杠模組2-2、y正向絲杠模組2-3、y負向絲杠模組2-4。4個絲杠模組通過螺栓固定在底板上，底板置于底座上部，且成十字形圓周排列。本發(fā)明可以進行十字試件的拉壓力學實驗，且實時控制測量試件的受力和變形。本發(fā)明可以實現(xiàn)單向拉伸和雙向拉伸，此外還具有載荷控制、位移控制以及應變控制等功能。

下面分別對底座和絲杠模組進行詳細介紹：

(一)底座

結(jié)合圖2-4，為本發(fā)明的底座示意圖，底座1包括中間床身1-1、x正向周邊床身1-2、x負向周邊床身1-3、y正向周邊床身1-4、y負向周邊床身1-5和中間蓋板1-6；

中間床身1-1具有中心床身區(qū)域以及從中心床身區(qū)域向外延伸出的x正向端面、x負向端面、y正向端面和y負向端面；x正向端面通過第1定位槽1-7與x正向周邊床身1-2的一端對接固定；x負向端面通過第2定位槽與x負向周邊床身1-3的一端對接固定；y正向端面通過第3定位槽與y正向周邊床身1-4的一端對接固定；y負向端面通過第4定位槽與y負向周邊床身1-5的一端對接固定；從而形成十字形圓周分布；其中，對接固定方式可以通過螺栓固定。中間床身1-1與各個周邊床身對接時，通過定位槽進行定位，設置定位槽，其作用是使中間床身和周邊床身準確的安裝。

中間蓋板1-6可以通過螺釘固定安裝于中間床身1-1的中心床身區(qū)域；中間蓋板1-6設置有定位孔，用于安裝附加裝置；

底座1還包括多組調(diào)整墊鐵1-8；調(diào)整墊鐵1-8分別安裝在中間床身1-1、x正向周邊床身1-2、x負向周邊床身1-3、y正向周邊床身1-4、y負向周邊床身1-5的底部，通過調(diào)整調(diào)整墊鐵，用便可以方便的調(diào)整底座的水平度。

另外，中間床身和周邊床身均設置有導向鍵槽，且鍵槽對接，絲桿模組的底板通過導向鍵槽機構(gòu)，可以在底座上進行直線運動。

(二)絲杠模組

x正向絲杠模組2-1、x負向絲杠模組2-2、y正向絲杠模組2-3和y負向絲杠模組2-4呈十字形排列固定在底座1上。

x正向絲杠模組2-1固定在x正向周邊床身1-2的上面；x負向絲杠模組2-2固定在x負向周邊床身1-3的上面；y正向絲杠模組2-3固定在y正向周邊床身1-4的上面；y負向絲杠模組2-4固定在y負向周邊床身1-5的上面。

x正向絲杠模組2-1、x負向絲杠模組2-2、y正向絲杠模組2-3和y負向絲杠模組2-4的結(jié)構(gòu)相同。下面僅以x正向絲杠模組為例進行介紹：

結(jié)合圖5和圖6，為本發(fā)明的絲杠模組示意圖，對于x正向絲杠模組2-1，包括：伺服電機2-1-1、行星輪減速器2-1-2、聯(lián)軸器2-1-3、軸承座2-1-4、滾珠絲杠2-1-5、滑臺2-1-6、拉力傳感器2-1-7、夾具2-1-8和底板2-1-12；

底板2-1-12通過導向鍵槽機構(gòu)1-9設置于底座1的x正向周邊床身1-2的上面，使底板2-1-12可沿底座1進行直線滑動運動；

伺服電機2-1-1通過螺栓與行星輪減速器2-1-2的一端相連，實現(xiàn)減速功能；行星輪減速器2-1-2的另一端通過聯(lián)軸器2-1-3與滾珠絲杠2-1-5相連接，實現(xiàn)動力的傳輸；軸承座2-1-4固定在底板2-1-12上，滾珠絲杠2-1-5的端面裝配到軸承座2-1-4上，通過軸承座2-1-4，支撐滾珠絲杠2-1-5；因此，絲杠模組由伺服電機輸出動力，通過行星輪減速器減速到合適的速度，進而通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，從而驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動?；_2-1-6套設在滾珠絲杠2-1-5上，隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)運動，滑臺進行直線運動；滑臺2-1-6通過連接裝置與拉力傳感器2-1-7相鏈接，拉力傳感器2-1-7又通過連接裝置與夾具2-1-8相連接。

x正向絲杠模組2-1還包括限位開關(guān)2-1-10；限位開關(guān)2-1-10安裝在滾珠絲杠2-1-5的側(cè)邊，用于控制滑臺2-1-6運動的安全位置。

限位開關(guān)2-1-10的設置數(shù)量為兩個，分別安裝于滑臺2-1-6運動的起點位置和終點位置。一個限位開關(guān)，用于限制滑臺的行程，以免超過行程，損壞設備，另一個限位開關(guān)用于限制最短行程，以免發(fā)生撞車。

x正向絲杠模組2-1還包括光柵尺2-1-11；光柵尺2-1-11設置在滾珠絲杠2-1-5的側(cè)邊，用于測量記錄夾具2-1-8的位移。

x正向絲杠模組2-1還包括導軌2-1-9；導軌2-1-9設置在滑臺2-1-6和拉力傳感器2-1-7的下面，且安裝于底板2-1-12的表面，用于為滑臺2-1-6和拉力傳感器2-1-7的直線運動提供支撐和導向。

絲杠模組的特點如下：

(1)絲杠模組用伺服電機提供動力，伺服電機的性能好，有較大的輸出力矩和轉(zhuǎn)動慣量，能產(chǎn)生大的加速和制動力矩。

(2)減速裝置選擇行星輪減速器，相對于斜齒輪減速器、渦輪蝸桿減速器等其他減速器，行星輪減速器具有高剛性、高精度、高傳動效率、高的扭矩/體積比等特點。

(3)機械傳動部件選擇滾珠絲杠副，其精度最高，且具有剛度高、能實現(xiàn)微涼進給、發(fā)熱小、可實現(xiàn)高速進給等優(yōu)點。

(4)絲杠模組設置有拉力傳感器，目的在于測試十字形試件所受拉力的實時變化，其結(jié)構(gòu)緊湊，測量精度高，抗偏載能力強。

(5)在絲杠模組的側(cè)邊安裝有兩個限位開關(guān)。限位開關(guān)用來控制兩個方向，既保證滑臺不會超過光柵尺的行程，又能保證不會發(fā)生撞車事故。

(6)在絲杠模組的側(cè)邊安裝光柵尺，光柵尺固定于底座上，其作用是實時測量滑塊的位置變化。選擇光柵尺，主要因其分辨率高。

本發(fā)明還提供一種應用上述的雙向拉壓力學試驗機的雙向拉壓力學試驗方法，包括以下步驟：

步驟S1，x正向絲杠模組2-1的夾具、x負向絲杠模組2-2的夾具、y正向絲杠模組2-3的夾具和y負向絲杠模組2-4的夾具分別夾緊被試驗試件的四個夾持邊；

步驟S2，上位機的輸入端分別與各個絲杠模組的拉力傳感器、限位開關(guān)以及光柵尺連接；上位機的輸出端分別與各個絲杠模組的伺服電機連接；

步驟S3，在上位機界面設置初始參數(shù)，包括：載荷、各個絲杠模組的伺服電機轉(zhuǎn)速；

步驟S4，上位機按初始參數(shù)，驅(qū)動各個絲杠模組的伺服電機動作，在伺服電機的驅(qū)動下，對試件進行雙向拉伸，即：同時向x正向、x負向、y正向和y負向拉伸試件；并且，在對試件進行雙向拉伸的過程中，各個絲杠模組的拉力傳感器實時檢測到試件所受拉力的變化信息，并實時將試件所受拉力的變化信息上傳到上位機，由上位機進行保存；另外，在對試件進行雙向拉伸的過程中，各個絲杠模組的光柵尺實時測量到滑臺的位置變化信息，并實時將滑臺的位置變化信息上傳到上位機，由上位機進行保存；另外，在對試件進行雙向拉伸的過程中，兩個限位開關(guān)實時檢測滑臺是否達到最短行程和最長行程，進而控制各個絲杠模組的運動范圍，保證測試安全性；

上位機通過關(guān)聯(lián)分析試件所受拉力的變化信息以及滑臺的位置變化信息，得到被測試件的雙向拉伸性能。

綜上所述，本發(fā)明提供的雙向拉壓力學試驗機以及雙向拉壓力學試驗方法，具有以下優(yōu)點：

(1)4組絲杠模組的十字排布，為十字試件的雙向拉伸試驗奠定了基礎，伺服電機的同步控制，實現(xiàn)了同軸向的兩組夾頭的位移同步控制，能夠完成不同比例加載路徑下的雙向拉伸試驗。

(2)此雙向拉伸試驗機，采用伺服電機提供動力，可以精確的實現(xiàn)雙向拉伸十字試件和單向拉伸單拉試件，并且實現(xiàn)變比例、變載荷的拉伸實驗。

(3)伺服電機控制方便，使得試驗達到很高的精度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發(fā)明的保護范圍。