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      全自動多功能三軸卡盤的制作方法

      文檔序號:8541271閱讀:853來源:國知局
      全自動多功能三軸卡盤的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      :
      [0001]本發(fā)明屬于巖石力學(xué)試驗儀器開發(fā)領(lǐng)域,特別涉及一種全自動多功能三軸卡盤試驗裝置,適用于巖土力學(xué)性能試驗儀的功能擴展。
      【背景技術(shù)】
      :
      [0002]重大儀器設(shè)備的研制是巖石力學(xué)領(lǐng)域中特別值得關(guān)注的前沿課題。目前室內(nèi)巖石力學(xué)性能測試中抗壓、抗拉、抗扭和三軸試驗均是依靠獨立的試驗設(shè)備完成的,功能單一、成本高、自動化程度低、效率低、占地面積大、多臺儀器操作造成的誤差也較大。因此,如何在同一臺力學(xué)實驗機上實現(xiàn)抗壓、抗拉、抗扭以及三軸試驗等是一個值得重視的研宄方向。針對這一問題,本發(fā)明設(shè)計了一個集抗壓、抗拉、抗扭和三軸試驗等多功能測試于一體的巖石力學(xué)全自動多功能三軸卡盤,用于多功能全自動巖石或同類材料的力學(xué)試驗儀器的功能擴展。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      :
      [0003]本發(fā)明的目的是設(shè)計一種用于全自動三軸試驗儀的全自動多功能三軸卡盤,可同時用于抗壓、抗拉、抗扭等巖石力學(xué)性能測試儀。設(shè)計方案如下:通過設(shè)計T型主軸、主軸驅(qū)動電機,并由驅(qū)動電機帶動主軸旋轉(zhuǎn),提供抗扭試驗驅(qū)動力;通過設(shè)計可升降壓力室、液壓缸以及環(huán)形電機,由液壓缸提供軸向壓力及環(huán)形電機驅(qū)動壓力室升降,實現(xiàn)巖石三軸力學(xué)試驗中圍壓溶液自動密封與軸壓的自動加載;通過設(shè)計三爪卡軸、齒形環(huán)與T型主軸的巧妙配合,由電機驅(qū)動齒形環(huán),齒形環(huán)帶動卡軸,在抗拉抗扭試驗中實現(xiàn)巖樣的上端固定功能。整個多功能三軸卡盤全由電腦終端自動控制,實現(xiàn)了在同一結(jié)構(gòu)中自動完成巖石的三軸、抗壓、抗拉、抗扭等試驗,大大降低儀器的成本,提高儀器的自動化程度和精度,提升科研人員的工作效率。
      [0004]全自動多功能三軸卡盤的設(shè)計包括驅(qū)動件,執(zhí)行件兩個部分,驅(qū)動件包括液壓缸
      (15),驅(qū)動電機(5),壓力室環(huán)形電機(6),主軸環(huán)形電機定子(11)。執(zhí)行件包括有可升降壓力室(I),三爪卡軸(4),主軸(14)。整個三軸卡盤的功能通過這些主要零部件配合合理的機械結(jié)構(gòu)完成設(shè)計所需的各種功能。同時主軸(14)安裝在可升降的主軸座(7)上,通過主軸座(7)的自動升降可以使主軸順利達到工作位,同時也可為抗拉試驗時提供拉力,完成所需試驗。
      [0005]主軸整體分三部分A,B,C。A部分為主軸(14)的上端,連接有環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13),轉(zhuǎn)子外部是主軸環(huán)形電機定子(11),定子固定在主軸支撐架(8)上。整個主軸結(jié)構(gòu)由主軸支撐架(8)通過軸承支撐、定位于主軸座上(7)。通過主軸環(huán)形電機定子(11)與環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)的配合驅(qū)動主軸(14)繞著軸心做旋轉(zhuǎn)運動,在抗扭試驗中提供扭矩。
      [0006]B部分為主軸(14)中位,設(shè)計安裝有可升降壓力室(I)、環(huán)形電機(6)和可動螺母
      (10),可動螺母(10)與可升降壓力室上(I)均勻分布的三個齒條螺紋配合,當(dāng)壓力室環(huán)形電機(6)驅(qū)動可動螺母(10)正反轉(zhuǎn)動時,可升降壓力室(I)沿著軸心做上下運動,完成三軸試驗時壓力室(I)的提升與一鍵密封動作。同時主軸(14)上端設(shè)計安裝有液壓缸(15),液壓缸(15)位于可升降壓力室(I)的上端,兩者通過活塞(16)連接,在三軸或者抗壓試驗時由液壓缸(15)驅(qū)動活塞(16)提供軸壓。
      [0007]C部分位于主軸(14)的下端,主要設(shè)計安裝有三爪卡軸(4),三抓卡軸(4)與其上方的齒形驅(qū)動環(huán)(3)螺紋配合,齒形驅(qū)動環(huán)(3)由驅(qū)動電機(5)通過齒輪(2)帶動,當(dāng)驅(qū)動電機(5)轉(zhuǎn)動時三爪卡軸(4)可沿著軸孔做伸縮運動,在抗拉抗扭試驗中完成對巖樣上端的固定作用。
      [0008]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
      [0009]1、本發(fā)明全自動多功能三軸卡盤,集抗拉、抗壓、抗扭以及三軸試驗功能于一體的試驗裝置,高度整合了多種試驗功能,節(jié)省了各類儀器開發(fā)的成本。
      [0010]2、本發(fā)明全自動多功能三軸卡盤,整個三軸卡盤所有功能全自動控制,節(jié)省試驗所需時間,提尚試驗效率。
      [0011]3、本發(fā)明全自動多功能三軸卡盤,所有測量參數(shù)全自動收集,無需人為操作,降低了試驗誤差。
      [0012]4、本發(fā)明全自動多功能三軸卡盤,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小。
      【附圖說明】
      :
      [0013]圖1全自動多功能三軸卡盤三維視圖;
      [0014]圖2全自動多功能三軸卡盤剖視圖;
      [0015]圖3全自動多功能三軸卡盤主軸元件裝配視圖;
      [0016]圖4全自動多功能三軸卡盤主軸結(jié)構(gòu)視圖
      [0017]圖5全自動多功能三軸卡盤主軸結(jié)構(gòu)A部分視圖及爆炸圖;
      [0018]圖6全自動多功能三軸卡盤主軸結(jié)構(gòu)B部分視圖及爆炸圖;
      [0019]圖7全自動多功能三軸卡盤主軸結(jié)構(gòu)C部分視圖及爆炸圖;
      [0020]1-可升降壓力室;2-齒輪;3_齒形驅(qū)動環(huán)4-三爪卡軸;5_驅(qū)動電機;6_壓力室環(huán)形電機;7_主軸座;8_主軸支撐架;9_螺栓;10_可動螺母;11_主軸環(huán)形電機定子;12_環(huán)形電機轉(zhuǎn)子螺栓;13-環(huán)形電機轉(zhuǎn)子;14_主軸;15-液壓缸;16_活塞17-軸承
      【具體實施方式】
      :
      [0021]如圖1-7所示,本發(fā)明是一種全自動多功能三軸卡盤。一種全自動多功能三軸卡盤有如下幾個功能:1.可配合試驗機架底座完成三軸試驗2.可與試驗機底座配合完成抗拉、抗壓、抗扭試驗。操作如下:
      [0022]1.主軸座(7)上通過螺栓(9)固定住主軸支撐架(8)和主軸環(huán)形電機定子(11)作為整個三軸卡盤的固定部分。主軸(14)上端開有螺紋孔a,通過環(huán)形電機轉(zhuǎn)子螺栓(12)將環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)固定在主軸(14)上端,軸承(17)將整個主軸(14)通過環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)支撐起來。環(huán)形電機定子(11)驅(qū)動環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)帶動主軸(14)旋轉(zhuǎn),為抗扭試驗提供扭矩。
      [0023]2.液壓缸(15)安裝于主軸(14)的內(nèi)部,液壓缸(15)內(nèi)活塞(16)與可升降壓力室(I)相配合為三軸或抗壓試驗提供軸壓??缮祲毫κ?I)三根齒條分別插入主軸(14)中條形槽b中,三根齒條與可動螺母(10)形成螺紋配合,可動螺母(10)由壓力室環(huán)形電機
      (6)驅(qū)動,可升降壓力室(I)沿著主軸(14)中心軸上下運動,完成在三軸試驗時可升降壓力室⑴的密封功能。
      [0024]3.三爪卡軸(4)設(shè)計安裝于主軸(14)的軸孔d處,三爪卡軸(4)與齒形驅(qū)動環(huán)
      (3)螺紋配合,齒形驅(qū)動環(huán)(3)設(shè)計安裝于主軸(14)的環(huán)槽c處,齒形驅(qū)動環(huán)(3)上的環(huán)形齒與電機(5)上的齒輪(2)齒合,電機(5)正反運動時驅(qū)動齒形驅(qū)動環(huán)(3)正反運動,帶動三爪卡軸(4)沿著主軸(14)的軸孔d處伸縮,在做抗拉抗扭試驗時起到巖樣上端的固定作用。
      [0025]4.在完成以上第三點巖樣上端的固定工作后,通過主軸座的向上移動,為抗拉試驗提供拉力。
      【主權(quán)項】
      1.全自動多功能三軸卡盤,其特征在于由可升降壓力室(I)、齒輪(2)、齒形驅(qū)動環(huán)(3)、三爪卡軸(4)、驅(qū)動電機(5)、壓力室環(huán)形電機¢)、主軸座(7)、主軸支撐架(8)、螺栓(9)、可動螺母(10)、主軸環(huán)形電機定子(11)、環(huán)形電機動圈螺栓(12)、環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)、主軸(14)、液壓缸(15)、活塞(16)、軸承(17)組成。所述全自動多功能卡盤通過驅(qū)動件:驅(qū)動電機(5)、壓力室環(huán)形電機¢)、主軸環(huán)形電機定子(11)、環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)、液壓缸(15)的驅(qū)動下,由執(zhí)行件:可升降壓力室(I)、三爪卡軸(4)、活塞(16)執(zhí)行動作,在巖石力學(xué)實驗中增加儀器的功能,配合儀器整體結(jié)構(gòu)能完成抗拉、抗扭、抗壓以及三軸試驗。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動多功能三軸卡盤,其特征在于:所述主軸(14)整體成階梯狀,中心軸線位置有兩個直徑不等的內(nèi)孔,上內(nèi)孔用于安裝液壓缸(15),下內(nèi)孔用于安裝可升降壓力室(I)。所述主軸(14)上端設(shè)計有可以用于固定環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)的4個螺栓孔(a),主軸中位設(shè)計有可供可升降壓力室(I)上齒條定位的3個齒槽(b),和可以定位壓力室環(huán)形電機¢)、可動螺母(10)的上軸肩。所述主軸(14)下端設(shè)計有可供安裝齒形驅(qū)動環(huán)(3)的環(huán)形齒槽(c)和安裝定位三爪卡軸(4)所需的卡軸槽(d)。底部軸肩用于安裝四個驅(qū)動電機(5)。所述主軸(14)整體功能用于安裝整個多功能三軸卡盤上的驅(qū)動件與執(zhí)行件,作為各個部件的相互配合載體,完成抗拉、抗扭、抗壓以及三軸試驗功能。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動多功能三軸卡盤,其特征在于所述環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)由環(huán)形電機轉(zhuǎn)子螺栓(12)固定于主軸(14)上方的4個螺栓孔(a)并架于軸承(17)上,同時套于主軸環(huán)形電機定子(11)內(nèi)部。所述軸承(17)設(shè)計安裝于主軸支撐架⑶上,用于支撐整個主軸(14)。所述主軸環(huán)形電機定子(11)套于主軸支撐架(8)上,并通過12個螺栓(9)固定于主軸座(7)與主軸支撐架(8)上。所述主軸支撐架(8)上均勻開有12個螺栓孔,通過螺栓(9)固定在主軸座(7)上。所述主軸(14)在由主軸支撐架(8)支撐的條件下,通過主軸環(huán)形電機定子(11)、環(huán)形電機轉(zhuǎn)子(13)組合驅(qū)動,為抗扭試驗提供扭矩。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述液壓缸(15)設(shè)計安裝于主軸(14)上內(nèi)孔,所述液壓缸(15)內(nèi)安裝有活塞(16),所述活塞(16)從可升降壓力室(I)上端伸入,與可升降壓力室(I)形成一個整體,所述可升降壓力室(I)的三個齒條分別設(shè)計安裝于主軸(14)中位上的三個齒槽(b),可升降壓力室(I)的齒條與可動螺母(10)螺紋配合,所述可動螺母(10)安裝于壓力室環(huán)形電機(6)上方并由壓力室環(huán)形電機(6)驅(qū)動,所述壓力室環(huán)形電機(6)設(shè)計安裝于主軸(14)中部軸肩處。所述可升降壓力室(I)在壓力室環(huán)形電機¢)的驅(qū)動下沿著主軸(14)的軸線上下移動,在三軸試驗時完成壓力室密封的作用,同時由液壓缸(15)驅(qū)動活塞(16)直接作用到巖樣上為三軸或抗壓試驗提供軸向壓力。
      5.根據(jù)權(quán)利要求2所述三爪卡軸(4)設(shè)計安裝于主軸(14)底部的三個卡軸槽(d)上,并與環(huán)形齒槽(c)上的齒形驅(qū)動環(huán)(3)齒合,所述齒形驅(qū)動環(huán)(3)安裝在主軸(14)的環(huán)形齒槽(c)上,并且與驅(qū)動電機(5)上的齒輪(2)齒臺。所述齒輪(2)固定于驅(qū)動電機(5)的轉(zhuǎn)軸上,所述驅(qū)動電機(5)固定在主軸(14)底部軸肩。所述三爪卡軸(4)通過驅(qū)動電機(5)的間接驅(qū)動,抓穩(wěn)并固定巖樣上端,在抗拉、抗扭試驗中起到巖樣的固定作用。
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多功能三軸卡盤試驗裝置,屬于巖石力學(xué)試驗儀器開發(fā)領(lǐng)域。其特征在于由主軸、環(huán)形驅(qū)動電機、三爪卡軸、液壓缸、可升降壓力室等主要部件組成,整合了三軸試驗、抗拉、抗扭以及抗壓試驗多種功能于一體。試驗過程全自動化。試驗裝置適用于巖土力學(xué)試驗儀的功能整合與擴展,可降低儀器的成本,可提高儀器的自動化程度與精度。
      【IPC分類】G01N3-04, G01N3-26, G01N3-10
      【公開號】CN104880371
      【申請?zhí)枴緾N201510224678
      【發(fā)明人】周翠英, 莫有堂, 劉鎮(zhèn)
      【申請人】中山大學(xué)
      【公開日】2015年9月2日
      【申請日】2015年4月28日
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