CN104406843A - 液压平推式夹头 - Google Patents

Abstract

液压平推式夹头属于夹具技术领域，目的在于解决现有技术存在的制造精度要求高、装配困难和维修价格高的问题。本发明的液压平推式夹头包括：一对柱塞式液压油缸，两个柱塞的端部固定安装有夹紧块；同步机构，所述同步机构包括两组丝杠螺母副，两组丝杠螺母副导程相同、头数相同、结构尺寸相同、旋向相反，两根丝杠的一端通过联轴器同轴固定连接，另一端分别通过轴承与基体连接，丝杠轴线与柱塞式液压油缸轴线平行，两个螺母分别通过连接块与两个柱塞固定连接；复位机构和基体，所述一对柱塞式液压油缸和同步机构固定安装在所述基体上，所述一对柱塞式液压油缸中通入压力油，实现对试件的夹紧，并通过复位机构实现对试件的松开。

Description

液压平推式夹头

技术领域

本发明属于夹具技术领域，具体涉及一种用于材料试验机拉伸试验时使用的液压平推式夹头。

背景技术

在测定材料力学性能的材料拉伸试验中，试件的牢靠夹持对准确测定材料的力学性能、获取可信和可靠的试验数据十分重要。与常用的楔形夹紧方式不同，平推式夹紧方式将试件在试验前即已夹紧，不会产生滑移现象，因此平推式夹紧方式被业界认可和采纳。

所谓平推式夹紧，是对夹块施加垂直于拉伸受力线方向的作用力，通过夹块与试件的相互作用，使二者结合为一体。当试件承受拉伸作用力时，夹块与试件的结合体将作用力通过垂直于力线方向的面传递至夹头体上，试件被夹持部分与夹头体之间不会产生相对滑移。

现有的平推式液压夹头同步方式主要有齿轮齿条同步、同步缸同步、同步阀同步。其中，齿轮齿条同步夹紧试样时齿条受力，连接部件易断裂，使用可靠性差，且同步齿条在夹具内开设的同步通道内与齿轮啮合，夹具结构复杂，维修时需要拆卸底座和油缸，维修麻烦。

同步缸同步加工困难，对管路和油缸尺寸的一致性要求非常高，同步精度取决于加工精度和泄漏，不易控制。

同步阀同步对管路和油缸尺寸的一致性要求非常高，对泄漏要求高，其实质是流量同步，而不是位移同步，同步精度低，效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提出一种液压平推式夹头，解决现有技术存在的夹具结构复杂、液压元件制造精度要求高、成本高、装配困难和使用维修严格的问题。

为实现上述目的，本发明的液压平推式夹头包括：

一对柱塞式液压油缸，两个液压油缸构成连通器，两个柱塞的端部固定安装有一对夹紧块；

同步机构，所述同步机构包括两组丝杠螺母副，每组丝杠螺母副不产生自锁，两组丝杠螺母副导程相同、头数相同、结构尺寸相同、旋向相反，两根丝杠的一端通过联轴器同轴固定连接，另一端分别通过轴承与基体连接，丝杠轴线与柱塞式液压油缸轴线平行，两个螺母分别通过连接块与两个柱塞固定连接；

复位机构和基体，所述一对柱塞式液压油缸和同步机构固定、安装在基体上，所述一对柱塞式液压油缸中通入压力油，实现对试件的夹紧，并通过复位机构实现对试件的松开。所述一对柱塞式液压油缸结构、尺寸相同，同轴安装。

所述丝杠为滚珠丝杠或大导程T型丝杠。

所述复位机构为压缩弹簧A，所述压缩弹簧A安装在两个螺母中间。

所述一对柱塞式液压油缸的两个柱塞为T形柱塞，所述复位机构为压缩弹簧B，两个相同的压缩弹簧B分别设置在两个柱塞式液压油缸的有杆腔中。

所述一对柱塞式液压油缸的两个柱塞为T形柱塞，柱塞式液压油缸为双向运动油缸，所述复位机构为连接两个柱塞式液压油缸回油腔的蓄能器，所述蓄能器的最低供油压力能够在松开夹紧时使两个柱塞恢复初始位置。

所述液压平推式夹头还包括电动机、丝杠螺母机构、柱塞缸装置和压力传感器；电动机通过丝杠螺母机构带动柱塞缸装置向系统提供压力油p、Q，所述压力传感器与所述柱塞缸装置连接。

本发明的工作原理为：本发明的液压平推式夹头的两个柱塞式液压缸的油腔内通入压力油，其中：压力p，流量分别为Q₁和Q₂，分别推动两个柱塞向前运动。左右柱塞通过连接块带动两个旋向相反的螺母同时作相向直线运动。作直线运动的螺母带动丝杠作回转运动。设丝杠的导程为S，左侧丝杠为左旋，右侧丝杠为右旋，丝杠的转速设为n。左侧螺母向右的移动速度V₁＝n*S，右侧螺母向左的移动速度V₂＝n*S，二者运动速度值相同V＝V₁＝V₂，实现同步运动。在同样的时间T时两个螺母连同相应的柱塞的位移X₁和X₂的绝对值满足下列关系：

$x_1={\∫}_0^T{V}_1\·\mathrm{dt}=x_2={\∫}_0^T{V}_2\·\mathrm{dt}$

即两个螺母及相应的柱塞式液压油缸的柱塞的位移同步。上述两个丝杠螺母副也可以是右侧丝杠为左旋，左侧丝杠为右旋。同步运动的两个柱塞液压油缸的柱塞通过端部的夹紧块实现对试件的对称同步夹紧。当系统压力p减小，通过复位机构的作用使两个柱塞退回，松开夹紧。

本发明的液压平推式夹头的有益效果为：

1、采用高精度丝杠，可以使得同步精度很高，且结构简单；

2、采用滚珠丝杠具有很小的阻力，使得系统效率更高；

3、利用弹簧复位，使得夹头回位更为简单可靠。

4、柱塞采用T形结构，可以减小系统工作压力。

5、即使出现油液泄漏现象，只要维持系统压力，仍可以继续完成试验任务，而不会中断试验进程。

附图说明

图1为本发明的液压平推式夹头的结构原理图；

图2为本发明的液压平推式夹头丝杠螺母副受力示意图；

图3为本发明的液压平推式夹头柱塞为T形时一种形式的结构原理图；

图4为本发明的液压平推式夹头柱塞为T形时另一种形式的结构原理图；

图5为本发明的液压平推式夹头丝杠螺母同步机构受力分析静力学模型；

图6为本发明的液压平推式夹头结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为本发明的液压平推式夹头液压油缸与夹头体为分体式结构示意图；

其中：1、压缩弹簧A，2、螺母，3、丝杠，4、轴承，5、连接块，6、液压缸缸筒，7、柱塞，8、夹紧块，9、试件，10、基体，11、联轴器，12、压缩弹簧B，13、蓄能器，14、电动机，15、丝杠螺母机构，16、柱塞缸装置，17、压力传感器，18、同步机构端盖，19、液压缸端盖，20、螺钉，21、工艺孔，22、定位环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

实施例一：

参见附图1，本发明的液压平推式夹头包括：

一对柱塞式液压油缸，两个柱塞7的端部固定安装有一对夹紧块8；

同步机构，所述同步机构包括两组丝杠螺母副，每组丝杠螺母副保证不会产生自锁，两组丝杠螺母副导程相同、头数相同、结构尺寸相同、旋向相反，两根丝杠3的一端通过联轴器11同轴固定连接，保证两根丝杠3可以同时转动，另一端分别通过轴承4与基体10连接，丝杠3轴线与柱塞式液压油缸轴线平行，两个螺母2分别通过连接块5与两个柱塞7固定连接；

复位机构和基体10，所述一对柱塞式液压油缸和同步机构固定、安装在基体10上，所述一对柱塞式液压油缸中通入压力油，实现对试件9的夹紧，并通过复位机构实现对试件9的松开。

所述一对柱塞式液压油缸结构、尺寸相同，同轴安装。

所述丝杠3为滚珠丝杠或大导程T型丝杠。

所述复位机构为压缩弹簧A1，所述压缩弹簧A1安装在两个螺母2中间，压缩弹簧A1应该有足够的预紧力，它可以在保持螺母不旋转的情况下，驱动两个螺母作直线运动，此种情况下，当系统压力p减小，以至于液体压力产生的作用力小于压缩弹簧A1的作用力时，两个柱塞7退回，松开夹紧。

参见附图2，由于加工制造的原因会造成两个柱塞式液压油缸的截面积A₁与A₂不相等，还由于液压回路损失等原因，两个油缸柱塞7输出作用力pA₁和pA₂会不相等。此时依靠丝杠螺母副进行补偿调节，保证两个柱塞式液压油缸作用于试件9上作用力N₁和N₂满足关系N₁＝N₂。

假设出现N₁>N₂即N₁-N₂＝ΔN的情形。则左侧左旋螺母2受力增大，而增大的力会对丝杠3产生转矩，带动丝杠3转动或者产生移动趋势，转动方向如图1。转动的丝杠3的右半部分右旋丝杠3的左侧齿面受力，产生阻力矩，帮助右侧螺母2向左移动或者产生移动趋势，并由右旋螺纹的左侧承受ΔN，恢复力的平衡，即N₁＝N₂+ΔN。由于其他作用力较小，可以忽略，丝杠3仅仅承受作用力ΔN。而ΔN仅仅是由于两侧液压作用力的不平衡造成的，其值很小，因而起到同步作用的丝杠螺母副结构尺寸可以很小。

实施例二：

参见附图3，本实施例与实施例一的区别在于：所述一对柱塞式液压油缸的两个柱塞7为T形柱塞，所述复位机构为压缩弹簧B12，两个相同的压缩弹簧B12分别设置在两个柱塞式液压油缸的有杆腔中，此种情况两个柱塞7恢复初始位置分别依靠两个有杆腔中的压缩弹簧B12实现，压缩弹簧B12应该有足够的预紧力，它可以在保持螺母不旋转的情况下，驱动两个螺母作直线运动。

实施例三：

参见附图4，本实施例与实施例一的区别在于：所述一对柱塞式液压油缸的两个柱塞7为T形柱塞，柱塞式液压油缸为双向运动油缸，所述复位机构为连接两个柱塞式液压油缸回油腔的蓄能器13，所述蓄能器13的最低供油压力应该能够在松开夹紧时使两个柱塞7恢复初始位置。

本发明所有实施例中液压油缸的驱动控制可以是电动机14通过丝杠螺母机构15带动柱塞缸装置16向系统提供压力油p、Q，并依靠控制系统压力达到控制夹紧力的目的，压力检测由压力传感器17实现，本发明的驱动控制也可以采用液压式或气动式。另外，也可以将进油腔和回油腔与一个外部液压油源相连，实现液压油缸的驱动和复位控制。

对同步机构，即两对丝杠螺母副、联轴器、两个连接块整体进行受力分析，参见附图5，B₁、B₂为丝杠螺母副同步机构两个支承端受到的外部水平向作用力，R₁、R₂为外部垂直向作用力；P₁、P₂分别为两侧液压油施加的作用力，P₃、P₄分别为对试样夹紧时试样对柱塞的反作用力，H为螺母所受力的作用力线与丝杠螺母副轴线的距离；L为丝杠螺母副同步机构两个支承端的距离，静力平衡关系：

B₁-B₂+(P₁-P₃)-(P₂-P₄)＝0

R₁+R₂＝0

P₃＝P₄

(P₁-P₃)·H-(P₂-P₄)·H+R₂·L＝0

解得丝杠螺母副同步机构受到的外部支反力为：

$R_2=(P_2-P_1)\frac{H}{L}$

$R_1=-(P_2-P_1)\frac{H}{L}$

B₁-B₂＝P₂-P₁

将P₁、P₂视为两个柱塞式液压油缸受到的液压油作用力，由于二者差值很小，还由于H<<L，所以丝杠螺母副同步机构受到的作用力其值很小。

参见附图6和附图7，一种液压平推式夹头一种形式的结构示意图，其中的柱塞式液压油缸的柱塞7为T形，柱塞7的复位由压缩弹簧B12实现。柱塞式液压油缸通过液压缸端盖19分别形成各自的液压油腔。柱塞7和液压缸端盖19均由密封圈防止液压油泄漏。

两个柱塞7分别与两个螺母2通过连接块5固定连接在一起。连接块5的底端通过螺钉20紧固在柱塞7上。

由套筒联轴器11固定连接在一起的丝杠螺母副同步机构的两端分别通过可以同时承受轴向力和径向力的轴承4经同步机构端盖18紧固在基体10上。

为了装配需要基体10上开出必要的工艺孔21。

参见附图8，液压式平推夹头中柱塞式液压油缸与基体可以是分体式结构。

柱塞式液压油缸与基体为分体结构，液压缸缸筒6通过螺钉20连接到夹头体上，并用定位环22实现径向定位。分体式结构有利于油缸的精密加工。

Claims (8)

1.液压平推式夹头，其特征在于，包括：

一对柱塞式液压油缸，两个柱塞(7)的端部固定安装有一对夹紧块(8)；

同步机构，所述同步机构包括两组丝杠螺母副，每组丝杠螺母副保证不产生自锁，两组丝杠螺母副导程相同、头数相同、结构尺寸相同、旋向相反，两根丝杠(3)的一端通过联轴器(11)同轴固定连接，另一端分别通过轴承(4)与基体(10)连接，丝杠(3)轴线与柱塞式液压油缸轴线平行，两个螺母(2)分别通过连接块(5)与两个柱塞(7)固定连接；

复位机构和基体(10)，所述一对柱塞式液压油缸和同步机构固定、安装在所述基体(10)上，所述一对柱塞式液压油缸中通入压力油，实现对试件(9)的夹紧，并通过复位机构实现对试件(9)的松开。

2.根据权利要求1所述的液压平推式夹头，其特征在于，所述一对柱塞式液压油缸结构、尺寸相同，同轴安装。

3.根据权利要求1所述的液压平推式夹头，其特征在于，所述丝杠(3)为滚珠丝杠或大导程T型丝杠。

4.根据权利要求1所述的液压平推式夹头，其特征在于，所述复位机构为压缩弹簧A(1)，所述压缩弹簧A(1)安装在两个螺母(2)中间。

5.根据权利要求1所述的液压平推式夹头，其特征在于，所述一对柱塞式液压油缸的两个柱塞(7)为T形柱塞，所述复位机构为压缩弹簧B(12)，两个相同的压缩弹簧B(12)分别设置在两个柱塞式液压油缸的有杆腔中。

6.根据权利要求1所述的液压平推式夹头，其特征在于，所述一对柱塞式液压油缸的两个柱塞(7)为T形柱塞，柱塞式液压油缸为双向运动油缸，所述复位机构为连接两个柱塞式液压油缸回油腔的蓄能器(13)，回油腔即为安放压式弹簧B(12)的空间，所述蓄能器(13)的最低供油压力能够在松开夹紧时使两个柱塞(7)恢复初始位置。

7.根据权利要求6所述的液压平推式夹头，其特征在于，还包括电动机(14)、丝杠螺母机构(15)、柱塞缸装置(16)和压力传感器(17)；电动机(14)通过丝杠螺母机构(15)带动柱塞缸装置(16)向系统提供压力油p、Q，所述压力传感器(17)与所述柱塞缸装置(16)连接。

8.液压平推式夹头，其特征在于，包括：

一对柱塞式液压油缸，两个柱塞(7)的端部固定安装有一对夹紧块(8)；

同步机构，所述同步机构包括两组丝杠螺母副，每组丝杠螺母副保证不产生自锁，两组丝杠螺母副导程相同、头数相同、结构尺寸相同、旋向相反，两根丝杠(3)的一端通过联轴器(11)同轴固定连接，另一端分别通过轴承(4)与基体(10)连接，丝杠(3)轴线与柱塞式液压油缸轴线平行，两个螺母(2)分别通过连接块(5)与两个柱塞(7)固定连接；

液压油源和基体(10)，所述一对柱塞式液压油缸安装在基体上，所述一对柱塞式液压油缸的进油腔和回油腔与所述液压油源相连，实现液压油缸的驱动和复位控制。