CN105021454B - 一种微米级尺寸试样拉扭疲劳性能试验用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微米级尺寸试样拉扭疲劳性能试验用夹具。夹具包括作动轴，可拆卸主夹块设置在作动轴内与作动轴同轴定位,压板配合主夹块压紧试样，主夹块锁紧螺母锁紧于主夹块上并将主夹块与作动轴紧固。由于可以拆卸夹块根据中心刻线定位夹装试样，并且主夹块安装同轴性由主夹块与作动轴同轴配合保证，主夹块定位安装方便，解决常规夹具夹装微小试样时定位精度差、定位夹装不便的问题，能够提高夹持精度和试样夹装效率。试样夹持方式采用平推结构形式，夹持可靠，结构简单，适用于微米级尺寸试样拉扭多轴疲劳试验，具有夹持精度高，夹持可靠，夹持安装力矩小，定位夹装操作方便，结构简单易加工的优点。

Description

一种微米级尺寸试样拉扭疲劳性能试验用夹具

技术领域

本发明涉及一种夹具，特别涉及微米级尺寸试样拉伸、扭转或拉扭多轴疲劳性能试验的夹具。

背景技术

微米级尺寸材料力学性能特别是疲劳性能试验对于冠脉支架等微小结构优化设计和评估有很重要的意义。由于尺寸效应的影响，较大尺寸材料疲劳性能和研究方法不再适用于微米级微小尺寸材料，如100μm级线材或纤维。因而，需要针对微米级尺寸材料进行单轴及多轴疲劳性能试验。

微小尺寸材料拉扭多轴疲劳性能试验对于试验用夹具提出了特殊的要求：1)对于100μm级高强度纤维能够提供足够夹持力，夹持可靠不打滑；2)能够满足100μm级纤维扭转同轴夹持要求；3)由于微小尺寸试样疲劳性能试验用作动器及传感器均为精密机械，对于所施加的轴向载荷、弯矩和扭矩有严格的限制，因而需要避免夹持过程中对作动或测量轴施加过大载荷、弯矩或扭矩。目前，拉扭多轴疲劳疲劳试验用常规夹具主要有三爪型夹头、楔形夹具、套筒夹具等，被测试样则为毫米级常规尺寸试样。将常规夹具直接用于微米级尺寸材料试验将出现以下问题：1)微米级试样尺寸与夹头压紧面间隙同量级，夹持不可靠易打滑；2)微米级试样尺寸与常规夹具夹持同轴性误差接近，夹持同轴性不满足拉扭多轴疲劳性能试验要求；3)由于夹持不可靠有效性差且夹具结构较大，夹持的同时不可避免地对作动或测量轴施加较大弯矩和扭矩，将降低作动器或传感器寿命或可能直接对其造成损坏。因此，常规夹具无法直接应用于微米级尺寸材料疲劳性能试验。另一方面，若将常规夹具的结构形式适用于微米级尺寸材料夹持，对夹具加工精度要求将非常高，加工制造难度非常大。因此，有必要设计一种针对微米级尺寸材料拉扭多轴疲劳性能试验的夹具。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种用于微米级尺寸试样拉伸、扭转或拉扭多轴疲劳性能试验的夹具。该夹具夹持可靠，对中夹持操作方便，夹持精度高，夹持施加力矩小，结构简单，易加工。

本发明的技术方案如下：

一种微米级尺寸试样拉扭疲劳性能试验用夹具，包括作动轴1，可拆卸主夹块2设置在作动轴内与作动轴同轴定位,压板4配合主夹块压紧试样，主夹块2锁紧螺母锁紧于主夹块上并将主夹块与作动轴紧固。

所述的作动轴主要结构形状为阶梯光轴，阶梯轴小径端连接传感器或电机，阶梯轴大径端安装主夹块及其锁紧螺母；轴大径端开一贯通前后面的矩形槽，为主夹块锁紧槽，槽宽允许主夹块锁紧螺母在槽内自由转动到其固定位置；锁紧槽顶部中心设置有一圆孔与阶梯轴小径段同轴，该圆孔与主夹块定位轴段相配合，实现主夹块的同轴定位；锁紧槽下部开口，方便主夹块插入作动轴；开口槽槽肩设置锁紧螺母安装螺纹孔，用于锁紧主夹块锁紧螺母。

所述主夹块主要结构形状为三段阶梯轴，轴大径段和小径段要求同轴；轴大径段与作动轴内圆孔间隙配合，是主夹块定位轴段，实现主夹块-作动轴同轴定位安装；轴小径段平行于轴线切一夹持平面，该平面相对于轴线偏移一定距离，该距离取为待夹持试样半径，平面上设置锁紧螺孔，平面下缘倒圆角；夹持平面设置有一中心刻线，用于定位试样夹装位置；将一矩形压板通过螺钉依次压紧试样、夹持平面，从而夹紧试样，压板上、下边缘倒圆角；轴中径段加工螺纹，安装锁紧螺母，以便进一步将主夹块固定在作动轴上。

所述主夹块锁紧螺母外形为圆角矩形板，中心设置主夹块安装螺纹孔，两侧有作动轴固定孔。

试样夹持过程包括试样定位夹持和主夹块定位安装2个步骤，具体操作过程如下：首先使试样根据中心刻线定位并简单固定在主夹块上，通过螺钉将压板与主夹块压紧，此时试样锁紧在主夹块上。然后将锁紧螺母锁紧在主夹块中径段；旋转主夹块使锁紧螺母通过作动轴开口槽，并将主夹块定位轴段插入作动轴中心圆孔以定位其安装位置；旋转主夹块或作动轴，将锁紧螺母通过螺钉锁紧在作动轴开口槽槽肩处。夹具拆卸步骤与其夹持步骤相反。拉扭试验过程中，拉伸载荷越大，作动轴-主夹块固定越紧；锁紧螺母与主夹块、作动轴之间通过螺纹紧固，足以抵抗微小尺寸试样微牛米级试验扭矩。

本发明的优点是：1)由于可以拆卸夹块根据中心刻线定位夹装试样，并且主夹块安装同轴性由主夹块与作动轴同轴配合保证，主夹块定位安装方便，所以本发明能够解决常规夹具夹装微小试样时定位精度差、定位夹装不便的问题，能够提高夹持精度和试样夹装效率。

2)试样夹持方式采用平推结构形式，夹持可靠，结构简单，适用于微米级尺寸试样拉扭多轴疲劳试验。

3)一方面，可拆卸夹块夹持试样，夹紧试样所需扭矩不会传递到作动轴；另一方面，微米级尺寸材料通常在拉伸载荷下试验，由于轴向加载方向与主夹块锁紧螺母和作动轴开口槽肩压紧方向一致，拉力越大，作动轴-主夹块固定越紧，并且考虑微小尺寸试样试验扭矩很小，将主夹块锁紧螺母固定于作动轴开口槽槽肩所需安装力矩小。因而，可避免在试样夹装过程中对作动或测量装置施加较大载荷、弯矩、扭矩，延长作动器、传感器使用寿命。

4)本发明将试样夹持分离试验的测试机构(如力传感器)，主夹块同轴定位质量由结构加工精度决定，因而整个夹装过程仅需试样定位夹紧及主夹块固定，定位夹装操作方便。

5)本发明主要应用于微米级微小尺寸试样拉伸、扭转或拉扭疲劳性能试验用夹具。且试样拆卸夹持，可避免在试样夹装过程中对作动或测量轴施加较大弯矩、扭矩，延长作动器、传感器使用寿命。

上述说明，本夹具可用于微米级尺寸试样拉扭疲劳性能试验，具有夹持精度高，夹持可靠，夹持安装力矩小，定位夹装操作方便，结构简单易加工的优点。

附图说明

图1为微米级尺寸试样拉扭疲劳试验夹具装配体主视图

图2为微小尺寸试样拉扭疲劳试验夹具装配体左视图。

图3为本发明中作动轴剖面图。

图4为本发明中主夹块结构示意图。

图5为本发明中锁紧螺母结构示意图。

图6为本发明中压板结构示意图。

图中：1.作动轴，11.矩形开口槽，12.槽开口，13.锁紧螺母安装孔，14.定位圆孔，2.主夹块，21.主夹块定位轴段，22.试样夹持段，23.试样夹持平面，24.中心刻线，25.试样夹紧螺孔，26.夹持平面棱边圆角，27.锁紧螺母安装段，3.锁紧螺母，31.主夹块安装螺纹孔，32.作动轴固定孔，4.压板，41.压板棱边圆角。

具体实施方式

如图1、2所示，一种100μm级线材或纤维试样拉伸、扭转或多轴拉扭疲劳试验用夹具，包括作动轴1，插入作动轴内与作动轴同轴定位用于夹持试样的可拆卸主夹块2及配合主夹块2夹紧试样的压板4，安装在主夹块上使主夹块2固定于作动轴1的锁紧螺母3。

如图3所示，作动轴1主要结构形状为阶梯光轴，阶梯轴小径端连接传感器或电机，阶梯轴大径端为主夹块安装端，此端安装固定主夹块2。主夹块安装端设置有前后贯通矩形开口槽11，开口槽槽肩设置锁紧螺母安装孔13。外形为圆角矩形板的锁紧螺母3能够通过槽开口12并在矩形槽11中旋转至锁紧螺母安装位置。开口槽槽肩及槽壁厚度应保证其刚度，使结构在试验载荷范围内变形可忽略。开口槽11顶部设置有定位圆孔14，圆孔与作动轴1小径端有较高同轴度要求，且与主夹块2定位轴段21呈小间隙配合，定位轴段长度应大于其直径。

如图4所示，主夹块2主要结构形状为三段阶梯轴。主夹块定位轴段21位于轴大径段，与作动轴1内定位圆孔14配合实现主夹块-作动轴同轴安装定位。试样夹持段22位于轴小径段，要求其与主夹块定位轴段21有较高同轴性。在试样夹持段22内沿轴线切出平面后，再磨至平面距轴线0.05mm,得到试样夹持平面23；进一步用千分尺精确测量并刻出平面中心线得到中心刻线24，用于定位试样。试样夹持平面23上设置有试样夹紧螺孔25,借助压板4通过螺钉将试样压紧在主夹块2夹持平面23上，与试样接触的棱边应倒圆角26。轴中径段为锁紧螺母安装段27，加工有螺纹，锁紧螺母3由此旋入并锁紧在轴肩上。

如图5所示，锁紧螺母3外形为圆角矩形板，圆角大小应允许其在作动轴开口槽11中自由水平转动。锁紧螺母3中心设置主夹块安装螺纹孔31，两侧有作动轴固定孔32。

如图6所示，压板4结构形状为矩形，大小与主夹块夹持平面一致。压板和主夹块压紧面边缘棱倒圆角41，从而减小夹持对试样表面损伤。

装夹试样时，首先在低倍光学显微镜下将试样定位在夹块中心线24上，用胶水固定，再通过螺钉将压板4与主夹块2夹持平面23压紧以锁紧试样；将锁紧螺母3旋入主夹块的锁紧螺母安装段27并锁紧在轴肩上，先安装可自由旋转的扭转作动端夹块，旋转主夹块2使固定于其上的锁紧螺母3通过作动轴开口槽11，并将定位轴段21插入作动轴1定位圆孔14，再旋转主夹块2亦即锁紧螺母3使其作动轴固定孔32与作动轴的锁紧螺母安装孔13对应，将锁紧螺母3与作动轴1锁紧；然后在保持扭转作动轴旋转自由的条件下安装另一端主夹块。拆卸夹具时，首先卸下作动轴开口槽槽肩13处锁紧螺母-作动轴紧固螺钉，旋转紧固有锁紧螺母3的主夹块2，将其从作动轴1中取出；然后从主夹块2上拆卸压板4。

Claims (1)

1.一种微米级尺寸试样拉扭疲劳性能试验用夹具，包括作动轴、主夹块和压板；其特征是可拆卸主夹块设置在作动轴内与作动轴同轴定位,压板配合主夹块压紧试样，主夹块锁紧螺母锁紧于主夹块上并将主夹块与作动轴紧固；所述的作动轴结构形状为阶梯光轴，阶梯光轴小径端连接传感器或电机，阶梯光轴大径端安装主夹块及其锁紧螺母；阶梯光轴大径端开一贯通前后面的矩形槽，为主夹块锁紧槽，槽宽允许主夹块锁紧螺母在槽内自由转动到其固定位置；锁紧槽顶部中心设置有一圆孔与阶梯光轴小径段同轴，该圆孔与主夹块定位轴段相配合，实现主夹块的同轴定位；锁紧槽下部设置有主夹块插入作动轴的开口；锁紧槽槽肩设置锁紧螺母安装螺纹孔，用于锁紧主夹块锁紧螺母；所述主夹块结构形状为三段阶梯轴，轴大径段和小径段要求同轴；轴大径段与作动轴内圆孔间隙配合，是主夹块定位轴段，实现主夹块-作动轴同轴定位安装；轴小径段平行于轴线切一夹持平面，该平面相对于轴线偏移一定距离，该距离取为待夹持试样半径，平面上设置锁紧螺孔，平面下缘倒圆角；夹持平面设置有一中心刻线，用于定位试样夹装位置；将压板通过螺钉依次压紧试样、夹持平面，从而夹紧试样，压板上、下边缘倒圆角；轴中径段加工螺纹，安装锁紧螺母，进一步将主夹块固定在作动轴上；所述主夹块锁紧螺母外形为圆角矩形板，中心设置主夹块安装螺纹孔，两侧有作动轴固定孔。