技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种可变拉伸比例的十字拉伸装置，更具体的说，尤其涉及一种适用于对
各向异性板料进行拉伸试验和研究的可变拉伸比例的十字拉伸装置。
背景技术
[0002] 板料成形作为最常用的金属塑性加工技术之一，在
汽车、航空航天、家电等领域占有重要的地位。汽车
覆盖件要通过落料、拉伸、切边、翻边等多道工序才能完成零件的加工，在这个过程中，板料的
变形行为会对零件的尺寸和
精度产生很大的影响。同样，在飞机蒙皮的成形过程中，板料应
力应变状态对蒙皮零件的回弹大小也有重要影响。因此，如何准确预测板料成形过程中的
应力应变分布以及诸如破裂、回弹等成形
缺陷的产生，以便更好的优化模具和工艺，已经成为各国学者研究的热点；此外，随着新材质板料、新型零件结构、新工艺技术的不断出现，有许多新的现象和规律有待探索和研究，以便为成形
质量控制提供理论依据。板料成形过程的研究有其特殊性，由于板料在生产时经过多次
热处理，一般都具有一定的变形取向而呈现出明显的各向异性，它对板料的塑性变形行为有着显著地影响。
[0003] 由于板料成形主要在面内双向应力状态下沿不同的路径加载而成形，传统的一些试验研究方法由于其本身的局限性，并不适合于研究各向异性板料。薄壁管拉伸-内胀或者拉伸-扭转试验虽然可以实现不同的加载路径，但由于薄壁管试件本身的局限性，其形状和性能与实际生产中的板料有一定的差距，只适用于各向同性材料的研究；而单向拉伸试验、圆板胀形、板厚方向压缩试验等基本试验及其组合，虽然可以研究各向异性板料，但它们只能反映单拉点、等双拉点、平面应变等特征点的变形情况。
[0004] 采用十字形试件进行双向拉伸试验是近几年发展起来的研究各向异性板料变形行为的实验方法，该方法通过控制两轴的
载荷或位移大小，使中心区处于不同的应力、应变状态，从而得到不同加载路径下双拉区的任意屈服点。然而，商用的十字形拉伸装置非常昂贵、复杂，对研究经费有限的科研单位来说并不适合研究使用，另外一种是固定安装在万能试验机或压力试验机上，由万能试验机或压力试验机提供拉力，实现对试件的双向拉伸，但这种拉伸试验装置只能实现双向等拉或者双向定比例拉伸，不能描述从单向拉伸到双向等拉整个范围变形情况，这都阻碍了相关研究工作。
发明内容
[0005] 本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可变拉伸比例的十字拉伸装置。
[0006] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，包括
底板、
主轴、油缸和4个拉伸夹具，主轴和4个拉伸夹具设置于底板的同一侧，定义主轴的长度方向为Y轴、与主轴垂直的方向为X轴，油缸的输出端与主轴的下端相连接，以驱使
转轴进行移动；4个拉伸夹具对待测试的试件进行夹持固定；其特征在于：所述4个拉伸夹具分别为上拉伸夹具、下拉伸夹具、左拉伸夹具和右拉伸夹具，上拉伸夹具固定于主轴上，下拉伸夹具位于上拉伸夹具的下方，左拉伸夹具和右拉伸夹具分别位于主轴的左右两侧；主轴经第一X轴驱动机构驱使左拉伸夹具运动，经第二X轴驱动机构驱使右拉伸夹具运动，经Y轴驱动机构驱使下拉伸夹具运动，以使4个拉伸夹具同时向外运动来实现对待测试的试件拉伸试验；第一X轴驱动机构和第二X轴驱动机构的
传动比均可调节，以实现对待测试的试件竖向和横向拉伸比例的调节。
[0007] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述第一X轴驱动机构由第一X轴滑轨、第一X轴滑
块、第一小
齿轮、第三
小齿轮、第一大齿轮和第三大齿轮组成，第一X轴滑轨沿X轴方向固定于底板上，第一X轴滑块设置于第一X轴滑轨上，左拉伸夹具固定于第一X轴滑块上；第一小齿轮转动固定于底板上，第一X轴滑块的侧面上固定有与第一小齿轮
啮合的
齿条；主轴上固定有
齿面均朝向左拉伸夹具的第一齿条，第三小齿轮与第一齿条相啮合，第一大齿轮与第三小齿轮固定于同一转轴上，第三大齿轮与第一小齿轮固定于同一转轴上，所述第一大齿轮与第三大齿轮相啮合；
[0008] 所述第二X轴驱动机构由第二X轴滑轨、第二X轴滑块、第二小齿轮、第四小齿轮、第二大齿轮和第四大齿轮组成，第二X轴滑轨沿X轴方向固定于底板上，第二X轴滑块设置于第二X轴滑轨上，右拉伸夹具固定于第二X轴滑块上；第二小齿轮转动固定于底板上，第二X轴滑块的侧面上固定有与第二小齿轮啮合的齿条；主轴上固定有齿面均朝向右拉伸夹具的第二齿条，第二小齿轮与第二齿条相啮合，第二大齿轮与第四小齿轮固定于同一转轴上，第四大齿轮与第二小齿轮固定于同一转轴上，所述第二大齿轮与第四大齿轮相啮合；第一大齿轮、第二大齿轮、第三大齿轮和第四大齿轮位于底板的另一侧。
[0009] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述Y轴驱动机构由第一Y轴滑轨、第一Y轴滑块、第二Y轴滑轨、第二Y轴滑块、第五小齿轮和第六小齿轮组成，第一Y轴滑轨和第二Y轴滑轨沿Y轴方向分别固定于主轴两侧的底板上，第一Y轴滑块、第二Y轴滑块分别设置于第一Y轴滑轨、第二Y轴滑轨上，下拉伸夹具经
连杆固定于第一Y轴滑块和第二Y轴滑块上；主轴上固定有齿面分别朝向第一Y轴滑轨、第二Y轴滑轨的第三齿条和第四齿条，第一Y轴滑块和第二Y轴滑块上均固定有齿面朝向主轴的齿条，第五小齿轮和第六小齿轮均转动固定于底板上，第五小齿轮与第三齿条、第一Y轴滑块上的齿条均相啮合，第六小齿轮与第四齿条、第二Y轴滑块上的齿条均相啮合。
[0010] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述第一大齿轮、第二大齿轮、第三大齿轮和第四大齿轮均可拆卸和更换，以改变第一X轴驱动机构和第二X轴驱动机构的传动比，进而改变4个拉伸夹具对待测试试件横向和纵向的拉伸比。
[0011] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述主轴的两侧均设置有1个或1个以上的对其导向的导向轮；所述主轴的横截面为T形，导向轮的中部开设有T形主轴嵌入的凹槽。
[0012] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述4个拉伸夹具均由U形卡、
压板和转动
手柄组成，压板位于U形卡中，转动手柄以
螺纹配合的形式穿过U形卡后与压板固定连接，压板用于对放入U形卡中的待测试试件进行加紧。
[0013] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述左拉伸夹具和右拉伸夹具的U形卡开口均朝向主轴，上拉伸夹具和下拉伸夹具的U形卡开口朝向对方。
[0014] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述底板的四个
角上设置有对整个十字拉伸装置
支撑的杯脚。
[0015] 本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，所述油缸经油缸固定
支架固定于底板上，油缸上还设置有对其支撑的油缸托架。
[0016] 本实用新型的有益效果是：本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置，油缸用于驱使主轴运动，上拉伸夹具固定于主轴上，主轴经第一X轴驱动机构和第二X轴驱动机构分别驱使左拉伸夹具和右拉伸夹具运动，主轴经Y轴驱动机构驱使下拉伸夹具运动，这样，把待测试的试件固定于上、下、左、右拉伸夹具上之后，油缸带动主轴运动的过程中即可驱使上、下、左、右拉伸夹具均向外移动，即实现了对待测试试件向外的十字形拉伸，同时还可通过改变第一、第二X轴驱动机构的传动比，来调节待测试试件横向和纵向的拉伸比，满足了对各向异性试件进行单向拉伸、双向拉伸、变比拉伸的试验需求，有益效果显著，适于应用推广。
附图说明
[0017] 图1为本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置的主视图；
[0018] 图2为本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置的后视图；
[0019] 图3为本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置的立体图；
[0020] 图4为本实用新型中拉伸夹具的结构示意图。
[0021] 图中：1底板，2主轴，3油缸，4上拉伸夹具，5下拉伸夹具，6左拉伸夹具，7右拉伸夹具，8导向轮，9第一X轴滑轨，10第一X轴滑块，11第二X轴滑轨，12第二X轴滑块，13第一小齿轮，14第二小齿轮，15第一齿条，16第二齿条，17第三小齿轮，18第四小齿轮，19第一大齿轮，20第二大齿轮，21第三大齿轮，22第四大齿轮；23第一Y轴滑轨，24第一Y轴滑块，25第二Y轴滑轨，26第二Y轴滑块，27第三齿条，28第四齿条，29第五小齿轮，30第六小齿轮，31油缸固定支架，32油缸托架，33杯脚，34 U形卡，35压板，36转动手柄。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图与
实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023] 如图1、图2和图3所示，分别给出了本实用新型的可变拉伸比例的十字拉伸装置的主视图、后视图和立体图，所示的十字拉伸装置由底板1、主轴2、油缸3、4个夹具、第一X轴驱动机构、第二X轴驱动机构和Y轴驱动机构组成，4个夹具为上拉伸夹具4、下拉伸夹具5、左拉伸夹具6和右拉伸夹具7，底板1起固定和支撑作用，主轴2、4个夹具、第一X轴驱动机构、第二X轴驱动机构和Y轴驱动机均设置于底板1的同一个侧面上。主轴2经导向机构设置于底板1上，定义主轴2的长度方向为Y轴、垂直于主轴2的方向为X轴；油缸3用于驱使主轴2进行运动，以实现对待测试试件的十字方向拉伸。
[0024] 上拉伸夹具4固定于主轴2上部
位置上，下拉伸夹具5位于上拉伸夹具4的正下方，左拉伸夹具6和右拉伸夹具7分别位于主轴的左右两侧，且左拉伸夹具6和右拉伸夹具7位于沿X轴的同一直线上，这样，上拉伸夹具4、下拉伸夹具5、左拉伸夹具6和右拉伸夹具7可实现对待测试试件十字形部位进行夹持。主轴2经第一X轴驱动机构驱使左拉伸夹具6进行运动，经第二X轴驱动机构驱使右拉伸夹具6进行运动，经Y轴驱动机构驱使下拉伸夹具5进行运动。
[0025] 第一X轴驱动机构、第二X轴驱动机构和Y轴驱动机构应满足：当油缸3通过主轴2驱使上拉伸夹具4向外侧运动时，第一X轴驱动机构应驱使左拉伸夹具6向外运动，第二X轴驱动机构驱使右拉伸夹具7向外运动，Y轴驱动机构驱使下拉伸机构5下外运动，以对待测试试件进行向外的十字形拉伸。同时，为了实现测试试件横向与纵向的拉伸比例可调，第一X轴驱动机构和第二X轴驱动机构的传动比可调，以满足试件的单向拉伸、双向拉伸、变比拉伸的试验需求。
[0026] 所示的第一X轴驱动机构由第一X轴滑轨9、第一X轴滑块10、第一小齿轮13、第三小齿轮17、第一大齿轮19、第三大齿轮21组成，第一X轴滑轨9沿X轴方向固定于主轴2左侧的底板1上，第一X轴滑块10设置于第一X轴滑轨9上，以沿其长度方向运动，左拉伸夹具6固定于第一X轴滑块10上。第一小齿轮13转动设置于底板1上，第一X轴滑块10的侧面上固定有与第一小齿轮13相啮合的齿条，以便第一小齿轮13转动的过程中可驱使第一X轴滑块10进行运动。
[0027] 主轴2上固定有齿面朝向第一X轴滑轨9所在一侧的第一齿条15，第三小齿轮17转动设置于底板1上，并与第一齿条15相啮合。第一大齿轮19和第三大齿轮21位于底板1的另一侧，第一大齿轮19与第三小齿轮17固定于同一转轴上，第三大齿轮21与第一小齿轮13固定于同一转轴上，且第一大齿轮19与第三大齿轮21相啮合，这样就实现了左拉伸夹具6跟随主轴2进行运动。
[0028] 在图1中，当油缸3驱使主轴2向外运动的过程中，第一齿条15会带动第三小齿轮17逆
时针方向（垂直于纸面方向向里望去，下同）转动，第一大齿轮19跟随第三小齿轮17同步逆时针转动。第一大齿轮19带动第三大齿轮21顺时针转动，第一小齿轮13跟随第三大齿轮21顺时针转动，顺时针转动的第一小齿轮13会带动第一X轴滑块10和左拉伸夹具6共同向外运动。
[0029] 所示的第二X轴驱动机构由第二X轴滑轨11、第二X轴滑块12、第二小齿轮14、第四小齿轮18、第二大齿轮20和第四大齿轮22组成，第二X轴滑轨11沿X轴方向固定于主轴2右侧的底板1上，且第二X轴滑轨11与第一X轴滑轨9位于同一直线上。第二X轴滑块12设置于第二X轴滑轨11上，右拉伸夹具7固定于第二X轴滑块12上。第二小齿轮14转动设置于底板1上，第二X轴滑块12的侧面上固定有与第二小齿轮14相啮合的齿条。
[0030] 主轴2上固定有齿面朝向第二X轴滑轨11所在一侧的第二齿条16，第四小齿轮18转动设置于底板1上，并与第二齿条16相啮合，以便在主轴2运动的过程中带动第四小齿轮18进行转动。所示的第二大齿轮20和第四大齿轮22位于底板1的另一侧，第二大齿轮20与第四小齿轮18固定于同一转轴上，第四大齿轮22与第二小齿轮14固定于同一转轴上，且第二大齿轮20与第四大齿轮22相啮合，这样，就实现了右拉伸夹具7跟随主轴2的运动。采用与第一X轴驱动机构相同的分析方法，可得出当主轴2带动上拉伸夹具4向外运动的过程中，右拉伸夹具也向外运动。
[0031] 所示Y轴驱动机构由第一Y轴滑轨23、第一Y轴滑块24、第一Y轴滑轨25、第二Y轴滑块26、第五小齿轮29、第六小齿轮30组成，第一Y轴滑轨23和第二Y轴滑轨25沿Y轴方向分别固定于主轴2左右两侧的底板1上，第一Y轴滑块24、第二Y轴滑块26分别设置于第一Y轴滑轨23和第二Y轴滑轨25上，以实现滑块在滑轨上的运动。主轴2上固定有齿面朝向第一Y轴滑块
24的第三齿条27，以及齿面朝向第二Y轴滑块26的第四齿条27，第一Y轴滑块24和第二Y轴滑块26上均固定有齿面朝向主轴2的齿条。
[0032] 第五小齿轮29转动设置于第一Y轴滑块24与主轴2之间的底板1上，且第五小齿轮29与第三齿条27和第一Y轴滑块24上的齿条均相啮合。第六小齿轮30转动设置于第二Y轴滑块26与主轴2之间的底板1上，且第六小齿轮30与第四齿条28和第二Y轴滑块26上的齿条均相啮合。下拉伸夹具5经连杆固定于第一Y轴滑块24和第二Y轴滑块26上，以使下拉伸夹具5跟随主轴2进行运动。
[0033] 图1中，当油缸3驱使主轴2向上运动（即驱使上拉伸夹具4向外运动）时，第三齿条27驱使第五小齿轮29逆时针转动，第四齿条28驱使第六小齿轮30顺时针转动；逆时针转动的第五小齿轮29带动第一Y轴滑块24下移，顺时针转动的第六小齿轮30带动第二Y轴滑块26也下移，这样，就带动下拉伸夹具5下移，即向外运动。
[0034] 通过以上分析可知，当待测试的试件固定于4个夹具上之后，油缸3通过主轴2驱使上拉伸夹具4向外移动的过程中，同时也会驱使下拉伸夹具5、左拉伸夹具6和右拉伸夹具7向外运动，这样，就实现了对试件的十字拉伸测试，当仅用上拉伸夹具4和下拉伸夹具5对试件进行夹持，或仅用左拉伸夹具6和右拉伸夹具7对试件进行夹持时，可实现对试件的单向拉伸测试。
[0035] 同时，在试件拉伸测试过程中，可能要求试件的横向和竖向的拉伸比例不一致，这是通过更换第一大齿轮19、第二大齿轮20、第三大齿轮21和第四大齿轮22来实现，通过改变第一大齿轮19与第三大齿轮21之间的传动比，以及第二大齿轮20与第四大齿轮22之间的传动比，即可改变对试件的横向和竖向的拉伸比。
[0036] 所示的主轴2的导向机构由4个导向轮8组成，主轴2的横截面为T形，主轴2的两侧各设置2个导向轮8，导向轮8的中部开设有凹槽，主轴2的外侧嵌入在凹槽中，以实现对主轴2的导向和限位。所示底板1上设置有对油缸3固定的油缸固定支架21，油缸3上还设置有油缸托架32。大齿轮所在一侧的底板1的四个角上均设置有脚杯33。
[0037] 如图4所示，给出了本实用新型中拉伸夹具的结构示意图，所示的拉伸夹具由U形卡34、压板35和转动手柄36组成，U形卡34的开口用于夹持试件，压板35实现对试件的压紧，转动手柄36通过螺纹配合的形式穿过U形卡34后与压板35相固定，以便通过转动手柄36将放入的试件压紧。
