CN103712851A - 高压氢环境材料试验机疲劳试验夹具 - Google Patents

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疲劳试验夹具。该夹具包括上夹具和下夹具两部分，均分别包括支座、连接盘、连接杆、锁紧件和底盘，其中：连接杆与支座、支座与连接盘分别构成球铰回转副；底盘一端开有带台阶的凹槽，用于与连接盘的定位凸台相配合；上夹具各部件的装配方向与下夹具是上下对称的。该夹具适用于高压氢环境下试件承受脉动拉伸、不对称拉伸、脉动压缩、不对称压缩、对称拉压、不对称拉压的疲劳试验，且在试验全程夹具所含的螺纹结构具有只需承受拉伸载荷的设计效果，避免螺纹结构在循环拉压载荷下的松动现象，从而既能实现试样的自动对中又能实现试样的紧固夹持，提高试验数据准确性。

Description

高压氢环境材料试验机疲劳试验夹具

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疲劳试验夹具。

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。为减少氢气使用量，高压氢环境箱的设计空间较少，难以采用液压夹具夹持试样。若直接采用螺纹连接的普通夹具，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。

目前已有文献提出的提高试样对中性的改进型夹具，主要是针对拉伸试验，对于疲劳试验则较小，甚至有些结构庞大复杂、安装要求高，不适用于空间较小的氢环境箱内应用。虽然ZL94236615.8高频疲劳试验机轴向疲劳试验夹具，提出具有球面且中心孔带有螺纹的芯子与球面铰支座和试样之间形成回转副结构的夹具能适用于氢环境箱内疲劳试验试样的自动对中，但该结构中由于试样与球面芯子之间采用螺纹连接，而螺纹结构在拉压载荷反复作用下，容易出现松动，引起试样夹持不紧固，最后导致对中性能变差。

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，提出一种高压氢环境材料试验机疲劳试验夹具，在拉压疲劳载荷作用下自动实现试样的对中以及确保试样夹持的紧固性。

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疲劳试验夹具，包括上夹具和下夹具两部分；上夹具与下夹具均分别包括支座、连接盘、连接杆、锁紧件和底盘，其中：支座中心开有通孔，外周开有用于与试验机连接的螺钉孔，且在一端向内开设球面型腔体，另一端向外开有球型曲面；连接盘一端向内开设与支座的球型曲面相配合的球面型腔体，且在该端中心位置开有螺纹孔，另一端则开有带中心凹槽的定位凸台，且在定位凸台的外周开有螺钉孔；连接杆依次包括依次连接的球冠状本体、光滑圆柱和螺纹圆柱三个部分，球冠状本体的外表面与支座的球面型腔体表面的形状相配合，螺纹圆柱用于接至连接盘的中心螺纹孔；底盘为中心开通孔、外周开有螺钉孔的圆盘，其一端开有带台阶的用于与连接盘的定位凸台相配合的凹槽；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，所述连接杆的球冠本体在其底部的平面端开有内六角凹槽，用于锁紧部件。

本发明中，所述支座在球面型内腔一端开有与外部相通的缺口，用于内六角扳手从外部伸入内腔锁紧连接杆。

本发明中，所述连接盘的定位凸台与底盘的凹槽所形成的空腔，其轴向深度小于锁紧件的轴向高度，所述空腔与锁紧件之间为径向过渡配合，能使锁紧件被紧嵌在空腔里。

本发明中，所述锁紧件包括两个中心开有带凸台通孔的半圆柱体，分别开有水平方向的螺钉孔；两个半圆柱体对向布置并通过螺钉组合成一体，锁紧件内嵌于连接盘的定位凸台与底盘的凹槽所形成的空腔里。

本发明中，所述连接杆的球冠本体、光滑圆柱和螺纹圆柱三个部位是一体的，通过车削加工制得。

本发明的有益效果在于：

适用于高压氢环境下试件承受脉动拉伸、不对称拉伸、脉动压缩、不对称压缩、对称拉压、不对称拉压的疲劳试验，且在试验全程夹具所含的螺纹结构具有只需承受拉伸载荷的设计效果，避免螺纹结构在循环拉压载荷下的松动现象，从而既能实现试样的自动对中又能实现试样的紧固夹持，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为支座的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为连接杆的结构示意图；

图5为连接盘的结构示意图；

图6为锁紧件的结构示意图；

图7为图6的俯视图。

图中各部分说明如下：上支座1、上连接盘2、上底盘3、试样4、下底盘5、下连接盘6、下支座7、下连接杆8、螺钉9、下锁紧件10、小螺钉11、螺钉12、螺钉13、小螺钉14、上锁紧件15、螺钉16、上连接杆17。

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疲劳试验夹具，分为上夹具和下夹具两部分；上夹具由上支座1、上连接杆17、上连接盘2、上底盘3、上锁紧件15组成，上支座1中心开有通孔且在外周开有螺钉孔通过螺钉16与试验机上端连接、一端向内开设球面型腔体、另一端向外开有球型曲面；上连接杆17上端设置球冠状本体且其球形外表面与上支座1内腔球面相配合构成球铰回转副、中间设置光滑圆柱贯穿上支座1的中心通孔、与光滑圆柱相接的螺纹圆柱与上连接盘2的中心螺纹孔相连接；所述上连接盘2在开有中心螺纹孔一端向内开设与上支座1球形外曲面相配合的球面型腔体、另一端开有带中心凹槽的定位凸台，且在定位凸台的外周开有螺钉孔通过螺钉13与上底盘3连接；上底盘3中心开有通孔且在外周开有用于与上连接盘2连接的螺钉孔、其一端开有带台阶的凹槽与上连接盘2凸台部位相配合形成带凸台的空腔；内嵌在所述空腔里的上锁紧件15由两个对向设置的半圆柱体通过小螺钉14连接而成（组成一个中空的圆柱形）、中心开有用于与试样4一端相连接的带凸台通孔；下夹具由下支座7、下连接杆8、下连接盘6、下底盘5、下锁紧件10组成；下支座7中心开有通孔且在外周开有螺钉孔通过螺钉9与试验机下端连接、一端向内开设球面型腔体、另一端向外开有球型曲面；下连接杆8下端设置球冠状本体且其球形外表面与下支座7内腔球面相配合构成球铰回转副、中间设置光滑圆柱贯穿下支座7的中心通孔、与光滑圆柱相接的螺纹圆柱与下连接盘6的中心螺纹孔相连接；所述下连接盘6在开有中心螺纹孔一端向内开设与下支座7球形外曲面相配合的球面型腔体、另一端开有定位凸台且在其外周开有螺钉孔通过螺钉12与下底盘5连接；下底盘5中心开有通孔且在外周开有用于与下连接盘6连接的螺钉孔、一端开有带台阶的凹槽与下连接盘6凸台部位相配合形成带凸台的空腔；内嵌在所述空腔里的下锁紧件10由两个对向设置的半圆柱体通过小螺钉11连接而成（组成一个中空的圆柱形）、中心开有用于与试样4另一端相连接的带凸台通孔。

所述上支座1和下支座7结构相同，如图2、3所示，均在球面型内腔一端开有与外部相通的缺口，用于内六角扳手从外部伸入内腔锁紧连接杆。

所述上连接杆17和下连接杆8结构相同，如图4所示，均由依次连接的球冠本体、光滑圆柱和螺纹圆柱组成，球冠本体在平面端开有内六角凹槽，用于锁紧部件。

所述上连接盘2和下连接盘6结构相同，如图5所示，均为开有中心螺纹孔的圆盘，在开有中心螺纹孔一端向内开设球面型腔体、另一端开有带中心凹槽的定位凸台。

所述上锁紧件15和下锁紧件10结构相同，如图6、7所示，均包括两个中心开有带凸台通孔的半圆柱体，分别开有水平方向的螺钉孔，两个半圆柱体对向布置并通过小螺钉组合成一体，内嵌于上连接盘2的凸台与上底盘3的凹槽或下连接盘6的凸台与下底盘5的凹槽所形成的空腔里，且空腔的轴向深度小于锁紧件的轴向高度，空腔与锁紧件之间为径向过渡配合，能使所述锁紧件被紧嵌在空腔里。

本发明的具体应用步骤如下：

首先上支座1和下支座7通过螺钉16和螺钉9分别与试验机上下端实现连接。上连接杆17螺纹圆柱穿过上支座1中心孔与上连接盘2的中心螺纹孔连接，使得连接杆17的球冠状本体的球型面与上支座1内腔球型面以及上支座1的外球形曲面与上连接盘2的内腔球型面分别构成球铰回转副；同理，下连接杆8的球冠状本体的球型面与下支座7内腔球型面以及下支座7的外球形曲面与下连接盘6的内腔球型面分别构成球铰回转副；试样4两端分别穿过上底盘3的中心孔和下底盘5的中心孔；把上锁紧件15的两个空心半圆柱体套在试样4上端凸台上，拧紧小螺钉14，将其嵌入上底盘3的中心凹槽里；同样，下锁紧件10的两个空心半圆柱体套在试样4下端凸台上，拧紧小螺钉11，将其嵌入下底盘5的中心凹槽里；把上底盘3开有凹槽一端与上连接盘2开有凸台一端对接起来，拧紧螺钉13；上移下支座7直到下连接盘6开有凸台一端与下底盘5开有凹槽一端对接起来，拧紧螺钉12，此时试样4安装完成；试验机施加拉力使得试样4受拉，在拉力作用下，上、下夹具的四个球铰回转副结构自动找垂直点实现试样4的对中，然后使用内六角扳手通过上连接杆17和下连接杆8球冠状本体上的内六角凹槽实现锁紧，即可进行疲劳试验。

在疲劳试验过程中，当试样4受压缩时上连接盘2或下连接盘6承受的压缩载荷通过球型接触面直接传递到上支座1或下支座7上，不需要由上连接杆17或下连接杆8与上连接盘2或下连接盘6之间的螺纹连接来承担。夹具里螺钉处的螺纹结构也是只需承受拉伸载荷。因此疲劳试验过程中，夹具里的螺纹结构只承担拉伸载荷，不需要承受压缩载荷，从而避免了螺纹在拉压疲劳载荷作用下的松动现象。另外，上连接盘2的凸台与上底盘3的凹槽或下连接盘6的凸台与下底盘5的凹槽所形成的空腔，其轴向深度小于锁紧件的轴向高度，且空腔与锁紧件之间为径向过渡配合，能使所述锁紧件被紧嵌在空腔里，而试样4两端则被上、下锁紧件15和10夹紧固定，因此试样不会出现松动现象，从而有效地同时实现试样的自动对中以及试样的紧固夹持，使得疲劳试验时测试数据准确。

另外，夹具首次安装后，上支座1、上连接杆17、上连接盘2、下支座7、下连接杆8和下连接盘6均无须拆卸，试样安装时只需安装上锁紧件15、下锁紧件10、上底盘3和下底盘5，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，也可用于普通试验机。

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 (6)

1.一种高压氢环境材料试验机疲劳试验夹具，包括上夹具和下夹具两部分；其特征在于，上夹具与下夹具均分别包括支座、连接盘、连接杆、锁紧件和底盘，其中：

支座中心开有通孔，外周开有用于与试验机连接的螺钉孔，且在一端向内开设球面型腔体，另一端向外开有球型曲面；

连接盘一端向内开设与支座的球型曲面相配合的球面型腔体，且在该端中心位置开有螺纹孔，另一端则开有带中心凹槽的定位凸台，且在定位凸台的外周开有螺钉孔；

连接杆依次包括依次连接的球冠状本体、光滑圆柱和螺纹圆柱三个部分，球冠状本体的外表面与支座的球面型腔体表面的形状相配合，螺纹圆柱用于接至连接盘的中心螺纹孔；

底盘为中心开通孔、外周开有螺钉孔的圆盘，其一端开有带台阶的用于与连接盘的定位凸台相配合的凹槽；

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，所述连接杆的球冠本体在其底部的平面端开有内六角凹槽，用于锁紧部件。

3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述支座在球面型内腔一端开有与外部相通的缺口，用于内六角扳手从外部伸入内腔锁紧连接杆。

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，所述连接盘的定位凸台与底盘的凹槽所形成的空腔，其轴向深度小于锁紧件的轴向高度，所述空腔与锁紧件之间为径向过渡配合，能使锁紧件被紧嵌在空腔里。

5.根据权利要求4所述的夹具，其特征在于，所述锁紧件包括两个中心开有带凸台通孔的半圆柱体，分别开有水平方向的螺钉孔；两个半圆柱体对向布置并通过螺钉组合成一体，锁紧件内嵌于连接盘的定位凸台与底盘的凹槽所形成的空腔里。

6.根据权利要求4所述的夹具，其特征在于，所述连接杆的球冠本体、光滑圆柱和螺纹圆柱三个部位是一体的，通过车削加工制得。

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