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1、-范文最新推荐-1 / 16微型拉伸试验机构设计+文献综述 摘要：本文列举了几种典型的微型材料拉伸试验方法，具体介绍了其驱动方式、力和位移测试原理，并且介绍实验中的难点。提出了两种微型拉伸试验机构的设计方案，并设计微型拉伸试验机构的细节构造，由滚珠丝杠、直齿锥齿轮、微型试样夹具等部件组成。滚珠丝杆选用台湾 PVP 品牌产品，直径 12mm，导程2mm。文中涉及对滚珠丝杠、锥齿轮轴、直齿锥齿轮、轴承、键和电机的强度校核、寿命校核和能力校核等。论文进一步提出了该微型拉伸试验机构的下一步改进方案和发展方向。包括单向拉伸变为双向拉伸；拉伸夹具改进为可以进行拉伸、压缩、疲劳、弯曲和剪切等实验的夹具；在热
2、台中对试样进行加热的材料性能试验。9862 关键字：微型拉伸；机构设计；滚珠丝杠；夹具 Abstract: This paper enumerates several typical micro material tensile test method, detailed introduces the drive way, the force and displacement of the testing principle, and the difficulty in the experiment. Proposes two design scheme of micro tensile te
3、sting agencies, and the design details of micro tensile testing institutions structure, the ball screw, straight bevel gear, such as micro clamp sample parts. Ball screw choose product of brand of a Taiwan PVP, diameter of 12 mm, 2 mm lead. Also involved to the ball screw, straight bevel gear, bevel
4、 gear, shaft, bearing, key and the intensity, the life of the motor and capacity respectively, etc. Paper further put forward the micro tensile test agency of improvements and development direction of next step. Including one-way stretch into a two-way stretch. Stretching jig improvement for can do
5、tensile, compression, fatigue, bending and shearing experiment of fixture; Heat in taichung for heating of the material performance test sample. Key words: The micro stretch; Organization design; Ball screw; Fixture -范文最新推荐-3 / 16 1.1 课题背景及研究意义 材料的力学行为是材料的重要使用性能，即通过对工程材料在(动静)载荷、( 高低)温度和(腐蚀)环境等因素共同作用
6、条件下的变形、损伤、疲劳和断裂的研究，全面深入地理解材料的失效过程和机理，测定材料力学性能的各项指标，提出改善力学性能的途径，指导研制与开发新型材料以满足工业发展的需要。 材料在外力的作用下，所表现的抵抗变形或破坏的能力，称作材料的机械性能。包括强度、塑性、弹性、脆性、断裂韧性、硬度等。一般企业有做机械性能试验、物理实验、化学实验。在检测样品中，材料的机械性能试验有拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。 拉伸试验机，是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器。
7、在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，拉伸试验机是一种不可缺少的重要检测仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。 拉伸试验机主要由机械部分，数据采集部分，伺服驱动部分，数据处理部分等组成。随着科技的发展拉伸试验机经历了机械式拉力试验机，电液伺服拉力试验机，到今天的微机控制拉力试验机主要的三个阶段。 近十几年里，微机电系统(Microelectronic Mechanical System, MEMS)得到了飞速发展，
8、涌现出一系列实用化的微器件和微系统。微电子机械系统(MEMS)已广泛应用于国防、医疗、航空航天、汽车等领域。如今人们已不再满足某些系统功能的实现，而是更多地关注 MEMS 结构的优化及其工作的稳定性和可靠性等问题。这就对 MEMS 所用材料和结构的力学性能检测与破坏机理提出新的要求。MEMS 器件的加工常采用表面或体加工技术，所用材料多为-范文最新推荐-5 / 16Si、Si3N4、SiO2、Al、Au、Ni 等。在设计 MEMS 结构和进行可靠性分析时，迫切需要知道所用材料微构件的力学性能参数，如弹性模量和断裂强度等单轴拉伸是测量弹性模量、泊松比、屈服强度和断强度等最直接的方法。单轴拉伸实验
9、的数据容易解释，但是由于试样尺寸小，传统的拉伸测试设备在诸多方面不能满足要求。这就迫切需要设计出能满足上述要求的微型拉伸实验系统。 表 1.1 四种材料拉伸机优缺点对比表 优点缺点 机械式加载速度控制精确； 结构简单极限载荷相对较小 液压式液压加载，加载平缓，无冲击现象；加载能力大手动控制阀门进油量，精确控制加载速度较难 电拉式 各方面均可计算机进行自动控制，精度较高极限载荷相对较小 电液式差动闭环控制，自动化程度高，精度高，加载力大系统成本高，结构复杂 材料试验机可进行的试验： 拉伸试验 又称拉力试验，一般采用的仪器是万能材料试验机和拉力试验机，主要是缓慢地在试样两端施加负荷，使试样的工作部
10、分受轴向拉力，引起试样沿轴向伸长，一般进行到拉断为止。通过拉伸试验可测定材料的抗拉强度和塑性特性等。拉伸试样要符合相关的国家、行业标准对不同材料的拉伸试验要求。拉伸试验曲线应力—应变拉伸曲线。-范文最新推荐-7 / 16 压缩试验 却与拉伸试验相反，用于测定材料在静压力作用下的压力强度、相对缩短率和断面增大率等。对压缩式样的基本要求是两个支承端面要相互平行。使用者一般使用万能试验机、压力试验机。弯曲试验主要是用于测定材料或构件等地弯曲强度极限，弹性模量及最大挠度。可分为简支梁弯曲试验和纯弯曲试验 剪切试验 主要是用于测定材料的抗剪切能力，一般用来评定铆钉用线材的质量。剪切试验分为单
11、项剪切和双向剪切试验，采用仪器是万能材料试验机。 冲击试验 就是利用摆锤冲击试样前后的能量差来确定该试样的韧性活脆性。特点是冲击力大、作用时间短、变化快。 本课题主要的研究方法在前期是广泛查阅相关资料和文献，检索相关研究；中期在大量资料阅读的基础上构思机构设计方案，并对该方案进行可行性论证；后期试验阶段是在确定方案的基础上对微型拉伸机构的细节部分设计并且进行改进。 预期目标是设计一台用于光学显微镜下拉伸微型试样的万能试验设备。 2 机构设计方案 2.1 材料拉伸机结构方案选型 万能材料拉伸试验机主要采用伺服电机作为动力源，丝杠、丝母作为执行部件，实现试验机移动横梁的速度控制。在传动控制上，目前
12、主要有两种形式，同步带和减速机。关于其优缺点，还有待探讨，但都不影-范文最新推荐-9 / 16响用户使用。在测力上万能拉伸强度试验机均采用负荷传感器。万能拉伸强度试验机，不用油源。所以更清洁，使用维护更方便，它的试验速度范围可进行调整，试验速度可变范围大，试验行程可按需要而定，更灵活。测力精度高，体积小，重量轻，空间大，方便加配相应装置来做各项材料力学试验。 液压万能试验机，采用高压液压源为动力源。采用手动阀、伺服阀或比例阀作为控制元件进行控制。普通液压万能试验机只能进行人工手动实现加载，属于开环控制系统，受价格因素的影响，测力传感器一般采用液压压力传感器。而电液伺服类万能材料试验机则是采用伺
13、服阀或比例阀作为控制元件进行控制，国内有些厂家亦已经采用高精度负荷传感器来进行测力。液压万能试验机，受油源流量的限制，他的试验速度较低。手动液压万能试验机，操作较为简易，价格便宜，但控制精度较低。电液伺服万能试验机，则性能与万能拉伸强度试验机相比，除速度低外，控制精度不会差，采用负荷传感器的微机控制电液伺服万能试验机。在做大吨位的材料力学试验时，更可靠，更稳定，性价比更高。 3 微型拉伸试验机构设计 3.1 滚珠丝杠校核 （1）选定丝杠精度 根据任务书要求，首先确定丝杠的定位精度为±0.3mm/1000mm，换算为 300mm 时的允许误差为 (±0.3)/1000=(±0.090)/300 为了满足要求的定位精度，必须选择误差低于±0.090mm/300mm 的单程精度。根据上述提案件，参照台湾 PVP 公司滚珠丝杠的样本资料（见附录 1） ，当精度为 C7 时的导程累积误差为±50μm/300mm，能够满足要求精度。但-范文最新推荐-11 / 16在 C7 精度下该公司既有磨制滚珠丝杠也有轧制滚珠丝杠供选择。在同样性能和精度的情况下，优先选择价格低廉的轧制滚珠丝杠。 （2）选定导程 设计方案采用电机和齿
