本發(fā)明涉及材料力學(xué)與性能研究技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種齒輪結(jié)構(gòu)式的萬能試驗機變加載比例雙拉試驗裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，板料成形性能多數(shù)采用單向拉伸試驗進行定性地評價。但是,由于單向拉伸試驗無法同時檢測不同方向上線性、非線性加載路徑下板材的彈塑性成形特征和斷裂規(guī)律，而對于汽車零部件的沖壓工藝是一個復(fù)雜的加載路徑，僅依靠單軸拉伸試驗是明顯不夠的，因此，需要對板料進行雙向拉伸試驗來模擬實際沖壓過程中的板料變形過程。

然而，雙拉試驗設(shè)備昂貴，試驗成本很高。而單軸拉伸試驗設(shè)備成本相對較低，應(yīng)用較廣泛，為此急需一種可應(yīng)用單軸拉伸萬能試驗機進行雙拉試驗的裝置。專利(cn87205653,機械式雙向拉伸試驗儀)公開了一種利用萬向頭、鉸鏈及緩沖彈簧等結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)板材雙拉試驗的測試，但該試驗儀的緩沖彈簧將造成測力傳感器測得的數(shù)據(jù)偏??；專利(cn201610146635，一種利用單軸試驗機進行變比例雙軸加載的強度試驗卡具)通過杠桿原理來實現(xiàn)板材多種加載比例的雙軸拉伸試驗，而杠桿結(jié)構(gòu)在加載過程中的穩(wěn)定性難以精確保證；專利(cn201010240086，變比例加載的機械式雙向拉伸試驗儀)利用工作臺、斜撐桿、拉壓傳感器和夾頭等結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不同加載比例的板材雙拉試驗，但因為斜撐桿與水平面的夾角具有有限的角度范圍，其加載行程范圍受到了限制；專利(cn200810017989，雙向拉伸試驗裝置)和專利(cn201710187880，一種雙向十字拉伸測試裝置)，兩個專利均可實現(xiàn)不同加載比例的雙拉試驗，都提出了可安裝在萬能試驗機上的雙向拉伸裝置，但其加載比例范圍也很有限，前者需要通過多次更換不同長度的支撐板，通過更換支撐板改變試件橫向和縱向承受的載荷比，從而實現(xiàn)不同加載比例的拉伸位移；而后者雖然可通過加熱樣件而實現(xiàn)高溫加載，但其僅能夠?qū)崿F(xiàn)1:1-1:4的有限加載比例范圍。基于此，本發(fā)明提出了一種新的齒輪結(jié)構(gòu)式裝置，來完成不同溫度下萬能試驗機上板材的變加載比例雙拉試驗，以很好地彌補上述缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的傳統(tǒng)雙拉試驗設(shè)備所存在的成本高以及現(xiàn)有萬能試驗機雙拉裝置存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實現(xiàn)變加載比例操作繁瑣、無法實現(xiàn)較大的變比例加載及無法實現(xiàn)不同溫度條件試驗等問題，而提出一種基于齒輪結(jié)構(gòu)，針對金屬板材在較大溫度范圍內(nèi)，在單軸拉伸萬能試驗機上進行雙拉試驗，在雙拉試驗中，可實現(xiàn)不同加載比例的試驗裝置。本發(fā)明通過改變所述從動齒輪的齒數(shù)、從動齒輪與齒條嚙合關(guān)系及拉伸機加載速度，可實現(xiàn)橫向/縱向較大范圍加載比例的變化；相對密閉空間用硅酸鋁纖維氈包裹，通過對試件進行電磁感應(yīng)加熱，也可以使用陶瓷加熱器等小型吸附式加熱器進行加熱，實現(xiàn)了不同溫度下試件的變加載比例雙拉試驗，本專利提出一種新的齒輪結(jié)構(gòu)來完成試件的雙拉試驗過程，具有變加載比例的范圍較大、加載穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)勢，具有較高的性價比。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種齒輪結(jié)構(gòu)式的萬能試驗機變加載比例雙拉試驗裝置，包括固定底板和直動化轉(zhuǎn)動裝置；

所述固定底板上設(shè)有豎直側(cè)板、太陽輪齒輪軸支撐座和多個與拉伸機固定端連接的底板螺栓孔，所述豎直側(cè)板上設(shè)有太陽輪齒輪軸安裝孔和以所述太陽輪齒輪軸安裝孔的軸線為軸十字分布的四個行星齒輪安裝孔，所述太陽輪齒輪軸支撐座上設(shè)有與所述太陽輪齒輪軸安裝孔同軸的太陽輪齒輪軸連接孔，所述太陽輪齒輪軸安裝孔位于所述豎直側(cè)板的前側(cè)壁上；

所述太陽輪齒輪軸安裝孔與所述太陽輪齒輪軸連接孔之間設(shè)有太陽輪齒輪軸，所述太陽輪齒輪軸上套接有太陽輪，所述行星齒輪安裝孔上設(shè)有行星齒輪，所述行星齒輪包括行星齒輪軸，所述行星齒輪軸的一端設(shè)有與所述太陽輪嚙合的主動齒輪，所述星齒輪軸的另一端穿過所述行星齒輪安裝孔與一從動齒輪連接，所述行星齒輪軸與所述行星齒輪安裝孔旋轉(zhuǎn)連接；

所述豎直側(cè)板的后側(cè)壁上設(shè)有與所述行星齒輪安裝孔相對應(yīng)的滑槽組，所述滑槽組沿所述太陽輪齒輪軸安裝孔軸線的徑向延伸，所述滑槽組上設(shè)有齒條聯(lián)動夾具，所述齒條聯(lián)動夾具具有與所述從動齒輪嚙合的齒條，所述齒條聯(lián)動夾具遠離與其連接的所述滑槽組的一側(cè)的側(cè)壁具有夾具槽，所述夾具槽面向所述太陽輪齒輪軸安裝孔軸線的一側(cè)槽壁敞開，所述夾具槽上設(shè)有與其相匹配的夾具蓋板，所述夾具蓋板與所述夾具槽之間設(shè)有力傳感器，既可測得對試件的夾緊力，又可測得試驗時施加的拉力。

所述夾具槽的設(shè)置方便試件固定端的插入和限位。

所述夾具蓋板與所述齒條聯(lián)動夾具螺栓連接；

所述直動化轉(zhuǎn)動裝置包括接頭、主動盤和連桿；

所述太陽輪齒輪軸穿過所述太陽輪齒輪軸連接孔與所述主動盤連接，所述太陽輪齒輪軸，所述太陽輪和所述主動盤同軸，所述主動盤上以所述主動盤的軸線為軸均勻分布有多個主動盤螺栓孔，所述連桿的兩端分別與所述接頭和其中一個所述主動盤螺栓孔鉸接，所述接頭上還設(shè)有與拉伸機移動端連接的法蘭盤；

工作狀態(tài)下，拉伸機移動端通過所述接頭和所述連桿驅(qū)動所述主動盤旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動所述太陽輪、所述行星齒輪和所述齒條帶動所述齒條聯(lián)動夾具沿所述太陽輪齒輪軸安裝孔軸線的徑向向外滑動。

所述試驗裝置還包括密封蓋；

所述密封蓋、所述豎直側(cè)板的后側(cè)壁和與所述豎直側(cè)板的后側(cè)壁所對應(yīng)的所述固定底板的上表面構(gòu)成一相對密閉空間，所述相對密閉空間外包裹有用于保溫隔熱的硅酸鋁纖維氈，所述相對密閉空間內(nèi)設(shè)有用于試件加熱的加熱裝置，以實現(xiàn)室溫到1200℃不同溫度下的雙拉試驗。

所述密封蓋由透明隔熱材料加工而成，可清楚觀測到試件的狀況，便于及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。

所述加熱裝置為纏繞在試件上的電磁感應(yīng)線圈或吸附在試件上的陶瓷加熱器。通過對試件進行加熱，實現(xiàn)了不同溫度(室溫到1200℃)下的變加載比例雙拉試驗。

所述底板螺栓孔位于所述豎直側(cè)板的前側(cè)壁所對應(yīng)的所述固定底板部分。

所述滑槽組包括位于與其相對應(yīng)的所述行星齒輪安裝孔兩側(cè)的長滑槽和短滑槽，所述長滑槽和所述短滑槽均為t型槽，保證所述齒條聯(lián)動夾具在其中穩(wěn)定運動，且所述長滑槽和所述短滑槽長度不同，以避免試驗情況下的干涉；

所述長滑槽和所述短滑槽的遠離所述太陽輪齒輪軸安裝孔軸線的一端均延伸至所述豎直側(cè)板的端部；

所述齒條的延伸方向垂直于所述齒條聯(lián)動夾具面向所述太陽輪齒輪軸安裝孔軸線的一側(cè)的側(cè)壁，所述齒條聯(lián)動夾具上設(shè)有延伸至所述齒條并與所述長滑槽相匹配的長滑條和與所述短滑槽相匹配的短滑條。

所述從動齒輪與所述行星齒輪軸可拆連接，通過改變所述從動齒輪的齒數(shù)，改變其與所述齒條的嚙合關(guān)系，可使齒條聯(lián)動夾具以0.5-5倍于主動齒輪轉(zhuǎn)速的速度運動。由于所述從動齒輪與所述行星齒輪軸為可拆連接，方便所述從動齒輪的拆卸，通過安裝不同齒數(shù)的所述從動齒輪，改變所述從動齒輪與其嚙合的所述齒條的嚙合關(guān)系，再通過改變拉伸機加載速度，可實現(xiàn)橫向/縱向較大范圍加載比例的變化。

所述太陽輪齒輪軸支撐座包括左支桿和右支桿，所述左支桿和所述右支桿的上端分別與所述太陽輪齒輪軸連接孔連接，所述左支桿和所述右支桿的下端分別與所述固定底板連接，所述左支桿、所述右支桿和所述固定底板構(gòu)成一三角結(jié)構(gòu)。所述太陽輪齒輪軸位于所述太陽輪齒輪軸安裝孔與所述太陽輪齒輪軸連接孔之間，起支撐作用，避免了試驗過程中太陽輪齒輪軸的振動及扭曲。

所述固定底板、所述豎直側(cè)板和所述太陽輪齒輪軸支撐座為一體結(jié)構(gòu)或分別加工后拼接而成；

所述試驗裝置的材質(zhì)根據(jù)試驗條件而定，例如，所述固定底板、所述豎直側(cè)板和所述太陽輪齒輪軸支撐座的材質(zhì)為h13熱作模具鋼，以滿足在較大溫度范圍(室溫到1200℃)內(nèi)進行試驗，對某些高強鋼試件進行400℃或800℃下恒溫雙拉試驗時，用碳化鎢加工所述齒條聯(lián)動夾具及所述夾具蓋板，所述連桿、所述主動盤、所述太陽輪齒輪軸、所述太陽輪及所述行星齒輪使用中碳鋼加工而成。本發(fā)明中各螺栓孔的設(shè)置既可使所述試驗裝置與萬能試驗機、夾具與試件之間位置定位準確，又可滿足牢固裝配的需求。

與所述連桿鉸接的所述主動盤螺栓孔的初始位置為上述主動盤螺栓孔的軸線與所述主動盤的軸線的連線與豎直方向的夾角α滿足：

0＜α≤360°/n；

其中，n為所述主動盤螺栓孔的個數(shù)。

所述初始位置保證所述試驗裝置較大的位移量。

所述從動齒輪與所述齒條聯(lián)動夾具、所述試件位于所述豎直側(cè)板的同一側(cè)，便于拆卸和更換。

較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在單軸萬能試驗機上完成板材線性、非線性加載路徑的雙向拉伸試驗，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟方便。

(2)本發(fā)明各部件采用齒輪結(jié)構(gòu)式，結(jié)構(gòu)簡單，精度高，穩(wěn)定性好，節(jié)約加工制造成本。

(3)本發(fā)明通過改變從動齒輪的齒數(shù)、從動齒輪與齒條嚙合關(guān)系及拉伸機加載速度，可實現(xiàn)在較大范圍內(nèi)的變加載比例雙拉試驗。

(4)本發(fā)明的相對密閉空間內(nèi)設(shè)有用于試件加熱的加熱裝置，實現(xiàn)了不同溫度下的變加載比例雙拉試驗。

(5)本發(fā)明可根據(jù)不同的試驗條件，選取合適的材質(zhì)加工各部件，滿足不同溫度下變加載比例雙向拉伸試驗的要求。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，經(jīng)濟使用等優(yōu)點，能夠保證準確試驗結(jié)果的獲取?；谏鲜隼碛杀景l(fā)明可在材料力學(xué)與性能研究領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的具體實施方式中固定底板、豎直側(cè)板和太陽輪齒輪軸支撐座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的具體實施方式中直動化轉(zhuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的具體實施方式中齒輪傳動部分示意圖。

圖4是本發(fā)明的具體實施方式中齒條聯(lián)動夾具、夾具蓋板和力傳感器的爆炸圖。

圖5是本發(fā)明的具體實施方式中一種齒輪結(jié)構(gòu)式的萬能試驗機變加載比例雙拉試驗裝置的裝配示意圖。

圖6是本發(fā)明的具體實施方式中位于豎直側(cè)板的后側(cè)壁上的各結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的具體實施方式中一種齒輪結(jié)構(gòu)式的萬能試驗機變加載比例雙拉試驗裝置常溫下的使用狀態(tài)示意圖。

圖8是本發(fā)明的具體實施方式中一種齒輪結(jié)構(gòu)式的萬能試驗機變加載比例雙拉試驗裝置高溫下的使用狀態(tài)示意圖

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-圖8所示，一種齒輪結(jié)構(gòu)式的萬能試驗機變加載比例雙拉試驗裝置，包括固定底板1和直動化轉(zhuǎn)動裝置；

所述固定底板1上設(shè)有豎直側(cè)板2、太陽輪齒輪軸支撐座和六個與拉伸機固定端連接的底板螺栓孔3，所述太陽輪齒輪軸支撐座包括左支桿4和右支桿5，所述左支桿4和所述右支桿5的上端分別與太陽輪齒輪軸連接孔6連接，所述左支桿4和所述右支桿5的下端分別與所述固定底板1連接，所述左支桿4、所述右支桿5和所述固定底板1構(gòu)成一三角結(jié)構(gòu)。

所述底板螺栓孔3位于所述豎直側(cè)板2的前側(cè)壁所對應(yīng)的所述固定底板1部分且呈環(huán)形均勻分布。

所述豎直側(cè)板2上設(shè)有太陽輪齒輪軸安裝孔7和以所述太陽輪齒輪軸安裝孔7的軸線為軸十字分布的四個行星齒輪安裝孔8，所述太陽輪齒輪軸連接孔6與所述太陽輪齒輪軸安裝孔7同軸，所述太陽輪齒輪軸安裝孔7位于所述豎直側(cè)板2的前側(cè)壁上；

所述太陽輪齒輪軸安裝孔7與所述太陽輪齒輪軸連接孔6之間設(shè)有太陽輪齒輪軸9，所述太陽輪齒輪軸9上套接有太陽輪10，所述行星齒輪安裝孔8上設(shè)有行星齒輪，所述行星齒輪包括行星齒輪軸11，所述行星齒輪軸11的一端設(shè)有與所述太陽輪10嚙合的主動齒輪12，所述行星齒輪軸11的另一端穿過所述行星齒輪安裝孔8與一從動齒輪13連接，所述行星齒輪軸11與所述行星齒輪安裝孔8旋轉(zhuǎn)連接；

所述豎直側(cè)板2的后側(cè)壁上設(shè)有與所述行星齒輪安裝孔8相對應(yīng)的滑槽組，所述滑槽組沿所述太陽輪齒輪軸安裝孔7軸線的徑向延伸，所述滑槽組上設(shè)有齒條聯(lián)動夾具14，所述齒條聯(lián)動夾具14具有與所述從動齒輪13嚙合的齒條15，所述齒條聯(lián)動夾具14遠離與其連接的所述滑槽組的一側(cè)的側(cè)壁具有夾具槽16，所述夾具槽16面向所述太陽輪齒輪軸安裝孔7軸線的一側(cè)槽壁敞開，所述夾具槽16上設(shè)有與其相匹配的夾具蓋板17，所述夾具蓋板17與所述夾具槽16之間設(shè)有力傳感器18，所述力傳感器18外接導(dǎo)線32；

所述直動化轉(zhuǎn)動裝置包括接頭19、主動盤20和連桿21；

所述太陽輪齒輪軸9穿過所述太陽輪齒輪軸連接孔6與所述主動盤20連接，所述太陽輪齒輪軸9，所述太陽輪10和所述主動盤20同軸，所述主動盤20上以所述主動盤20的軸線為軸均勻分布有八個主動盤螺栓孔22，所述連桿21的兩端分別與所述接頭19和其中一個所述主動盤螺栓孔22鉸接，所述接頭19上還設(shè)有與拉伸機移動端連接的法蘭盤23；

工作狀態(tài)下，拉伸機移動端通過所述接頭19和所述連桿21驅(qū)動所述主動盤20旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動所述太陽輪10、所述行星齒輪和所述齒條15帶動所述齒條聯(lián)動夾具14沿所述太陽輪齒輪軸安裝孔7軸線的徑向向外滑動。

所述試驗裝置還包括密封蓋24；

所述密封蓋24、所述豎直側(cè)板2的后側(cè)壁和與所述豎直側(cè)板2的后側(cè)壁所對應(yīng)的所述固定底板1的上表面構(gòu)成一相對密閉空間，所述相對密閉空間外包裹有用于保溫隔熱的硅酸鋁纖維氈，所述相對密閉空間內(nèi)設(shè)有用于試件25加熱的加熱裝置，以實現(xiàn)室溫到1200℃不同溫度下的雙拉試驗。

所述加熱裝置為纏繞在試件上的電磁感應(yīng)線圈26，所述電磁感應(yīng)線圈26外界電磁加熱控制器27。

所述滑槽組包括位于與其相對應(yīng)的所述行星齒輪安裝孔8兩側(cè)的長滑槽28和短滑槽29，所述長滑槽28和所述短滑槽29均為t型槽；

所述長滑槽28和所述短滑槽29的遠離所述太陽輪齒輪軸安裝孔7軸線的一端均延伸至所述豎直側(cè)板2的端部；

所述齒條15的延伸方向垂直于所述齒條聯(lián)動夾具14面向所述太陽輪齒輪軸安裝孔7軸線的一側(cè)的側(cè)壁，所述齒條聯(lián)動夾具14上設(shè)有延伸至所述齒條15并與所述長滑槽28相匹配的長滑條30和與所述短滑槽29相匹配的短滑條31。

所述從動齒輪13與所述行星齒輪軸11可拆連接，通過改變所述從動齒輪13齒數(shù)，改變其與所述齒條15的嚙合關(guān)系，可使齒條聯(lián)動夾具14以0.5-5倍于主動齒輪12轉(zhuǎn)速的速度運動。

所述固定底板1、所述豎直側(cè)板2和所述太陽輪齒輪軸支撐座為一體結(jié)構(gòu)；

所述試驗裝置的材質(zhì)根據(jù)試驗條件而定。

本實施例中，所述固定底板1、所述豎直側(cè)板2和所述太陽輪齒輪軸支撐座的材質(zhì)為h13熱作模具鋼，以滿足在較大溫度范圍(室溫到1200℃)內(nèi)進行試驗，對某些高強鋼試件進行400℃或800℃下恒溫雙拉試驗時，用碳化鎢加工所述齒條聯(lián)動夾具14及所述夾具蓋板17，所述連桿21、所述主動盤20、所述太陽輪齒輪軸9、所述太陽輪10及所述行星齒輪使用中碳鋼加工而成。

與所述連桿鉸接的所述主動盤螺栓孔的初始位置為上述主動盤螺栓孔的軸線與所述主動盤的軸線的連線與豎直方向的夾角α滿足：

0＜α≤45°/n；

其中，n為所述主動盤螺栓孔的個數(shù)。

如圖7所示，在進行雙向拉伸試驗時，所有齒條聯(lián)動夾具14和試件25進行脂潤滑或鍍涂層潤滑，然后試件25(十字形)安裝在四個所述齒條聯(lián)動夾具14中，夾具蓋板17通過螺栓與夾具槽16固定，保證了試件25在齒條聯(lián)動夾具14內(nèi)牢固定位安裝。接頭19由拉伸機移動端帶動向上運動，進而主動盤20沿圖示方向轉(zhuǎn)動，經(jīng)由太陽輪10與行星齒輪、行星齒輪與齒條15間的傳動，使四個方向上的齒條聯(lián)動夾具14分別沿圖示方向運動，進而實現(xiàn)對試件25的雙向拉伸。這里，通過拉伸機加載及從動齒輪13的齒數(shù)、從動齒輪13與齒條15嚙合關(guān)系，可實現(xiàn)較大范圍的加載比例條件下的雙拉試驗。

如圖8所示，在進行高溫下雙向拉伸試驗時，通過圖示對試件25電磁感應(yīng)線圈26加熱，也可以采用其他加熱手段，例如局部陶瓷加熱器等，密封蓋24密封，相對密閉空間外包裹有用于保溫隔熱的硅酸鋁纖維氈，通過拉伸機加載及從動齒輪13的齒數(shù)、從動齒輪13與齒條15嚙合關(guān)系，可實現(xiàn)較大范圍的加載比例條件下的雙拉試驗。

在試驗中，試驗力可通過力傳感器18得到，位移通過dic非接觸式應(yīng)變測試系統(tǒng)得到。在不同溫度環(huán)境條件下進行實驗時，根據(jù)實驗要求，需要更換所述試驗裝置的材質(zhì)，以達到理想實驗效果。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。