多轴拉伸装置的制作方法

本发明属于工程材料、力学实验装置领域，具体涉及一种多轴拉伸装置。

背景技术：

近年来，柔性可延展电子器件在各方面取得了长足的发展，力学研究对于柔性可延展电子器件的发展提供了基本的结构设计指导。早在柔性可延展电子器件的概念提出之初，力学研究工作者就提供了各种各样的结构设计方案，其中典型的设计包括：一维的波纹硅结构、二维的岛桥结构等。这些结构很好的将无机材料、有机材料的优点进行结合，从而既确保了柔性可延展电子器件的功能单元的基本性能，又具有了柔性可延展电子器件的柔软可拉伸的特性。

这些力学结构的设计，不仅需要理论的指导，同时也需要进行实验的验证。正所谓“工欲善其事必先利其器”，在研究一维的波纹结构时，研究者开发了各种各样的简易单轴拉伸装置。

柔性可延展电子器件与人体健康监测的结合在柔性电子器件的研究领域占有非常重要的地位。大多数情况下，柔性可延展电子器件与人体集成的过程中，柔性可延展电子器件处于一种双向(双轴)拉伸的状态，因此研究柔性可延展电子器件的双向拉伸远远比单向(单轴)拉伸要重要。但是，对于双向拉伸的实验，双轴拉伸装置结构比较复杂，并且难以满足同一个方向对称同步加载的要求。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，更好的研究柔性电子器件双向拉伸的力学性能，本发明旨在提出一种双轴拉伸装置，能够稳定地对样品的同一方向实现同步加载。

一种多轴拉伸装置，包括：

底座，

导轨，至少两条所述导轨设置于所述底座，两条所述导轨相交；

滑块，所述滑块能够相对于所述导轨滑动地设置于所述导轨，每条所述导轨穿过两个所述滑块；

夹持部，所述夹持部连接于所述滑块，所述夹持部能够夹持样品；以及螺杆，所述螺杆能够相对于所述底座转动地设置于所述底座，所述螺杆沿所述导轨的延伸方向设置，所述螺杆具有旋向相反的两段螺纹，通过设置于同一条所述导轨的两个所述滑块分别与所述两段螺纹配合，使所述滑块与所述螺杆配合连接，通过所述螺杆旋转能够使两个所述滑块沿所述导轨朝不同的方向滑动，

所述底座包括位于其中央的支撑架，所述导轨和所述螺杆穿过所述支撑架而由所述支撑架承托所述导轨和所述螺杆的中间部分。

优选地，所述两段螺纹具有相同的螺距、导程和螺纹升角。

优选地，所述多轴拉伸装置还包括弹簧，所述弹簧为压缩弹簧，所述弹簧设置于所述支撑架和所述滑块之间。

优选地，每条所述导轨具有两根导杆，所述导杆架设于所述底座，所述螺杆设置于两根所述导杆之间。

优选地，所述弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧和所述第二弹簧分别套设于同一条所述导轨的两根所述导杆而对同一滑块施力，所述第一弹簧和所述第二弹簧具有相同的弹力系数和相同的初始长度。

优选地，所述底座设置有刻度线，所述刻度线沿所述导轨的延伸方向设置，通过所述刻度线能够示出所述滑块沿所述导轨滑动的距离。

优选地，多个所述夹持部位于同一平面，所述平面与至少两条所述导轨的延伸方向平行。

优选地，所述夹持部设置有防滑部，所述防滑部为凹槽。

优选地，所述滑块的与所述夹持部相对的表面设置有防滑部。

优选地，所述多轴拉伸装置为双轴拉伸装置，所述双轴拉伸装置具有两条相互垂直的螺杆。

通过上述技术方案，本发明可以获得以下有益效果中的至少一个：

(1)通过螺杆具有旋向相反的两段螺纹，从而在螺杆旋转时，能够使两个滑块同步地沿导轨朝不同的方向滑动，进而可以对样品在同一方向上同步地进行加载。

(2)由于底座包括位于其中央的支撑架，导轨和螺杆穿过支撑架而由支撑架承托导杆和螺杆的中间部分，因而，支撑架可以引导螺杆的转动，防止螺杆和导轨发生弯曲等变形，从而使整个装置更稳定耐用，拉伸精度更高。

(3)通过设置于滑块和支撑架之间的弹簧的弹力作用，可以在滑块沿导轨滑动的过程中避免滑块出现阻塞的问题，并且还可以消除螺纹孔和螺纹之间的轴向间隙，从而减小滑块的移动误差。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的一种双轴拉伸装置的结构示意图。

图2示出了根据本发明的实施方式的一种双轴拉伸装置的俯视图。

图3示出了根据本发明的实施方式的一种双轴拉伸装置的滑块的结构示意图。

图4示出了根据本发明的实施方式的一种双轴拉伸装置的夹持部的结构示意图。

附图标记说明

1底座11底板12侧壁13支撑架

2导轨21第一导轨211导杆212卡帽22第二导轨

3滑块31第一滑块32第二滑块33第三滑块34第四滑块

35第一防滑部

4夹持部41第二防滑部

5螺杆51第一螺杆511第一螺纹512第二螺纹513第一操作部52第二螺杆521第三螺纹522第四螺纹523第二操作部

6弹簧61第一弹簧62第二弹簧

x第一方向y第二方向z上下方向。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

需要说明的是，下面描述的双轴拉伸装置在水平放置时，第一方向x为长度方向，第二方向y为宽度方向，上下方向z为厚度方向。

图1示出了一种双轴拉伸装置，其包括：底座1、导轨2、滑块3、夹持部4、螺杆5和弹簧6。

底座

底座1包括底板11、侧壁12和支撑架13。

底板11可以为矩形的平板，侧壁12设置于底板11的四条边，为了底座1加工方便，侧壁12可以通过螺钉固定于底板11。

支撑架13位于导轨2的大致中间部分，既底板11的中央区域，支撑架13可以和底板11通过螺钉固定连接。支撑架13可以是十字交叉的形状，用于支撑多根导杆211。支撑架13能够支撑细长形状的导杆211，防止导杆211变形，特别是导杆211被滑块3压弯。

进一步地，底座1，例如侧壁12的上部，设置有刻度线，刻度线沿导轨的延伸方向设置，通过刻度线能够直观地了解第一滑块31和第二滑块32的滑动距离，从而了解样品的拉伸量。

导轨

导轨2包括第一导轨21和第二导轨22，第一导轨21和第二导轨22相互垂直地安装于底座1。第一导轨21沿第一方向x延伸，第二导轨22沿第二方向y延伸。

具体地，第一导轨21和第二导轨22均可以包括多根圆柱状的导杆211，例如两根。导杆211穿过侧壁12，由侧壁12承托导杆211的两端部。第一导轨21和第二导轨22在上下方向z上错开，例如第一导轨21可以位于第二导轨21的下方。导杆211的两端均设置有卡帽212，卡帽212可以防止导杆211沿其轴向滑动而导致导杆211与底座1分离。

滑块

滑块3包括第一滑块31、第二滑块32、第三滑块33和第四滑块34。

第一滑块31和第二滑块32能够相对于第一导轨21滑动地设置于第一导轨21，使第一滑块31和第二滑块32能够沿第一方向x滑动，例如第一滑块31和第二滑块32可以套设于第一导轨21的两根导杆211。

第三滑块33和第四滑块34能够相对于第二导轨22滑动地设置于第二导轨22，使第三滑块33和第四滑块34能够沿第二方向y滑动，例如第三滑块33和第四滑块34可以套设于第二导轨22的两根导杆211。

滑块3设置有螺纹孔，螺杆5能够旋入螺纹孔中使滑块3和螺杆5通过螺纹配合连接。第一滑块31设置有第一螺纹孔，第二滑块32设置有第二螺纹孔，第一螺纹孔和第二螺纹孔具有相反的旋向。例如，第一滑块31设置有与左旋螺纹配合的第一螺纹孔，第二滑块32设置有与右旋螺纹配合的第二螺纹孔。

第三滑块33设置有第三螺纹孔，第四滑块34设置有第四螺纹孔，第三螺纹孔和第四螺纹孔具有相反的旋向。例如，第三滑块33设置有与左旋螺纹配合的第三螺纹孔，第四滑块34设置有与右旋螺纹配合的第四螺纹孔。

滑块3设置有第一防滑部35，例如第一防滑部35可以是条状的凹槽。需要说明的是，通过滑块3与夹持部4在夹持时挤压样品，可以使样品变形并且部分地填充到凹槽中，防止样品在拉伸时相对于滑块3滑动，从而对样品的夹持更牢固。

夹持部

夹持部4可调节地连接于滑块3，特别是滑块3的上方，通过调节夹持部4与滑块3之间的距离，使夹持部4和滑块3之间能够固定夹持样品。具体地，第一滑块31、第二滑块32、第三滑块33和第四滑块34的上方均设置有夹持部4，滑块3与夹持部4可以通过螺钉连接，并且通过旋紧螺钉来固定夹持样品。多个夹持部4均位于同一平面。可以理解，在进行拉伸实验时样品固定连接于夹持部，样品可以在水平展开状态下安装于双轴拉伸装置，从而保证在实验中沿垂直于样品的厚度方向(上下方向z)的样品展开方向拉伸样品。

进一步地，夹持部4设置有第二防滑部41，第二防滑部41与第一防滑部35相对设置。第一防滑部35和第二防滑部41防止样品在拉伸时相对于夹持部4滑动。例如第二防滑部41可以是条状的凹槽。

螺杆

螺杆5包括第一螺杆51和第二螺杆52，第一螺杆51和第二螺杆52能够相对于底座1转动地设置于底座1，第一螺杆51和第二螺杆52相互垂直地设置。例如，第一螺杆51沿第一方向x设置，第二螺杆52沿第二方向y设置。

第一螺杆51具有第一螺纹511和第二螺纹512，第一螺纹511和第二螺纹512的旋向相反，例如第一螺杆51的一端部具有左旋的第一螺纹511，第一螺杆51的另一端部具有右旋的第二螺纹512。第一螺纹511和第二螺纹512设置于第一螺杆51的大致中部的两侧。第一螺纹511旋入第一滑块31的第一螺纹孔，第二螺纹512旋入第二滑块32的第二螺纹孔，使第一螺杆51与第一滑块31和第二滑块32配合连接。可以理解，第一螺杆51旋转时，第一滑块31和第二滑块32可以沿第一方向x朝着相反的方向运动，两者相互远离或相互靠近。第一螺纹511和第二螺纹512的旋向不同，并且螺距、导程、螺纹升角和牙型等均相同，从而使第一滑块31和第二滑块32的移动速度和移动量相同，而移动方向不同。

第二螺杆52具有第三螺纹521和第四螺纹522，第三螺纹521和第四螺纹522的旋向相反，例如第二螺杆52的一端部具有左旋的第三螺纹521，第二螺杆52的另一端部具有右旋的第四螺纹522。第三螺纹521和第四螺纹522设置于第二螺杆52的大致中部的两端。第三螺纹521旋入第三滑块33的第三螺纹孔，第四螺纹522旋入第四滑块34的第四螺纹孔，使第二螺杆52与第三滑块33和第四滑块34配合连接。可以理解，第二螺杆52旋转时，第三滑块33和第四滑块34可以沿第二方向y朝着相反的方向运动，两者相互远离或相互靠近。第三螺纹521和第四螺纹522的旋向不同，并且螺距、导程、螺纹升角和牙型等均相同，从而使第三滑块33和第四滑块34的移动速度和移动量相同，而移动方向不同。

具体地，第一螺杆51设置于第一导轨21的两根导杆211之间，第二螺杆52设置于第二导轨22的两根导杆211之间，使得旋转螺杆5时容易驱动滑块3移动，防止滑块3歪斜。

第一螺杆51的至少一端设置有第一操作部513，可以通过旋转第一操作部513使第一螺杆51转动。第二螺杆52的至少一端设置有第二操作部523，可以通过旋转第二操作部523使第二螺杆52转动。可以理解，第一操作部513和第二操作部523的径向尺寸大于第一螺杆51和第二螺杆52的径向尺寸，使得通过第一操作部513和第二操作部523转动第一螺杆51和第二螺杆52时能够省力。

第一螺杆51的两端部和第二螺杆52的两端部均设置有卡帽212，卡帽212可以防止第一螺杆51和第二螺杆52沿其轴向滑动，进而防止滑块3在第一螺杆51和第二螺杆52未转动的情况下活动。

需要说明的是，第一螺杆51的结构和第二螺杆52的结构可以是完全相同的。

弹簧

弹簧6用于对滑块3施加推力，弹簧6位于滑块3和支撑架13之间，弹簧6可以为压缩弹簧。由多个弹簧对同一个滑块3施加推力，例如弹簧6包括第一弹簧61和第二弹簧62。

以第一滑块31举例说明，第一弹簧61和第二弹簧62分别套设于第一导轨21的两根导杆211。

第一弹簧61和第二弹簧62具有相同的弹力系数和相同的初始长度(没有受力时的长度)，使第一弹簧61和第二弹簧62可以对第一滑块31施加大小相等的弹力。弹簧6可以在第一滑块31的运动范围内始终保持被压缩的状态，从而使第一滑块31始终受到弹簧6的弹力作用。

需要说明的是，使用螺杆5的旋转驱动滑块3滑动的过程中，螺杆5对滑块3的作用力并不是沿着滑动方向(导轨延伸方向)的，因此滑块3与导轨2之间的摩擦可能导致滑块3在沿导轨2的运动中出现的阻塞的问题。使用弹簧6对滑块3施加弹力，特别是沿着两根导杆211施加两个大小相等的弹力，可以帮助滑块3沿导轨2滑动。另外弹簧6还可以消除第一螺纹孔和第一螺纹511之间的轴向间隙，从而使螺杆5在正、反转之间转换时，滑块3能够同步地改变滑动方向。

需要说明的是，在该实施方式中，第一导轨具21有两根导杆211，因此弹簧6包括第一弹簧61和第二弹簧62两根弹簧，然而第一导轨21可以有更多根导杆211，弹簧6也可以是更多根。

可以理解，上面仅描述了弹簧6如何对第一滑块31施加弹力，弹簧6推动第二滑块32、第三滑块33和第四滑块34的结构相同，因此不再赘述。

在使用本发明的实施方式所述的双轴拉伸装置时，将样品，例如柔性可延展电子材料，固定连接于夹持部。然后可以根据需要通过转动第一螺杆51和第二螺杆52，对样品施加沿着第一方向x和/或第二方向y的外力使样品拉伸，沿两个方向拉伸的比例可以根据需要调整。

可以理解，上述实施方式介绍了一种双轴拉伸装置，然而本发明不限于此，还可以通过设置数量更多的导轨、螺杆以及滑块形成多轴拉伸装置，从而可以对样品在更多方向上进行加载。

可以理解，本发明的拉伸装置也可以用于进行挤压实验，相比于双轴拉伸实验，不同之处在于实验过程中旋转螺杆5，使滑块3彼此靠近。