原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机

摘要

一种原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机，传动机构包括丝杠、移动横梁、减速器、左夹具、右夹具；框架的台面为中空结构，其左横梁内设置有伺服电机、电源；框架前侧梁、后侧梁内分别设置有丝杠，一移动横梁两端分别传动连接两丝杠；两丝杠一端的转动轴分别与两个从动轮固接，从动轮通过圆弧同步齿带与减速器传动连接；减速器与伺服电机传动连接；左夹具固定在左横梁内侧上，右夹具固定在力传感器上，力传感器固定在可移动横梁上。本发明结构简单，使用方便，能够满足原子力显微镜可以工作的空间，可以在对样品拉伸或者压缩到一定程度后利用原子力显微镜测量样品的表面形貌，从而分析出拉伸或者压缩对样品结构的影响。

权利要求

1.一种原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机，包括有传动机构、伺服电机和电源；其特征在于，传动机构包括丝杠、移动横梁、减速器、左夹具、右夹具；

框架的台面为中空结构，其左横梁内设置有伺服电机、电源；框架前侧梁、后侧梁内分别设置有丝杠，一移动横梁两端分别传动连接两丝杠；两丝杠一端的转动轴分别与两个从动轮固接，从动轮通过圆弧同步齿带与减速器传动连接；减速器与伺服电机传动连接；

左夹具固定在左横梁内侧上，右夹具固定在力传感器上，力传感器固定在可移动横梁上；

在前侧梁、后侧梁内丝杠的外侧设置有保护橡胶，丝杠的内侧设置有支撑梁；

在框架前侧梁上设置有控制器；控制器分别连接电源、力传感器、计算机、和伺服电机；

所述左夹具和右夹具保持水平，可调节距离为200-1100mm。

说明书

原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机

技术领域

[0001] 本发明涉及分析类仪器领域,具体的涉及一种与原子力显微镜联用的材料拉伸压缩试验机结构的改进。

背景技术

[0002] 科学研究离不开科学技术和仪器的开发，为了将对纳米材料和制品力学性能的测量和微观形貌的检测进行有机结合，学术界和工程技术界正在开发出一些力学测试装置来与扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM），原子力显微镜（AFM）等微纳米观察仪器配合使用，从而可以深入地探索各类纳米材料及制品的微观损伤断裂行为和机理，及其与载荷作用、材料结构和性能间的相关性规律。

[0003] 现在有一种卧式动静态电液伺服显微观察试验机，主要由主机、液压源、控制系统组成。其中，主机安装有调整油缸子系统，伺服油缸自系统，光学显微镜和三维移动滑台，为试样提供实验平台；并由计算机控制。但是该机器结构较为复杂，结构特殊，不能满足原子力显微镜可以工作的空间，因而也无法与原子力显微镜配套使用，从而无法在对样品进行拉伸压缩操作时利用原子力显微镜观察样品纳米级形貌变化。因此有必要制造与原子力显微镜配套用的卧式材料拉伸压缩试验机。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的局限性，本发明目的在于，提供一种与原子力显微镜配套用的材料拉伸压缩试验机。

[0005] 本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机，包括有传动机构、伺服电机和电源；其特征在于，传动机构包括丝杠、移动横梁、减速器、左夹具、右夹具；

[0007] 框架的台面为中空结构，其左横梁内设置有伺服电机、电源；框架前侧梁、后侧梁内分别设置有丝杠，一移动横梁两端分别传动连接两丝杠；两丝杠一端的转动轴分别与两个从动轮固接，从动轮通过圆弧同步齿带与减速器传动连接；减速器与伺服电机传动连接；

[0008] 左夹具固定在左横梁内侧上，右夹具固定在力传感器上，力传感器固定在可移动横梁上。

[0009] 本发明与原子力显微镜配套后，可以在对试样进行拉伸和压缩等力学性能测试的同时对试样进行原子力显微镜测试。本发明可以用于对有机、无机、复合材料等试样的测量。

[0010] 本发明应用时，前、后侧梁、移动横梁与左横梁为工作空间，使本发明与原子力显微镜配套。测试样品的两端分别固定在左夹具和右夹具上，夹具上具有螺丝螺孔，拧紧螺丝后可以使夹具紧紧夹住样品；将左夹具和右夹具夹住样品两端，使测试样品位于原子力显微镜探针15的下方，即工作空间内。通过本发明和原子力显微镜的联合使用，从而分析试样的宏观力学性能和在拉伸/压缩条件下的微观损伤断裂行为，及其与载荷作用、材料结构和性能间的相关性规律。

[0011] 本发明采用卧式结构，结构简单，使用方便，能够满足原子力显微镜可以工作的空间，可以在对样品拉伸或者压缩到一定程度后利用原子力显微镜测量样品的表面形貌，从而分析出拉伸或者压缩对样品结构的影响。同时本发明也可以测量试样的宏观力学性能。因而可以将原子力显微镜的优势和万能力学试验机的优势相结合，并且使用效果良好。

附图说明

[0012] 附图1是本发明立体结构示意图。

[0013] 附图2是左横梁内部结构示意图。

[0014] 附图3是丝杠、圆弧同步齿带和减速器连接结构示意图

[0015] 1框架、2左横梁、3丝杠、31转动轴、4移动横梁、5前侧梁、6后侧梁、7减速器、71被动轮、8圆弧同步齿带、9力传感器、10左夹具、11右夹具、12控制器、13支撑梁、14电源、15原子力显微镜探针、16保护橡胶、17伺服电机。

具体实施方式

[0016] 本发明的优选实施例结合附图说明如下：

[0017] 一种原子力显微镜配套用卧式材料拉伸压缩试验机，包括有传动机构、伺服电机17和电源14；传动机构包括丝杠3、移动横梁4、减速器7、左夹具10、右夹具11；

[0018] 框架1的台面为中空结构，其左横梁2内设置有伺服电机17、电源14；框架前侧梁5、后侧梁6内分别设置有丝杠3，一移动横梁4两端分别传动连接两丝杠；两丝杠一端的转动轴31分别与两个从动轮71固接，从动轮通过圆弧同步齿带8与减速器7传动连接；减速器与伺服电机8传动连接；

[0019] 左夹具10固定在左横梁2内侧上，右夹具11固定在力传感器9上，力传感器9固定在可移动横梁4上。

[0020] 在前侧梁、后侧梁内丝杠的外侧设置有保护橡胶16，丝杠的内侧设置有支撑梁13。支撑梁可对整个卧式材料拉伸压缩试验机框架起到支撑加固的作用。保护橡胶的作用是保护丝杠。

[0021] 在框架前测梁上设置有控制器12；控制器分别连接电源、力传感器、计算机、伺服电机。

[0022] 所述左夹具和右夹具保持水平，距离可调节量程为200-1100mm。

[0023] 本发明的工作原理是：利用左夹具和右夹具夹住被测样品的两端，并拧紧夹具上的螺丝螺孔从而使夹具紧紧夹住样品；启动电源开关，随后利用电脑软件控制，伺服电机驱动减速器，利用圆弧同步齿带带动丝杠运动，丝杠的旋转运动带动可移动横梁左右移动，从而对样品进行拉伸或者压缩；控制器采集力传感器收集到的力学信号和伺服电机的信号，从而可以控制样品被拉伸或者压缩的距离，进而分析样品的宏观力学性能，且通过拉伸或者压缩到一定距离后停止拉伸或者压缩，此时利用原子力显微镜对样品表面进行纳米级的成像，就可以分析牵拉压缩后样品的结构变化。