一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机

技术领域

本发明属于橡胶材料疲劳性能检测技术领域，具体是指一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机。

背景技术

橡胶疲劳试验机是用来对橡胶材料进行拉伸、压缩和扭转等力学性能试验用的装置，传统的橡胶疲劳试验机只能对橡胶的单一力学性能进行测试，不具备对橡胶力学性能进行综合测试的功能，而实际应用中橡胶的受力情况和工作环境较为复杂，尤其是在低温和高温条件下，橡胶依然要具有良好的物理力学属性，但是目前的橡胶疲劳试验机仅能测试实验室状态下的橡胶疲劳强度，无法测得低温和高温工作状态下的橡胶疲劳强度，所以急需要一种橡胶疲劳试验机来解决上述问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机，解决了橡胶疲劳测试过程中的各种问题。

本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机，包括双端可控式扭转疲劳测试组件，双端可控式扭转疲劳测试组件包括支撑装置和双端扭转疲劳测试装置，双端扭转疲劳测试装置设于支撑装置的上下两端；双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件，双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件设于双端扭转疲劳测试装置上，双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件包括双向对中式端部固定夹持装置和往复循环式拉伸疲劳测试装置，往复循环式拉伸疲劳测试装置设于双向对中式端部固定夹持装置的两侧；以及，热电激励式对中横移型制冷制热组件，热电激励式对中横移型制冷制热组件设于双向对中式端部固定夹持装置的两侧，热电激励式对中横移型制冷制热组件包括对中横移装置和热电激励式制冷制热装置，热电激励式制冷制热装置设于对中横移装置上。

作为本发明的一种优选方案，其中：支撑装置包括支撑立柱、防护顶板、顶部安装板、底部安装板和测试台，支撑立柱设于测试台上，防护顶板设于支撑立柱的顶端，顶部安装板设于防护顶板的下方，底部安装板设于顶部安装板的下方，顶部安装板和底部安装板与支撑立柱之间保持固定连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：双端扭转疲劳测试装置包括扭转驱动电机、扭转驱动齿轮和扭转从动齿轮，扭转驱动电机设于顶部安装板和底部安装板上，扭转驱动齿轮与扭转驱动电机之间保持转动连接，扭转从动齿轮与扭转驱动齿轮之间保持啮合连接，扭转从动齿轮转动连接设于顶部安装板的底壁上和底部安装板的顶壁上。

作为本发明的一种优选方案，其中：双向对中式端部固定夹持装置包括支撑底板、F型侧板、导向柱、对中横移板、降阻套筒、力传感器、扭矩传感器、加固螺母、传动销一、驱动板、滑槽、连接块和夹持驱动气缸，F型侧板设于支撑底板的两侧，导向柱的两端与F型侧板保持固定连接，降阻套筒设于对中横移板上，导向柱穿过降阻套筒，降阻套筒与导向柱之间保持滑动连接，力传感器和扭矩传感器设于对中横移板上，加固螺母设于一侧的对中横移板上，加固螺母与对中横移板之间保持螺纹连接，夹持驱动气缸设于支撑底板上，连接块设于驱动板上，夹持驱动气缸的一端与连接块保持固定连接，滑槽对称布置设于驱动板上，传动销一转动连接设于对中横移板上，传动销一穿过滑槽。

作为本发明的一种优选方案，其中：往复循环式拉伸疲劳测试装置包括拉伸驱动电机、电机安装架、驱动圆盘、传动销二、滑道、侧边滑块和竖向滑轨，竖向滑轨固定连接设于扭转从动齿轮上，侧边滑块的一端与F型侧板的侧壁保持固定连接，侧边滑块的另一端滑动连接设于竖向滑轨内，滑道设于支撑底板上，电机安装架设于扭转从动齿轮上，拉伸驱动电机设于电机安装架上，驱动圆盘与拉伸驱动电机之间保持转动连接，传动销二转动连接设于驱动圆盘上，传动销二穿过滑道。

作为本发明的一种优选方案，其中：对中横移装置包括顶撑立板、对中驱动气缸、中间连接板、梯形板、顶部连接板、底部滑块、横向滑轨、传动齿条板和传动齿轮，顶撑立板设于测试台上，对中驱动气缸的一端与顶撑立板连接，对中驱动气缸的另一端与中间连接板连接，中间连接板和顶部连接板的两端与梯形板连接，顶部连接板位于中间连接板的上方，梯形板设于底部滑块上，底部滑块滑动连接设于横向滑轨上，传动齿条板设于底部滑块的侧壁上，传动齿轮转动连接设于测试台上，传动齿条板与传动齿轮之间保持啮合连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：热电激励式制冷制热装置包括吊挂安装板、调向驱动电机、调向驱动齿轮、中间齿轮、调向齿轮、顶部绝缘板、底部绝缘板、金属导流板、N型半导体、P型半导体、绝缘防护板、绝缘隔断板、负极导流板、正极导流板、负极连接导线、正极连接导线和供电电源，吊挂安装板设于顶部连接板上，调向驱动电机设于吊挂安装板的底壁上，调向驱动齿轮转动连接设于吊挂安装板上，调向驱动齿轮与调向驱动电机之间保持转动连接，中间齿轮设有两组，中间齿轮与调向驱动齿轮和调向齿轮之间保持啮合连接，顶部绝缘板转动连接设于吊挂安装板的底壁上，顶部绝缘板与调向齿轮的轴部保持固定连接，金属导流板的顶端与顶部绝缘板连接，金属导流板的底端与底部绝缘板连接，P型半导体设于金属导流板的顶部侧壁上，N型半导体设于金属导流板的底部侧壁上，绝缘防护板的两端分别与P型半导体和N型半导体连接，负极导流板设于P型半导体上，正极导流板设于N型半导体上，绝缘隔断板设于负极导流板和正极导流板的中间，供电电源设于底部绝缘板的底壁上，正极连接导线的一端与供电电源的正极连接，正极连接导线的另一端与正极导流板连接，负极连接导线的一端与供电电源的负极连接，负极连接导线的另一端与负极导流板连接。

作为本发明的一种优选方案，其中：双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件设有两组。

作为本发明的一种优选方案，其中：热电激励式制冷制热装置设有两组。

作为本发明的一种优选方案，其中：驱动板与对中横移板之间留有间隙。

优选地，测试台上设有中央控制器，辅助实现橡胶拉扭疲劳试验等功能，中央控制器型号为STC12C6082。

本发明提出的一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机的有益效果如下：

(1)根据珀耳帖效应，N型半导体和P型半导体的接头处，随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热的现象，利用这一现象可以使正极导流板和负极导流板的温度降低，而对应的金属导流板上的温度升高，从而对橡胶进行降温或加热。

(2)拉伸驱动电机带动驱动圆盘转动时，传动销二的高度会周期性地发生变化，传动销二在滑道内往复滑动的同时，会带动支撑底板上下往复运动，从而对橡胶的端部进行拉伸，以此来对橡胶的拉伸强度进行测试，而且可以对橡胶的两端进行不同程度的拉伸，试验过程可以反映出不同拉伸状态下的橡胶拉伸疲劳强度。

(3)扭转驱动电机带动扭转驱动齿轮转动时，扭转驱动齿轮可以带动扭转从动齿轮转动，从而使橡胶的上下两端发生不同程度的扭转变形，而且橡胶的扭转测试和拉伸测试相互独立，可以同时进行也可以分步进行，从而对拉伸和扭转耦合状态下的橡胶疲劳强度进行测试。

(4)底部滑块沿着横向滑轨滑动时，传动齿条板和传动齿轮之间的啮合状态，可以使两侧的底部滑块实现同步运动，防止一侧的底部滑块移动的距离过大或过小，造成橡胶距离两侧的金属导流板或正极导流板的距离不一致，造成橡胶两侧受冷或受热不均匀。

(5)调向驱动电机带动调向驱动齿轮转动时，调向驱动齿轮通过中间齿轮带动中间齿轮转动，中间齿轮带动下方的顶部绝缘板发生转动，以此来改变金属导流板、正极导流板和负极导流板的位置，方便控制对橡胶进行加热或降温。

(6)夹持驱动气缸收缩时，会带动驱动板向着靠近夹持驱动气缸的方向移动，在滑槽跟随驱动板一同移动时，传动销一会沿着滑槽滑动，从而缩小两侧的对中横移板之间的距离，对中横移板之间的橡胶端部会受到两侧的对中横移板的夹持作用，从而完成对橡胶端部的固定，而且还可以通过拧紧加固螺母来提高橡胶端部的固定强度。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机的正视图；

图3为本发明提出的双端可控式扭转疲劳测试组件和双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件的整体结构示意图；

图4为本发明提出的双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件的整体结构示意图；

图5为本发明提出的双向对中式端部固定夹持装置的整体结构示意图；

图6为本发明提出的驱动板的整体结构示意图；

图7为本发明提出的热电激励式对中横移型制冷制热组件的整体结构示意图；

图8为本发明提出的传动齿条板的整体结构示意图；

图9为本发明提出的热电激励式制冷制热装置的整体结构示意图；

图10为本发明提出的一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机的原理框图；

图11为本发明提出的一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机的模块电路图；

图12为本发明提出的一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机的电机驱动电路图；

图13为本发明提出的力传感器的电路图。

其中，1、双端可控式扭转疲劳测试组件，11、支撑装置，110、支撑立柱，111、防护顶板，112、顶部安装板，113、底部安装板，114、测试台，12、双端扭转疲劳测试装置，120、扭转驱动电机，121、扭转驱动齿轮，122、扭转从动齿轮，2、双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件，21、双向对中式端部固定夹持装置，210、支撑底板，211、F型侧板，212、导向柱，213、对中横移板，214、降阻套筒，215、力传感器，216、扭矩传感器，217、加固螺母，218、传动销一，219、驱动板，2110、滑槽，2111、连接块，2112、夹持驱动气缸，22、往复循环式拉伸疲劳测试装置，220、拉伸驱动电机，221、电机安装架，222、驱动圆盘，223、传动销二，224、滑道，225、侧边滑块，226、竖向滑轨，3、热电激励式对中横移型制冷制热组件，31、对中横移装置，310、顶撑立板，311、对中驱动气缸，312、中间连接板，313、梯形板，314、顶部连接板，315、底部滑块，316、横向滑轨，317、传动齿条板，318、传动齿轮，32、热电激励式制冷制热装置，320、吊挂安装板，321、调向驱动电机，322、调向驱动齿轮，323、中间齿轮，324、调向齿轮，325、顶部绝缘板，326、底部绝缘板，327、金属导流板，328、N型半导体，329、P型半导体，3210、绝缘防护板，3211、绝缘隔断板，3212、负极导流板，3213、正极导流板，3214、负极连接导线，3215、正极连接导线，3216、供电电源。

在图11的中央控制器的电路图中，+5V为电路的供电电源，GND为接地端，XTAL1为晶振，C1和C2为晶振的起振电容，P1为扭转驱动电机与中央控制器的连接口，P2为拉伸驱动电机与中央控制器的连接口，P3为调向驱动电机与中央控制器的连接口；在图12的电机驱动电路图中，BTS7970B为直流电机驱动芯片，R1-R10为电阻，C3和C4为滤波电容，D1和D2为二极管，motor为电机；在图13的力传感器电路图中，S1-S5为开关，C5-C10为电容。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的一个新的实施例，如图1和图2所示，本发明提出了一种基于珀尔帖效应的橡胶拉扭疲劳综合试验机，包括双端可控式扭转疲劳测试组件1，双端可控式扭转疲劳测试组件1包括支撑装置11和双端扭转疲劳测试装置12，双端扭转疲劳测试装置12设于支撑装置11的上下两端；双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件2，双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件2设于双端扭转疲劳测试装置12上，双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件2包括双向对中式端部固定夹持装置21和往复循环式拉伸疲劳测试装置22，往复循环式拉伸疲劳测试装置22设于双向对中式端部固定夹持装置21的两侧；以及，热电激励式对中横移型制冷制热组件3，热电激励式对中横移型制冷制热组件3设于双向对中式端部固定夹持装置21的两侧，热电激励式对中横移型制冷制热组件3包括对中横移装置31和热电激励式制冷制热装置32，热电激励式制冷制热装置32设于对中横移装置31上。

如图1-图3所示，支撑装置11包括支撑立柱110、防护顶板111、顶部安装板112、底部安装板113和测试台114，支撑立柱110设于测试台114上，防护顶板111设于支撑立柱110的顶端，顶部安装板112设于防护顶板111的下方，底部安装板113设于顶部安装板112的下方，顶部安装板112和底部安装板113与支撑立柱110之间保持固定连接。

如图3所示，双端扭转疲劳测试装置12包括扭转驱动电机120、扭转驱动齿轮121和扭转从动齿轮122，扭转驱动电机120设于顶部安装板112和底部安装板113上，扭转驱动齿轮121与扭转驱动电机120之间保持转动连接，扭转从动齿轮122与扭转驱动齿轮121之间保持啮合连接，扭转从动齿轮122转动连接设于顶部安装板112的底壁上和底部安装板113的顶壁上。

如图4-图6所示，双向对中式端部固定夹持装置21包括支撑底板210、F型侧板211、导向柱212、对中横移板213、降阻套筒214、力传感器215、扭矩传感器216、加固螺母217、传动销一218、驱动板219、滑槽2110、连接块2111和夹持驱动气缸2112，F型侧板211设于支撑底板210的两侧，导向柱212的两端与F型侧板211保持固定连接，降阻套筒214设于对中横移板213上，导向柱212穿过降阻套筒214，降阻套筒214与导向柱212之间保持滑动连接，力传感器215和扭矩传感器216设于对中横移板213上，加固螺母217设于一侧的对中横移板213上，加固螺母217与对中横移板213之间保持螺纹连接，夹持驱动气缸2112设于支撑底板210上，连接块2111设于驱动板219上，夹持驱动气缸2112的一端与连接块2111保持固定连接，滑槽2110对称布置设于驱动板219上，传动销一218转动连接设于对中横移板213上，传动销一218穿过滑槽2110。

如图4所示，往复循环式拉伸疲劳测试装置22包括拉伸驱动电机220、电机安装架221、驱动圆盘222、传动销二223、滑道224、侧边滑块225和竖向滑轨226，竖向滑轨226固定连接设于扭转从动齿轮122上，侧边滑块225的一端与F型侧板211的侧壁保持固定连接，侧边滑块225的另一端滑动连接设于竖向滑轨226内，滑道224设于支撑底板210上，电机安装架221设于扭转从动齿轮122上，拉伸驱动电机220设于电机安装架221上，驱动圆盘222与拉伸驱动电机220之间保持转动连接，传动销二223转动连接设于驱动圆盘222上，传动销二223穿过滑道224。

如图7和图8所示，对中横移装置31包括顶撑立板310、对中驱动气缸311、中间连接板312、梯形板313、顶部连接板314、底部滑块315、横向滑轨316、传动齿条板317和传动齿轮318，顶撑立板310设于测试台114上，对中驱动气缸311的一端与顶撑立板310连接，对中驱动气缸311的另一端与中间连接板312连接，中间连接板312和顶部连接板314的两端与梯形板313连接，顶部连接板314位于中间连接板312的上方，梯形板313设于底部滑块315上，底部滑块315滑动连接设于横向滑轨316上，传动齿条板317设于底部滑块315的侧壁上，传动齿轮318转动连接设于测试台114上，传动齿条板317与传动齿轮318之间保持啮合连接。

如图9所示，热电激励式制冷制热装置32包括吊挂安装板320、调向驱动电机321、调向驱动齿轮322、中间齿轮323、调向齿轮324、顶部绝缘板325、底部绝缘板326、金属导流板327、N型半导体328、P型半导体329、绝缘防护板3210、绝缘隔断板3211、负极导流板3212、正极导流板3213、负极连接导线3214、正极连接导线3215和供电电源3216，吊挂安装板320设于顶部连接板314上，调向驱动电机321设于吊挂安装板320的底壁上，调向驱动齿轮322转动连接设于吊挂安装板320上，调向驱动齿轮322与调向驱动电机321之间保持转动连接，中间齿轮323设有两组，中间齿轮323与调向驱动齿轮322和调向齿轮324之间保持啮合连接，顶部绝缘板325转动连接设于吊挂安装板320的底壁上，顶部绝缘板325与调向齿轮324的轴部保持固定连接，金属导流板327的顶端与顶部绝缘板325连接，金属导流板327的底端与底部绝缘板326连接，P型半导体329设于金属导流板327的顶部侧壁上，N型半导体328设于金属导流板327的底部侧壁上，绝缘防护板3210的两端分别与P型半导体329和N型半导体328连接，负极导流板3212设于P型半导体329上，正极导流板3213设于N型半导体328上，绝缘隔断板3211设于负极导流板3212和正极导流板3213的中间，供电电源3216设于底部绝缘板326的底壁上，正极连接导线3215的一端与供电电源3216的正极连接，正极连接导线3215的另一端与正极导流板3213连接，负极连接导线3214的一端与供电电源3216的负极连接，负极连接导线3214的另一端与负极导流板3212连接。

优选地，双端可控式拉伸疲劳测试夹持组件2设有两组。

优选地，热电激励式制冷制热装置32设有两组。

优选地，驱动板219与对中横移板213之间留有间隙。

优选地，测试台114上设有中央控制器，辅助实现橡胶拉扭疲劳试验等功能，中央控制器型号为STC12C6082。

具体使用时，用户首先将橡胶试样的顶端移动至顶部两侧的对中横移板213的之间，夹持驱动气缸2112收缩，带动驱动板219向着靠近夹持驱动气缸2112的方向移动，在滑槽2110跟随驱动板219一同移动时，传动销一218会沿着滑槽2110滑动，此时两侧的对中横移板213沿着导向柱212滑动，并且两侧的对中横移板213之间的距离不断减小，当对中横移板213接触到橡胶试样后，橡胶试样的端部会受到两侧的对中横移板213的夹持作用，从而完成对橡胶试样端部的固定，随后拧紧加固螺母217，提高橡胶试样端部的夹持力，橡胶试样的顶部固定好后，再重复上述步骤对橡胶试样的底部进行固定即可；橡胶试样固定好后，如果需要进行拉伸疲劳强度试验，启动拉伸驱动电机220，拉伸驱动电机220带动驱动圆盘222转动，此时传动销二223的高度会周期性地发生变化，而且传动销二223还会在滑道224内往复滑动，从而带动支撑底板210上下往复运动，以此对橡胶试样的端部进行反复拉伸，从而来对橡胶的拉伸疲劳强度进行测试，试验过程上下两端的拉伸驱动电机220相互独立，因此可以独立控制橡胶试样两端的拉伸程度，试验过程可以反映出不同拉伸状态下的橡胶试样的拉伸疲劳强度；当需要进行扭转疲劳强度试验时，启动扭转驱动电机120，扭转驱动电机120带动扭转驱动齿轮121转动，扭转驱动齿轮121可以带动扭转从动齿轮122转动，从而使橡胶的上下两端发生不同程度的扭转变形，而且橡胶的扭转测试和拉伸测试相互独立，可以同时进行也可以分步进行，从而对拉伸和扭转耦合状态下的橡胶疲劳强度进行测试，测试期间对中横移板213上的力传感器215和扭矩传感器216，可以精确测得橡胶试样的应力和扭矩；当需要对橡胶试样进行降温或者加热时，两侧的对中驱动气缸311伸长，对中驱动气缸311带动两侧的底部滑块315相互靠近，底部滑块315沿着横向滑轨316滑动时，传动齿条板317和传动齿轮318之间的啮合状态，可以使两侧的底部滑块315实现同步运动，防止一侧的底部滑块315移动的距离过大或过小，底部滑块315相互靠近时，两侧的吊挂安装板320下方的金属导流板327也相互靠近，当金属导流板327接近橡胶试样时，供电电源3216向正极导流板3213内通入电流，此时根据珀耳帖效应，N型半导体328和P型半导体329的接头处，随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热的现象，利用这一现象可以使正极导流板3213和负极导流板3212的温度降低，而对应的金属导流板327上的温度升高，从而对橡胶进行加热或降温；调向驱动电机321带动调向驱动齿轮322转动时，调向驱动齿轮322通过中间齿轮323带动中间齿轮323转动，中间齿轮323带动下方的顶部绝缘板325发生转动，以此来改变金属导流板327、正极导流板3213和负极导流板3212的位置，方便控制对橡胶进行加热或降温，以上便是本发明整体的工作流程，下次使用时重复此步骤即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。