CN103674695A

CN103674695A - 高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具

Info

Publication number: CN103674695A
Application number: CN201310664302.4A
Authority: CN
Inventors: 郑津洋; 周池楼; 赵永志; 徐平; 花争立; 顾超华
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103674695B

Abstract

本发明涉及材料力学性能测试设备，旨在提供一种高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具。该夹具包括上载荷传递框、下载荷传递框和装设于其中的上夹具、下夹具；上夹具、下夹具均分别包括球腔座和球铰支座，其中：球腔座为中心开孔的圆柱体，且在圆柱体的一端向内开设球面型腔体；球铰支座依次包括圆柱体、球冠状本体和凸出部三个部位；球腔座和球铰支座位于载荷传递框内部，且球铰支座的圆柱体依次穿过球腔座的中心开孔和载荷传递框的中心通孔并能自由移动；上夹具与下夹具是上下对称的。利用本发明所述夹具，可实现试样安装过程快速简便；无论是平行不对中、偏角不对中还是混合不对中情况，均能实现试样的自动对中，提高试验数据准确性。

Description

高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具

技术领域

本发明属于材料力学性能测试设备，特别涉及一种高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具。

背景技术

高压氢气环境下材料力学性能测试设备主要采用在现有试验机主机上对接高压氢环境箱的形式，把试样安装在高压环境箱里面，然后通过试验机主机加载进行氢气介质下的力学性能测试。为减少氢气使用量，高压氢环境箱的设计空间较小，难以采用液压夹具夹持试样。若直接采用螺纹或凸台连接的普通夹具，容易产生不对中现象，试样所受附加弯矩大，严重影响试验结果的真实度。

不对中现象主要分为三类：1、平行不对中，即上、下夹具的中心线相互平行但不重合，存在径向位移；2、偏角不对中，即上、下夹具的中心线之间存在偏角；3、混合不对中，即同时存在平行不对中和偏角不对中。目前虽然已有文献提出改进型夹具以提高其对中性，例如ZL94236615.8高频疲劳试验机轴向疲劳试验夹具，提出球面回转副结构的夹具通过动载荷实现自动对中；又例如ZL200620098643.5万能材料试验机试样自动校垂直夹具，提出半球、台阶型夹具实现自动找垂直点。但这些文献提出的改进型夹具，主要是针对偏角不对中情况；对于平行不对中或者混合不对中情况，却难以实现自动对中；甚至有些结构过于庞大复杂、安装要求高、安装繁琐费时，不适用于空间较小的氢环境箱内应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种安装简易的高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具，在平行不对中、偏角不对中或者混合不对中情况下都能实现试样的自动对中。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具，包括上载荷传递框、下载荷传递框和装设于其中的上夹具、下夹具；上夹具、下夹具均分别包括球腔座和球铰支座，其中：球腔座为中心开孔的圆柱体，且在圆柱体的一端向内开设球面型腔体；球铰支座依次包括圆柱体、球冠状本体和凸出部三个部位；圆柱体的端部开有用于与试样连接的螺纹孔，与圆柱体相接的球冠状本体的外表面与球腔座的球面型腔体表面的形状相配合；载荷传递框为中空的框型结构，一端开有中心通孔，而相对端的外侧开有用于连接试验机固定杆或加载杆的螺纹孔；球腔座和球铰支座位于载荷传递框内部，且球铰支座的圆柱体依次穿过球腔座的中心开孔和载荷传递框的中心通孔并能自由移动；上夹具各部件的装配方向与下夹具是上下对称的。

本发明中，所述载荷传递框的内腔高度大于球铰支座的轴向总长度。

本发明中，所述球铰支座的凸出部呈圆柱形或六角凸台状。

本发明中，所述上夹具中的球腔座与球面型腔体相对一端的中心开孔外缘处设有凸台，用于与载荷传递框的中心通孔相配合实现定位。(只是上球腔座设有此定位凸台，下球腔座是没有的，这样使得下球腔座完全自由，不受约束，进而可以调节平行不对中情况，另外图1、图4和图5也表明上、下球腔座的结构存在此处区别。)

本发明中，所述球铰支座圆柱部分与载荷传递框中心通孔和球腔座中心开孔之间、以及球腔座与载荷传递框内腔之间均保持有足够的径向间隙，使所述部件相互之间能够自由移动。

本发明中，所述球铰支座的圆柱体、球冠状本体和凸出部三个部位是一体的，通过车削加工制得。

本发明的有益效果在于：

利用本发明所述夹具，可实现试样安装过程快速简便；无论是平行不对中、偏角不对中还是混合不对中情况，均能实现试样的自动对中，提高试验数据准确性。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为载荷传递框的结构示意图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为上球腔座的结构示意图；

图5为下球腔座的结构示意图；

图6为球铰支座的结构示意图。

图中各部分说明如下：试验机固定杆1、试样2、下球腔座3、试验机加载杆4、下球铰支座5、下载荷传递框6、上球腔座7、上球铰支座8、上载荷传递框9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式加以阐述。

如图1所示，一种高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具，分为上夹具和下夹具两部分；上夹具位于上载荷传递框9内，由上球腔座7和上球铰支座8组成，上球腔座7中心开孔且内部开有球面型腔体；上球铰支座8下端的圆柱部分通过螺纹孔与试样2连接、中间设置球冠状本体且其球型外表面与上球腔座7内腔球面相配合构成球铰回转副；上载荷传递框9一端开有中心孔供上球铰支座8圆柱部分自由移动，另一端开有螺纹孔与试验机固定杆1连接，所述上球铰支座8圆柱部分与上球腔座7和上载荷传递框9中心孔之间均设计有足够的径向间隙；下夹具位于下载荷传递框6内，由下球腔座3和下球铰支座5组成，下球腔座3中心开孔且内部开有球面型腔体，下球铰支座5上端的圆柱部分通过螺纹孔与试样2连接、中间设置球冠状本体且其球型外表面与下球腔座3内腔球面相配合构成球铰回转副；下载荷传递框6一端开有中心孔供下球铰支座5圆柱部分自由移动，另一端开有螺纹孔与试验机加载杆4连接；所述下球铰支座5上部圆柱与下载荷传递框6上端中心孔和下球腔座3中心孔之间、以及下球腔座3与下载荷传递框6内腔之间均设计有足够的径向间隙。

所述下载荷传递框6和上载荷传递框9结构相同，如图2、3所示，均为开有与外部相通的中空腔体且内腔高度大于上球铰支座8或下球铰支座5的轴向总长度，一端开有螺纹孔，另一端开有中心通孔。

如图4所示，上球腔座7中心开通孔且外部呈圆柱型、内部开有球面型腔体、末端设有凸台与上载荷传递框9中心通孔配合起定位作用。

如图5所示，下球腔座3中心开通孔且外部呈圆柱型、内部开有球面型腔体。

上球铰支座8和下球铰支座5结构相同，如图6所示，均为一端是开有螺纹孔的圆柱用于与试样连接、中间设置球冠状本体且其球型外表面与上球腔座7或下球腔座3的内腔球面相配合构成球铰回转副、另一端设有六角凸台（也可是外侧粗糙的圆柱形）作为安装该部件的手持部位。

本发明的具体应用步骤如下：

首先上载荷传递框9和下载荷传递框6通过螺纹结构分别与试验机固定杆1和加载杆4实现连接。上球铰支座8套进上球腔座7内，把整个上夹具（上球铰支座8和上球腔座7组成）放到上载荷传递框9的内腔，上球腔座7下端的凸台自动定位嵌入上载荷传递框9下端的中心孔处，实现上夹具的安装定位。手持固定上球铰支座8上端的六角凸台，将试样2上端与上球铰支座8下端的螺纹孔完全连接，完成试样2上端的安装。操作试验机加载杆4使下载荷传递框6上移直至试样2最低点落入下载荷传递框6上端的中心孔内；把下球铰支座5套进下球腔座3内，手持下球铰支座5下端的六角凸台把整个下夹具放到下载荷传递框6的内腔并让下球铰支座5上端的圆柱沿着下载荷传递框6上端的中心孔上移，直到与试样2下端接触，旋转下球铰支座5下端的六角凸台，使得试样2下端与下球铰支座5上端的螺纹孔完全连接，此时试样2下端与下夹具完全连接并处于自由下垂状态。操作加载杆4使得下载荷传递框6下移直至其内腔与下球腔座3接触，此时加载杆4施加的拉力通过下载荷传递框6传递到试样2上，使得上下球腔座3、7和上下球铰支座5、8之间的两个球铰回转副在拉力作用下自动找垂直点实现试样2的自动对中。上述过程中，即便加载杆4和固定杆1之间存在中心线的径向位移（即平行不对中或混合不对中），由于下球铰支座5上部圆柱与下载荷传递框6上端中心孔和下球腔座3中心孔之间、以及下球腔座3与下载荷传递框6内腔之间均设计有足够的径向间隙，因此下夹具不会被迫跟随加载杆4一起偏离中心，同时由于球铰回转副结构具有自动调整角度找垂直点功能，因此最终在自身重力和拉力作用下试样2不受固定杆1和加载杆4之间存在中心线径向位移的影响，试样2中心线依然自动保持垂直，试样2受力方向与其中心线相同，不产生附加弯矩，使得拉伸试验时测试数据准确。

另外，夹具首次安装后，两个载荷传递框6、9以及上夹具均无须拆卸，试样安装时只需安装下夹具以及调整上球铰支座8和加载杆4，因此试样安装过程简单方便。

以上所述，仅是本发明的一个实施案例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出某些更动或修改而成为等同变化的等效实施案例。

例如，本发明并不限定只用于氢环境下的材料试验机，普通试验机也可采用。

但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围内。

Claims

1.一种高压氢环境材料试验机拉伸试验夹具，包括上载荷传递框、下载荷传递框和装设于其中的上夹具、下夹具；其特征在于，上夹具与下夹具均分别包括球腔座和球铰支座，其中：

球腔座为中心开孔的圆柱体，且在圆柱体的一端向内开设球面型腔体；

球铰支座依次包括圆柱体、球冠状本体和凸出部三个部位；圆柱体的端部开有用于与试样连接的螺纹孔，与圆柱体相接的球冠状本体的外表面与球腔座的球面型腔体表面的形状相配合；

载荷传递框为中空的框型结构，一端开有中心通孔，而相对端的外侧开有用于连接试验机固定杆或加载杆的螺纹孔；球腔座和球铰支座位于载荷传递框内部，且球铰支座的圆柱体依次穿过球腔座的中心开孔和载荷传递框的中心通孔并能自由移动；上夹具各部件的装配方向与下夹具是上下对称的。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述载荷传递框的内腔高度大于球铰支座的轴向总长度。

3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述球铰支座的凸出部呈圆柱形或六角凸台状。

4.根据权利要求1至3任意一项中所述的夹具，其特征在于，所述上夹具中的球腔座与球面型腔体相对一端的中心开孔外缘处设有凸台，用于与载荷传递框的中心通孔相配合实现定位。

5.根据权利要求4所述的夹具，其特征在于，所述球铰支座圆柱部分与载荷传递框中心通孔和球腔座中心开孔之间、以及球腔座与载荷传递框内腔之间均保持有足够的径向间隙，使所述部件相互之间能够自由移动。

6.根据权利要求4所述的夹具，其特征在于，所述球铰支座的圆柱体、球冠状本体和凸出部三个部位是一体的，通过车削加工制得。