一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置的结构示意图。

图2是本发明的具体实施方式中一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置的内部结构示意图。

图3是本发明的具体实施方式中双向拉伸试样的结构示意图。

图4是图3中a-a向剖视图。

图5是本发明的具体实施方式中水平齿条的主视图。

图6是本发明的具体实施方式中水平齿条的左视图。

图7是本发明的具体实施方式中水平齿条的俯视图。

图8是本发明的具体实施方式中齿轮和齿轮轴的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图8所示，一种齿轮齿条式双向拉伸试验装置，包括上模座1、下模座2和位于所述上模座1和所述下模座2之间的四个同步拉伸装置，所述四个同步拉伸装置呈十字分布，所述上模座1和所述下模座2之间通过两个导向装置连接，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1固定在压机上。

所述同步拉伸装置包括水平齿条3、竖直齿条4和齿轮5；

所述水平齿条3下表面具有滑条31，所述水平齿条3通过所述滑条31与位于所述下模座2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3的靠近所述中点的一端具有试样连接部；

所述齿轮5分别与所述水平齿条3和所述竖直齿条4啮合，所述齿轮5的齿轮轴51通过齿轮轴支座52与所述下模座2上表面连接，所述齿轮轴支座52通过内六角圆柱头螺钉与所述下模座2上表面连接，所述齿轮轴51通过六角法兰面螺母与所述齿轮轴支座52旋转连接；

所述竖直齿条4的上端通过竖直齿条底座41与所述上模座1下表面固定连接，所述竖直齿条4的上端通过内六角圆柱头螺钉与所述竖直齿条底座41连接，所述竖直齿条底座41通过内六角圆柱头螺钉与所述上模座1下表面连接。

所述导向装置包括位于所述下模座2上表面的导柱底座21，所述导柱底座21上设有导柱6，所述上模座1下表面设有与所述导柱6相匹配的导套11，所述导柱底座21通过内六角圆柱头螺钉与所述下模座2上表面连接，所述导套11通过内六角圆柱头螺钉与所述上模座1下表面连接。

所述下模座2外沿具有所述竖直齿条4下端穿过的u型限位卡环7，所述u型限位卡环7通过内六角圆柱头螺钉与下模座2外沿连接。

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32以及矩形槽33，所述类梯形槽32的轴线和所述矩形槽33的轴线位于同一经过所述中点的直线上，所述类梯形槽32的小端靠近所述中点且敞开，所述类梯形槽32的大端与所述矩形槽33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321。

所述水平齿条3的移动方向和所述竖直齿条4的移动方向分别位于两个不同的竖直平面内。

所述齿轮5包括第一子齿轮53和第二子齿轮54，所述第一子齿轮53和所述第二子齿轮54分别与所述水平齿条3和所述竖直齿条4啮合。

双向拉伸试样8的端部与所述连接槽相匹配，并通过双向拉伸试样固定板9与所述连接槽连接，所述双向拉伸试样8的端部放入所述连接槽，其上压上所述双向拉伸试样固定板9，并通过内六角圆柱头螺钉固定。

压机竖直向上移动，所述上模座1向上移动，带动齿轮5转动，进而带动水平齿条3沿着滑槽方向移动，双向拉伸试样8即受到拉力，从而完成双向拉伸试验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。