全自動多功能三軸卡盤的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于巖石力學試驗儀器開發領域，特別涉及一種全自動多功能三軸卡盤試驗裝置，適用于巖土力學性能試驗儀的功能擴展。
【背景技術】
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[0002]重大儀器設備的研制是巖石力學領域中特別值得關注的前沿課題。目前室內巖石力學性能測試中抗壓、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，如何在同一臺力學實驗機上實現抗壓、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，本發明設計了一個集抗壓、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試驗儀器的功能擴展。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的是設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、抗扭等巖石力學性能測試儀。設計方案如下:通過設計T型主軸、主軸驅動電機，并由驅動電機帶動主軸旋轉，提供抗扭試驗驅動力；通過設計可升降壓力室、液壓缸以及環形電機，由液壓缸提供軸向壓力及環形電機驅動壓力室升降，實現巖石三軸力學試驗中圍壓溶液自動密封與軸壓的自動加載；通過設計三爪卡軸、齒形環與T型主軸的巧妙配合，由電機驅動齒形環，齒形環帶動卡軸，在抗拉抗扭試驗中實現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，實現了在同一結構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計包括驅動件，執行件兩個部分，驅動件包括液壓缸
(15)，驅動電機(5)，壓力室環形電機(6)，主軸環形電機定子(11)。執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構完成設計所需的各種功能。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，連接有環形電機轉子(13)，轉子外部是主軸環形電機定子(11)，定子固定在主軸支撐架(8)上。整個主軸結構由主軸支撐架(8)通過軸承支撐、定位于主軸座上(7)。通過主軸環形電機定子(11)與環形電機轉子(13)的配合驅動主軸(14)繞著軸心做旋轉運動，在抗扭試驗中提供扭矩。
[0006]B部分為主軸(14)中位，設計安裝有可升降壓力室(I)、環形電機(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，當壓力室環形電機(6)驅動可動螺母(10)正反轉動時，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)驅動活塞(16)提供軸壓。
[0007]C部分位于主軸(14)的下端，主要設計安裝有三爪卡軸(4)，三抓卡軸(4)與其上方的齒形驅動環(3)螺紋配合，齒形驅動環(3)由驅動電機(5)通過齒輪(2)帶動，當驅動電機(5)轉動時三爪卡軸(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]本發明具有以下優點:
[0009]1、本發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，節省了各類儀器開發的成本。
[0010]2、本發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，節省試驗所需時間，提尚試驗效率。
[0011]3、本發明全自動多功能三軸卡盤，所有測量參數全自動收集，無需人為操作，降低了試驗誤差。
[0012]4、本發明全自動多功能三軸卡盤，結構緊湊，體積小。
【附圖說明】
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[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構視圖
[0017]圖5全自動多功能三軸卡盤主軸結構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構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構C部分視圖及爆炸圖；
[0020]1-可升降壓力室；2-齒輪；3_齒形驅動環4-三爪卡軸；5_驅動電機；6_壓力室環形電機；7_主軸座；8_主軸支撐架；9_螺栓；10_可動螺母；11_主軸環形電機定子；12_環形電機轉子螺栓；13-環形電機轉子；14_主軸；15-液壓缸；16_活塞17-軸承
【具體實施方式】
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[0021]如圖1-7所示，本發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，通過環形電機轉子螺栓(12)將環形電機轉子(13)固定在主軸(14)上端，軸承(17)將整個主軸(14)通過環形電機轉子(13)支撐起來。環形電機定子(11)驅動環形電機轉子(13)帶動主軸(14)旋轉，為抗扭試驗提供扭矩。
[0023]2.液壓缸(15)安裝于主軸(14)的內部，液壓缸(15)內活塞(16)與可升降壓力室(I)相配合為三軸或抗壓試驗提供軸壓。可升降壓力室(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)由壓力室環形電機
(6)驅動，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)設計安裝于主軸(14)的軸孔d處，三爪卡軸(4)與齒形驅動環
(3)螺紋配合，齒形驅動環(3)設計安裝于主軸(14)的環槽c處，齒形驅動環(3)上的環形齒與電機(5)上的齒輪(2)齒合，電機(5)正反運動時驅動齒形驅動環(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)、齒形驅動環(3)、三爪卡軸(4)、驅動電機(5)、壓力室環形電機￠)、主軸座(7)、主軸支撐架(8)、螺栓(9)、可動螺母(10)、主軸環形電機定子(11)、環形電機動圈螺栓(12)、環形電機轉子(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動件:驅動電機(5)、壓力室環形電機￠)、主軸環形電機定子(11)、環形電機轉子(13)、液壓缸(15)的驅動下，由執行件:可升降壓力室(I)、三爪卡軸(4)、活塞(16)執行動作，在巖石力學實驗中增加儀器的功能，配合儀器整體結構能完成抗拉、抗扭、抗壓以及三軸試驗。
2.根據權利要求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孔，上內孔用于安裝液壓缸(15)，下內孔用于安裝可升降壓力室(I)。所述主軸(14)上端設計有可以用于固定環形電機轉子(13)的4個螺栓孔(a)，主軸中位設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形電機￠)、可動螺母(10)的上軸肩。所述主軸(14)下端設計有可供安裝齒形驅動環(3)的環形齒槽(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動件與執行件，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.根據權利要求1所述的全自動多功能三軸卡盤，其特征在于所述環形電機轉子(13)由環形電機轉子螺栓(12)固定于主軸(14)上方的4個螺栓孔(a)并架于軸承(17)上，同時套于主軸環形電機定子(11)內部。所述軸承(17)設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，通過主軸環形電機定子(11)、環形電機轉子(13)組合驅動，為抗扭試驗提供扭矩。
4.根據權利要求2所述液壓缸(15)設計安裝于主軸(14)上內孔，所述液壓缸(15)內安裝有活塞(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)安裝于壓力室環形電機(6)上方并由壓力室環形電機(6)驅動，所述壓力室環形電機(6)設計安裝于主軸(14)中部軸肩處。所述可升降壓力室(I)在壓力室環形電機￠)的驅動下沿著主軸(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.根據權利要求2所述三爪卡軸(4)設計安裝于主軸(14)底部的三個卡軸槽(d)上，并與環形齒槽(c)上的齒形驅動環(3)齒合，所述齒形驅動環(3)安裝在主軸(14)的環形齒槽(c)上，并且與驅動電機(5)上的齒輪(2)齒臺。所述齒輪(2)固定于驅動電機(5)的轉軸上，所述驅動電機(5)固定在主軸(14)底部軸肩。所述三爪卡軸(4)通過驅動電機(5)的間接驅動，抓穩并固定巖樣上端，在抗拉、抗扭試驗中起到巖樣的固定作用。
【專利摘要】本發明涉及一種多功能三軸卡盤試驗裝置，屬于巖石力學試驗儀器開發領域。其特征在于由主軸、環形驅動電機、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
【申請號】CN201510224678
【發明人】周翠英, 莫有堂, 劉鎮
【申請人】中山大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月28日