适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，属于高端制造装备业与材料试验机【技术领域】。包括蜗轮蜗杆收缩机构、连杆放大机构和楔形夹紧机构，所述蜗轮蜗杆收缩机构采用特制带有双向内螺纹的蜗轮驱动两侧连杆做收缩运动，通过连杆放大机构推动楔形夹紧块下移，最终达到夹紧试样的功效。同时具备了连杆机构的放大原理和楔形机构自锁效应，可保证牢固的拉伸夹紧力。优点在于：结构紧凑，采用自动对中式夹紧方式，可适用于0.5-5mm厚板状试样的拉伸试验。采用特制的带有双向内螺纹的蜗轮机构推动连杆，可进一步放大夹紧扭矩，提供更可靠的连接自锁性能。
【专利说明】适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及高端制造装备业与材料试验机【技术领域】，特别涉及一种适用于板 状试样的拉伸试验机夹紧装置。

【背景技术】
[0002] 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机 上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用， 而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必 须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性 能。常见金属材料的力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚 度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的 指标。
[0003] 而要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素，就必须结合材料的 失效形式，通过设计实验来了解材料各方面的力学性能。主要的几种金属材料力学性能试 验包括拉伸试验、压缩试验、扭转试验、硬度试验、冲击韧度试验、疲劳试验等。其中拉伸试 验则是应用最广泛的力学性能试验方法。拉伸性能指标是金属材料的研制、生产和验收最 主要的测试项目之一，拉伸试验过程中的各项强度和塑性性能指标是反应金属材料力学性 能的重要参数。影响拉伸试验结果准确度的因素很多，其中试样夹持的可靠性会对材料力 学性能测试特别是弹性阶段参数的测试产生很大的影响，所以装夹方便、可靠地夹具对拉 伸试验机综合测试精度起到关键的作用。
[0004] 夹具本身是一个锁紧机构，机械上的锁紧结构有：螺纹（即螺纹，螺钉，螺母)、斜 面、偏心轮、杠杆等，夹具就是这些结构的组合体。大试验力的试样一般采用斜面夹紧结构 随试验力的增加夹紧力随之增加，台肩试样采用悬挂结构等，如果夹具按结构划分，可分为 楔形类夹具、对夹类夹具、缠绕类夹具、偏心类夹具、杠杆类夹具、台肩类夹具、螺栓类夹具、 90°剥离类夹具等。这些夹具的结构各有各的优缺点，楔形夹具，初始夹紧力小，随试验力 增加，夹紧力随之增加。对于对夹类夹具，初始夹紧力大，随试验力增加，夹紧力随之减小。
[0005] 基于以上的分析，加持力与夹持可靠性是衡量一个夹具的主要性能指标。而现有 的机械式夹具由于机械结构和夹紧原理的局限，有的能够提供很大的初始夹紧力，但是随 着拉伸载荷的增大夹紧力会逐渐减小，而类似于楔形类的夹具虽然能够保证良好的夹持稳 定性，但是能够提供的初始夹紧力却比较小，这两方面的制约使得很多的夹具在材料试验 的整个过程中的夹持效率受到了限制。因此设计一种结构紧凑，能同时提供较大的初始夹 紧力和较高的夹持稳定性的夹具具有重要的意义。


【发明内容】

[0006] 本实用新型的目的在于提供一种适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，解决了 现有技术存在的上述问题。本实用新型主要由特制蜗轮蜗杆收缩机构、连杆放大机构和楔 形夹紧机构组成。所述的蜗轮蜗杆收缩机构采用特制带有双向内螺纹的蜗轮驱动两侧连杆 做收缩运动，通过连杆放大机构推动楔形夹紧块下移，最终达到夹紧试样的功效。同时具备 了连杆机构的放大原理和楔形机构自锁效应，可保证牢固的拉伸夹紧力。同时本实用新型 采用特制的带有双向内螺纹的蜗轮机构推动连杆，可进一步放大夹紧扭矩，提供更可靠的 连接自锁性能。
[0007] 本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
[0008] 适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，包括蜗轮蜗杆收缩机构、连杆放大机构 和楔形夹紧机构，所述蜗轮蜗杆收缩机构采用带有双向内螺纹的蜗轮驱动两侧连杆做收缩 运动，通过连杆放大机构推动楔形夹紧机构的楔形夹紧块下移以夹紧试样。
[0009] 所述的蜗轮蜗杆收缩机构主要由手柄2、蜗杆旋转轴3、蜗杆9和蜗轮连接器10组 成，手动的夹紧扭矩通过与手柄2配合的蜗杆旋转轴3传递到蜗杆9上，所述蜗杆9带动蜗 轮连接器10旋转，所述蜗轮连接器10内部的双向内螺纹分别与左右两个拉杆11螺纹连 接，拉动连杆相向运动。
[0010] 所述的连杆放大机构的左右两个拉杆11通过滑动轴承12、轴承座13固定于夹具 主体1上，拉杆11的一端通过螺纹连接蜗轮连接器10,另一端通过浮动铰链连接于摇臂7 上，驱动摇臂7绕固定支点转动；与摇臂7连接的连杆8推动楔形块5沿着夹具主体1内侧 斜面运动，通过楔形面的挤压完成夹板6对试样的夹紧运动。
[0011] 所述的夹板6安装孔内安装有复位弹簧14,所述夹板6上的凸棱与安装板4和夹 具主体1上的凹槽配合，用于夹板6的导向，保证其只能沿着垂直于试样平面的方向移动。
[0012] 所述的夹具主体1采用整体铸造式结构，夹具主体1的一个侧面为开放式，通过安 装板4将部件封装与夹具体主体1内部。
[0013] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型综合杠杆放大机构和楔形夹紧机构，采 用杠杆机构放大原始夹紧力推动楔形块进一步夹紧试样。同时具备了杠杆机构的放大原理 和楔形机构自锁效应，同时本实用新型采用特制的带有双向内螺纹的蜗轮机构推动连杆， 可进一步放大夹紧扭矩，提供更可靠的自锁性能。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限 定。
[0015] 图1为本实用新型的轴侧视图；
[0016] 图2为本实用新型的主视示意图；
[0017] 图3为本实用新型的内部结构示意图；
[0018] 图4为本实用新型的剖视安装示意图；
[0019] 图5为本实用新型的夹紧原理示意图；
[0020] 图6为本实用新型的受力分解示意图。
[0021] 图中：1、夹具主体；2、手柄；3、蜗杆旋转轴；4、安装板；5、楔形块；6夹板；7、摇 臂；8、连杆；9、蜗杆；10、蜗轮连接器；11、拉杆；12、滑动轴承；13、轴承座；14、复位弹簧。

【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其【具体实施方式】。
[0023] 参见图1至图5所示，本实用新型的适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，包括 蜗轮蜗杆收缩机构、连杆放大机构和楔形夹紧机构，所述蜗轮蜗杆收缩机构采用带有双向 内螺纹的蜗轮驱动两侧连杆做收缩运动，通过连杆放大机构推动楔形夹紧机构的楔形夹紧 块下移以夹紧试样。
[0024] 所述的蜗轮蜗杆收缩机构主要由手柄2、蜗杆旋转轴3、蜗杆9和蜗轮连接器10组 成，手动的夹紧扭矩通过与手柄2配合的蜗杆旋转轴3传递到蜗杆9上，所述蜗杆9带动蜗 轮连接器10旋转，所述蜗轮连接器10内部的双向内螺纹分别与左右两个拉杆11螺纹连 接，拉动连杆相向运动。
[0025] 所述的连杆放大机构的左右两个拉杆11通过滑动轴承12、轴承座13固定于夹具 主体1上，只能沿轴承轴线运动，拉杆11的一端通过螺纹连接蜗轮连接器10,另一端通过浮 动铰链连接于摇臂7上，驱动摇臂7绕固定支点转动；与摇臂7连接的连杆8推动楔形块5 沿着夹具主体1内侧斜面运动，沿楔形面的挤压运动分解为平行于试样轴线和垂直于试样 平面的两个运动，进而推动两侧夹板6运动，通过楔形面的挤压完成夹板6对试样的夹紧运 动。
[0026] 所述的夹板6安装孔内安装有复位弹簧14用于两个安装板6在卸载和空载情况 下的复位，所述夹板6上的凸棱与安装板4和夹具主体1上的凹槽配合，用于夹板6的导向， 保证其只能沿着垂直于试样平面的方向移动。
[0027] 所述的夹具主体1采用整体铸造式结构，可保证较高的整体刚度。为了方便于夹 具体内部各传动夹紧机构的安装于调试，夹具主体1的一个侧面为开放式设计，采用安装 板4最后将其它部件封装与夹具体主体1内部。
[0028] 参见图6所示的楔形块机构中，F为试样施加于夹板的摩 擦力，此机构在F的作用下，应该具有自锁性，现分析其自锁条件：设 ?%为夹板和楔形块接触面的摩擦角；为楔形块2与夹具主体的摩擦角；为楔形块的 斜角；4为夹具主体对楔形块向上的作用力。
[0029] 如图6所示，心为夹板对楔形块的作用力；i?51为楔形块5对夹具主体1的作用 力；為5为夹具主体1对楔形块5的作用力；显然，巧i =為5。取楔形块5为分离体，则立在 水平方向的平衡方程为：
[0030] -及 15 C0Sj "4"以） （1)
[0031] 取夹板6为分离体，则力在坚直方向的平衡方程
[0032] F
[0033] m56-P%5--^-6 ⑵
[0034] 将公式（2 )代入公式（1)，整理后，得 F
[0035] Rxs= T-厂^-?7 (3) tan ^co s (a + φ[5)
[0036] 又 = i?15sm(礼+α) (4)
[0037] 将公式（3)代入（4)得 " i'tanCai+ija,)
[0038] Fm=-f~- tan^%5 ......& - tan(a + qs)
[0039] ----- p tan^g
[0040] 若是楔形块机构自锁，则足2 p，即： tan(a + ^5)
[0041] -->1 tan^|5
[0042] 因 0〇 < 邙+ % S 45〇,0〇 < % < 450，故得至Ij 得5 S α+ 巩5 ;
[0043] 则
[0044] 上式即为该楔形块机构的自锁条件公式。
[0045] 以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领 域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，其特征在于：包括蜗轮蜗杆收缩机 构、连杆放大机构和楔形夹紧机构，所述蜗轮蜗杆收缩机构采用带有双向内螺纹的蜗轮驱 动两侧连杆做收缩运动，通过连杆放大机构推动楔形夹紧机构的楔形夹紧块下移以夹紧试 样。
2. 根据权利要求1所述的适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，其特征在于：所述 的蜗轮蜗杆收缩机构由手柄（2)、蜗杆旋转轴（3)、蜗杆（9)和蜗轮连接器（10)组成，手动的 夹紧扭矩通过与手柄（2)配合的蜗杆旋转轴（3)传递到蜗杆（9)上，所述蜗杆（9)带动蜗轮 连接器（10)旋转，所述蜗轮连接器（10)内部的双向内螺纹分别与左右两个拉杆（11)螺纹 连接，拉动连杆相向运动。
3. 根据权利要求1所述的适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，其特征在于：所述 的连杆放大机构的左右两个拉杆（11)通过滑动轴承（12)、轴承座（13)固定于夹具主体（1) 上，拉杆（11)的一端通过螺纹连接蜗轮连接器（10)，另一端通过浮动铰链连接于摇臂（7) 上，驱动摇臂（7)绕固定支点转动；与摇臂（7)连接的连杆（8)推动楔形块（5)沿着夹具主 体（1)内侧斜面运动，通过楔形面的挤压完成夹板（6)对试样的夹紧运动。
4. 根据权利要求3所述的适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，其特征在于：所述 的夹板（6 )安装孔内安装有复位弹簧（14 )，所述夹板（6 )上的凸棱与安装板（4 )和夹具主体 (1)上的凹槽配合，用于夹板（6)的导向，保证其只能沿着垂直于试样平面的方向移动。
5. 根据权利要求3或4所述的适用于板状试样的拉伸试验机夹紧装置，其特征在于： 所述的夹具主体（1)采用整体铸造式结构，夹具主体（1)的一个侧面为开放式，通过安装板 (4)将部件封装与夹具体主体（1)内部。
【文档编号】G01N3/04GK203894105SQ201420269302
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】赵宏伟, 侯鹏亮, 孙玉娇, 程虹丙, 范尊强, 董晓龙, 李建平, 张鹏, 杜雨萌, 刘先华 申请人:吉林大学