CN104406844A - 可自动调平的端面接触式上试样夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动调平的端面接触式上试样夹具，属一种用于摩擦磨损试验机的试样夹具，包括基体，基体固定在底板上，且基体还与基体压板活动连接，基体与基体压板的内侧共同构成为同心凹环球面，且底板上设有调平球窝与调平球，所述调平球与调平球窝大小相匹配并置于调平球窝的内部；所述的上试样夹具还包括夹具本体与夹具压板，所述夹具本体与夹具压板的外侧共同构成与所述同心凹环球面相吻合的同心环球面，且夹具本体与夹具压板的内侧均设有与试样相吻合的同轴半圆柱凹面。夹具本体与夹具压板可保证试样夹持后的固定稳定性，并且可使上下试样的测试面完整均匀接触，使上下试样之间的角度消失，有效提高了摩擦磨损试验数据的准确性。

Description

可自动调平的端面接触式上试样夹具

 

技术领域

本发明涉及一种用于摩擦磨损试验机的试样夹具，更具体的说，本发明主要涉及一种可自动调平的端面接触式上试样夹具。

 

背景技术

由于发生相对运动，使得相互接触的机械零件之间因为摩擦造成零件损伤。微动磨损是发生在有极小振幅运动的机械零件中的一种损伤方式，是工程中最为常见、最普遍的一种损伤形式。通过模拟实际工况环境来研究材料的摩擦磨损性能，是提升机械零部件寿命的有效手段。摩擦磨损试验机是一种用于研究材料接触表面之间摩擦磨损和润滑性能的科学仪器，实验用试样的夹持固定是真实反映材料摩擦磨损性能的重要环节。为了能够真实模拟实际工况环境，摩擦磨损实验要求上下试样的测试面必须完整均匀接触。一个性能优异的试样夹具除了保证上下试样测试面的完整均匀接触外，夹具的易装夹性、高刚性、耐磨损、不损伤试样、装夹稳定牢固及小型轻便性能也是高性能摩擦磨损试验机的基本要求。尤其对于微动摩擦磨损实验，由于运动的幅度非常小（通常在微米级别），更对夹具的刚性及夹持稳定性提出了更高的要求。

目前，国内关于试验机试样夹具的专利多集中于材料拉伸试验机，如公开号为CN103645092的中国发明专利，授权公告号为CN203629956的中国实用新型专利等，而针对于摩擦磨损试验机的试样夹具还未见有授权专利。摩擦磨损实验中，常见的试样接触方式主要有点-面接触、线-面接触、面-面接触三种形式。目前市面上线-面接触、点-面接触式上试样夹具技术上比较成熟，而用于实现面-面接触摩擦磨损实验的上试样夹具则很少。传统的面-面接触式上试样一般都采用矩形块状试样，由于夹具要同时夹持4个面，所以试样很难夹紧，且夹紧易造成试样倾斜。并且，由于加工精度、装配精度等的影响，面-面接触式摩擦磨损试验中，上下试样测试面之间都会有一个较小的角度，不能完整均匀接触，从而造成实验测试数据的偏差。因而有必要针对现有上试样的夹具结构做进一步的研究和改进。

 

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种可自动调平的端面接触式上试样夹具，以期望解决现有技术中端面接触式夹具在摩擦磨损试验中不能稳定夹持上试样，以及上下试样无法均匀接触出现偏心载荷，造成摩擦磨损试验数据偏差等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种可自动调平的端面接触式上试样夹具，包括基体，所述基体固定在底板上，且所述基体还与基体压板活动连接，所述基体与基体压板的内侧共同构成为同心凹环球面，且底板上设有调平球窝与调平球，所述调平球与调平球窝大小相匹配并置于调平球窝的内部；所述的上试样夹具还包括夹具本体与夹具压板，所述夹具本体与夹具压板的外侧共同构成与所述同心凹环球面相吻合的同心环球面，且夹具本体与夹具压板的内侧均设有与试样相吻合的同轴半圆柱凹面，用于由夹具本体与夹具压板共同将待夹持试样包络在其中。

作为优选，进一步的技术方案是：所述基体与基体压板的外侧共同组成同轴柱面，且所述基体通过销轴与基体压板的一端活动连接，且基体压板通过锁紧螺钉或螺栓与基体固定连接。

更进一步的技术方案是：所述基体与基体压板相连接的一端上分别设有相互对应的径向螺孔。

更进一步的技术方案是：所述调平球窝置于基体与基体压板内侧同心凹环球面的中心处，用于使调平球窝到同心凹环球面与其在同一水平面上的任意位置的直线距离均相等。

更进一步的技术方案是：所述基体内侧与外侧的弧面角度大于基体压板内侧与外侧的弧面角度。

更进一步的技术方案是：所述夹具本体内侧与外侧的弧面角度大于夹具压板内侧与外侧的弧面角度。

更进一步的技术方案是：所述底板为矩形，且所述底板的四个角附近均设有螺孔，用于将上试样夹具安装在摩擦磨损试验机上。

更进一步的技术方案是：所述调平球窝与调平球的最大半径相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：夹具本体与夹具压板具有与试样相吻合的同轴半圆柱凹面，保证了试样夹持后轴向位置的精确性以及夹持的固定稳定性，且有利于试验中上试样对中的操作，并且夹具本体与夹具压板将试样夹紧后可通过调平球在同心凹环球面内转动，直至上下试样的测试面完整均匀接触，使上下试样之间的角度消失，有效提高了摩擦磨损试验数据的准确性；同时本发明所提供的一种可自动调平的端面接触式上试样夹具结构简单，通过调整弧面及半径尺寸可用于各类圆柱形平头、圆柱形方头试样的端面接触以及圆柱形球头试样的点面接触摩擦磨损试验，应用范围广阔。

 

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本发明一个实施例中基体与基体压板结构示意图；

图3为用于说明本发明一个实施例中夹具本体与夹具压板的结构示意图；

图4为用于说明本发明一个实施例中试样的结构示意图；

图中，1为基体、2为基体压板、3为同心凹环球面、4为调平球窝、5为调平球、6为夹具本体、7为夹具压板、8为同心环球面、9为同轴半圆柱凹面、10为同轴柱面、11为锁紧螺钉或螺栓、12为底板、13为螺孔、14为试样、15为销轴。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1及图2所示，本发明的一个实施例是一种可自动调平的端面接触式上试样夹具，包括基体1，该基体1固定在底板12上，且基体1还与基体压板2活动连接，更为重要的是，前述基体1与基体压板2的内侧共同构成为同心凹环球面3，并且在底板12上还需增设调平球窝4与调平球5，而调平球5需与调平球窝4大小相匹配，并置于调平球窝4的内部；另外，结合图3所示，本实施例中的上试样夹具中还设有夹具本体6与夹具压板7，而夹具本体6与夹具压板7均置于基体1与基体压板2的内部，并且夹具本体6与夹具压板7的外侧共同构成与同心凹环球面3相吻合的同心环球面8，且夹具本体6与夹具压板7的内侧均设有与试样相吻合的同轴半圆柱凹面9，用于由夹具本体6与夹具压板7共同将待夹持试样包络在其中。而优选的是，为保证调平球窝4与调平球5相互之间配合性，可将它们的最大半径设置为相等。

在本实施例中，夹具本体与夹具压板具有与试样相吻合的同轴半圆柱凹面，保证了试样夹持后轴向位置的精确性以及夹持的固定稳定性，且有利于试验中上试样对中的操作，并且夹具本体与夹具压板将试样夹紧后可通过调平球在同心凹环球面内转动，直至上下试样的测试面完整均匀接触，使偏心载荷消失，有效提高了摩擦磨损试验数据的准确性。

而另一方面，为方便夹具加工以及在摩擦磨损试验机上的安装，还可使基体1与基体压板2的外侧共同组成同轴柱面10，并使基体1通过销轴15与基体压板2的一端活动连接，且基体压板2通过锁紧螺钉或螺栓11与基体1固定连接。

在基体1与基体压板2上述的连接关系的基础上，更加具体的结构设置为，在基体1与基体压板2相连接的一端上分别设置相互对应的径向螺孔。

在参考图3所示，为进一步提升夹具调平的可实施性，发明人还对上述的调平球窝4的位置进行反复试验，认为较为优选的位置是将调平球窝4置于基体1与基体压板2内侧同心凹环球面3的中心处，用于使调平球窝4到同心凹环球面3与其在同一水平面上的任意位置的直线距离均相等。从而当调平球5配合试样及夹具进行旋转时，更容易使上下工件均匀接触，杜绝两者之间的偏差角度。

正如图2与图3所示出的， 在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，为保证夹具本体6与夹具压板7夹紧试样时能与试样的外表面吻合接触，避免出现夹具本体6与夹具压板7闭合后受到试样抵触的问题，可将夹具本体6内侧与外侧的弧面角度设置为大于夹具压板7内侧与外侧的弧面角度，同前述原理，也可将基体1内侧与外侧的弧面角度大于基体压板2内侧与外侧的弧面角度，例如在本实施例中，将夹具本体6内侧与外侧的弧面角度均设置为180度，将夹具压板7的内侧与外侧的弧面角度均设置为175度，同样的，将基体1内侧与外侧的弧面角度也设置为180度，将基体压板2内侧与外侧的弧面角度设置为175度；而剩余的5度则为预留空间，更有利于夹具夹紧试样以及基体夹紧夹具。

同时为方便夹具在摩擦磨损试验机上安装，可在上述的底板12上预留螺孔13，通过螺栓进行固定，而发明人考虑了常规摩擦磨损试验机上螺孔的位置设置，将上述的底板12设置矩形，并将螺孔13设置在矩形四个角的附近。

参考图1至3所示，本发明上述优选的一个实施例在实际使用中，将调平球5放入底板12上的调平球窝4中，再将试样14放入夹具本体6与夹具压板7之间，然后将三者一并放入基体1与基体压板2之间，基体1与基体压板2通过销轴15连接，基体压板2可围绕销轴15轴线旋转，拧紧锁定螺丝，基体1及基体压板2向内挤压夹具本体6及夹具压板7夹紧试样的同时，基体1与基体压板2相配合，在保持当前试样接触状态的情况下，将夹具本体6与夹具压板7同时夹紧并固定。

此时，夹具本体6与夹具压板7通过同轴半圆柱凹面9将试样包络在其中，保证了试样夹持的同轴性及稳定性。同心环球面8与同心凹环球面3相切，使得试样夹具可在基体内自由旋转；调平球5与调平球窝4相切，并同时与夹具本体6的下底面相切，因而使得很小的偏心载荷就可使夹具本体在同心凹环球面3内转动，直至上下试样的测试面完整均匀接触，偏心载荷消失，即上下试样测试面之间的角度为0或接近于0。正如图4所示，本发明按照上述的装配方式可用于圆柱形平头、圆柱形方头试样的端面接触摩擦磨损试验，亦可用于圆柱形球头试样的点面接触摩擦磨损试验。

除上述以外，本发明所提供的一种可自动调平的端面接触式上试样夹具还具有如下特点：

1、采用圆柱状试样，试样与试样夹持面具有同样的曲率半径，保证了试样夹持后轴向位置的精确性，解决了上试样对中的问题；

2、与传统夹具依靠螺钉顶紧试样的方式不同，本发明通过压板固定试样，克服了旋紧螺钉的过程中螺钉前端挤压试样容易造成试样圆柱面局部损坏的缺陷。使得一个试样既可以用于端面接触式摩擦磨损实验，也可用于线面接触式摩擦磨损实验，就提高了试样的利用率；

4该上试样夹具即可夹持圆柱形平头试样与圆柱形方头试样开展端面接触式摩擦磨损实验，也可夹持圆柱形球头试样开展点面接触式摩擦磨损实验，一种夹具两种用途；

5、通过修改夹具本体与夹具压板上试样固定同轴半圆柱凹面的曲率半径，使得夹具可夹持任意半径的圆柱形试样；

6、夹具通过销轴与一个锁紧螺钉或螺栓实现试样的装夹固定，使得试样装夹、拆卸更加简单方便；

7、由于试样夹具可在基体内自由旋转，在外加载荷的作用下，上试样可随着下试样平面的状态自由转动，从而使得上下试样测试面达到完整均匀接触的目的，并通过锁紧螺钉固定接触状态；

8、整个夹具结构紧凑、零件数量少、体积小。夹具的整体高度可小于20mm，有利于减小弯矩对测试结果的影响，提高测量精度；

9、夹具的主要零件基体、基体压板、试样夹具、夹具压板、调平球均由耐磨、耐腐蚀的材料GCr15号高碳铬轴承钢经热处理后制成，使用寿命长，无需维护。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种可自动调平的端面接触式上试样夹具，包括基体（1），所述基体（1）固定在底板（12）上，且所述基体（1）还与基体压板（2）活动连接，其特征在于：所述基体（1）与基体压板（2）的内侧共同构成为同心凹环球面（3），且底板（12）上设有调平球窝（4）与调平球（5），所述调平球（5）与调平球窝（4）大小相匹配并置于调平球窝（4）的内部；

所述的上试样夹具还包括夹具本体（6）与夹具压板（7），所述夹具本体（6）与夹具压板（7）的外侧共同构成与所述同心凹环球面（3）相吻合的同心环球面（8），且夹具本体（6）与夹具压板（7）的内侧均设有与试样相吻合的同轴半圆柱凹面（9），用于由夹具本体（6）与夹具压板（7）共同将待夹持试样包络在其中。

2.根据权利要求1所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述基体（1）与基体压板（2）的外侧共同组成同轴柱面（10），且所述基体（1）通过销轴与基体压板（2）的一端活动连接，且基体压板（2）通过锁紧螺钉或螺栓（11）与基体（1）固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述基体（1）与基体压板（2）相连接的一端上分别设有相互对应的径向螺孔。

4.根据权利要求1或2所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述调平球窝（4）置于基体（1）与基体压板（2）内侧同心凹环球面（3）的中心处，用于使调平球窝（4）到同心凹环球面（3）与其在同一水平面上的任意位置的直线距离均相等。

5.根据权利要求1所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述基体（1）内侧与外侧的弧面角度大于基体压板（2）内侧与外侧的弧面角度。

6.根据权利要求5所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述夹具本体（6）内侧与外侧的弧面角度大于夹具压板（7）内侧与外侧的弧面角度。

7.根据权利要求1所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述底板（12）为矩形，且所述底板（12）的四个角附近均设有螺孔（13），用于将上试样夹具安装在摩擦磨损试验机上。

8.根据权利要求1所述的可自动调平的端面接触式上试样夹具，其特征在于：所述调平球窝（4）与调平球（5）的最大半径相等。