CN105403456B - 一种金属材料单轴性能测试夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属材料单轴性能测试夹具,包括施载装置、传递装置和夹持装置,其中施载装置由施载轴、连接板和连接支架组成,传递装置由左右两个支撑架、左右两个双V型滑块和一个双V型直线滑轨组成,夹持装置包括内侧带有试样锁紧螺母的左右两个夹具头。实际工作中,通过调节施载轴上垂直方向载荷的受载方向、载荷大小或位移量,可实现夹具内金属棒状或板状试样的单轴性能测试。本发明的整体结构简单、传动刚度好、系统运行稳定、空间利用率高,可方便地通过对载荷或位移的控制实现试样的具体测试,有利于系统的控制和几何量的测量,同时通过设置对称式传动结构可提高载荷的加载速率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料性能测试设备技术领域,具体涉及一种金属材料单轴性能测试夹具。
背景技术
金属材料因其本身所具有的优势性能而占据现代工业生产中的重要地位,并已在各行业中得到了广泛的应用。人们要想有效地使用材料,首先必须要了解材料的性能,金属材料的性能决定着其自身的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面:物理性能、化学性能、机械性能(或称为力学性能)及工艺性能,其中机械性能是机械零部件设计和选材的主要依据,因此,机械性能的测试是所有测试项目中最重要和最主要的内容之一。现有技术中,对材料样(制)品的单轴拉伸和单轴压缩试验是材料机械性能试验的基本方法,通过拉伸和压缩试验,可测定材料的一系列强度指标和塑性指标,如弹性极限、伸长率、比例极限、弹性模量、屈服点、屈服强度及强度极限等,这些力学性能指标均是反映金属材料力学性能的重要参数;同时,金属材料的拉伸和压缩试验有规范的操作流程,操作简单、方便,已成为当今应用最广泛的力学性能测试方法。
金属材料的单轴拉伸和单轴压缩试验主要是在材料性能试验机上进行,市场上已有各类成熟的性能试验设备,按其输出动力源的不同归纳起来主要分为电子万能式、电液万能式、液压万能式、电液伺服万能式四种。虽然各种万能试验机的动力形式不同,但其传动系统均采用控制精度较高的交/直流伺服电机与滚珠丝杠副组合而成,整机具有效率高、精度高等特点。
但是,现有的单轴性能试验机考虑到整机成本,都只在试样的一端也就是单端夹具上设置动力输出,其载荷的加载速率完全受制于动力源的响应及加载速率,而不能通过结构的调整来加大加载速率范围。此外,在进行单轴性能测试时,要求传动丝杠在单轴运动方向上有足够的行程空间,对于现行的单边加载设备,就要求有足够长的丝杠长度,尤其对于伸长率较大的金属材料而言,这也极大地降低了加载过程中整机的传动刚度。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决,提供一种结构简单、传动刚度好、运行稳定、空间利用率高及加载测试效率高的金属材料单轴性能测试夹具,该测试夹具利用两个对称分布的支撑架将垂直方向的载荷分解为水平方向的两个载荷源,无需额外增加动力源,即可实现单一动力源单轴性能试验试样的双边等量加载。
为达到上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的:所提供的金属材料单轴性能测试夹具包括施载装置、传递装置以及夹持装置,其中,
所述的施载装置由自上而下依次设置的施载轴、连接板和连接支架组成,施载轴的上端与外加负载连接,下端通过锁紧螺栓螺母组合固定于连接板上,连接板通过固定螺栓螺母组合固定连接于连接支架上;
所述的传递装置由左支撑架、右支撑架、双V型左滑块、双V型右滑块和双V型直线滑轨组成,左支撑架和右支撑架的一端分别铰装在连接支架上构成两个回转铰链,左支撑架和右支撑架的另一端分别铰装在双V型左滑块和双V型右滑块上,双V型左滑块和双V型右滑块分别配合装接在双V型直线滑轨的左右两侧并可沿双V型直线滑轨来回移动;
所述的夹持装置包括内侧带有试样锁紧螺母的左夹具头和右夹具头,左夹具头和右夹具头分别通过左固定螺母和右固定螺母固定安装在双V型左滑块和双V型右滑块上。
本发明进一步的技术解决方案还在于:在连接支架上并排开有两个前后向贯穿的安装孔,在双V型左滑块和双V型右滑块上各开有一个前后向贯穿的安装孔,左支撑架和右支撑架的一端分别利用两组相同的C型卡簧及两组相同的调心球轴承各与一根连接轴连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧及和两组相同的深沟球轴承将各自连接轴的两悬臂端分别安装于连接支架的对应的安装孔内,形成两个回转铰链;左支撑架和右支撑架的另一端利用两组相同的C型卡簧及两组相同的调心球轴承各与一根连接轴连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧及两组相同的深沟球轴承将各自连接轴的两悬臂端分别安装于对应的双V型滑块的安装孔内。
本发明进一步的技术解决方案还在于:双V型左滑块和双V型右滑块通过与之相匹配的双V型直线滑轨进行V型啮合可滑动连接。
本发明进一步的技术解决方案还在于:双V型直线滑轨通过螺纹固定在一块底板上,左支撑架和右支撑架是对称分布的;
本发明进一步的技术解决方案还在于:左夹具头和右夹具头的中心线处于同一水平线上,并且垂直于施载轴。
本发明进一步的技术解决方案还在于:左夹具头和右夹具头的内侧端均采用锥状悬臂夹持头。
本发明进一步的技术解决方案还在于:在双V型直线滑轨的一侧端装有可移动的限位开关,起到停机保护作用。
实际工作中,本发明所述的金属材料单轴性能测试夹具利用传递、夹持装置的空间对称分布的结构,将垂直方向的单一载荷源分解为等效的两个水平方向载荷源,可对标准规范尺寸的金属棒材试样和板材试样进行夹持,通过调整施载轴的受载方向、载荷大小或位移量,实现对夹具内试样单轴拉伸和单轴压缩性能的精确测试,通过这种在试样两端同时设置动力源的方式,在相同的外载加载速率下,可提高单轴性能试验的载荷加载速率。本发明除具有整体结构简单、空间利用率高及载荷加载效率高等优点外,还具有良好的传动刚度,其载荷传递稳定,无失步、打滑、滞后等现象,可方便的通过载荷或位移的控制实现对金属试样的测试,同时,试样在测试过程中受载均匀,机械传动平稳可靠,有利于系统的控制和几何量的测量。
附图说明
图1是本发明一个具体实施例的主视结构示意图。
图2是图1所示实施例的俯视图。
图3是图1所示实施例的左视图。
图4是图1所示实施例的C-C截面剖视图。
图5是图1所示实施例的D-D截面剖视图。
图6是图2所示实施例的E-E截面剖视图。
图7是图1所示实施例的F-F截面剖视图。
图8是图1所示实施例的二等角轴视图。
图9是本发明做单轴拉伸时的工作原理图。
图10是本发明做单轴压缩时的工作原理图。
附图中各数字标号的名称分别是:1-左支撑架,2-左上连接轴,3-施载轴,4-固定螺栓螺母组合,5-连接板,6-连接支架,7-右上连接轴,8-右支撑架,9-右下连接轴,10-双V型右滑块,11-右固定螺母,12-限位开关,13-双V型直线滑轨,14-底板,15-右夹具头,16-右锁紧螺母,17-试样,18-左锁紧螺母,19-左夹具头,20-双V型左滑块,21-左固定螺母,22-左下连接轴,23-锁紧螺栓螺母组合,24-第一C型卡簧,25-第一深沟球轴承,26-第二C型卡簧,27-第一调心球轴承,28-第二调心球轴承,29-第三C型卡簧,30-第二深沟球轴承,31-第四C型卡簧,32-第五C型卡簧,33-第三深沟球轴承,34-第六C型卡簧,35-第三调心球轴承,36-第四调心球轴承,37-第七C型卡簧,38-第四深沟球轴承,39-第八C型卡簧,40-第九C型卡簧,41-第五深沟球轴承,42-第十C型卡簧,43-第五调心球轴承,44-第六调心球轴承,45-第十一C型卡簧,46-第六深沟球轴承,47-第十二C型卡簧。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细说明。
本发明的一个具体实施例结构如图1~图8所示,该金属材料单轴性能测试夹具主要包括施载装置、传递装置和夹持装置三部分。
施载装置由自上而下依次设置的施载轴3、连接板5和连接支架6组成。施载轴3的一端通过一个锁紧螺栓螺母组合23固定于连接板5上,另一端与外加载荷连接,传递外加载荷所施加的载荷或位移量给整个性能测试夹具.连接板5利用六组固定螺栓螺母组合4固定在连接支架6上。在连接支架6上并排开有两个分别用于铰装左、右支撑架1、8上端架杆的安装孔。
传递装置包括两个支撑架(左支撑架1、右支撑架8)、两个双V型滑块(双V型左滑块20、双V型右滑块10)以及一条双V型直线滑轨13,两个支撑架呈斜向对称布置,在双V型左滑块20和双V型右滑块10上各开有一个分别用于铰装左、右支撑架1、8下端架杆的安装孔。具体实施结构中,左支撑架1的上端利用两组相同的C型卡簧(第六C型卡簧34和第七C型卡簧37)及两组相同的调心球轴承(第三调心球轴承35和第四调心球轴承36)与左上连接轴2连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧(第五C型卡簧32和第八C型卡簧39)及两组相同的深沟球轴承(第三深沟球轴承33和第四深沟球轴承38)将左上连接轴2的两悬臂端安装于连接支架6的安装孔内形成一个回转铰链;左支撑架1的下端利用两组相同的C型卡簧(第二C型卡簧26和第三C型卡簧29)及两组相同的调心球轴承(第一调心球轴承27和第二调心球轴承28)与左下连接轴22连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧(第一C型卡簧24和第四C型卡簧31)及两组相同的深沟球轴承(第一深沟球轴承25和第二深沟球轴承30)将左下连接轴22的两悬臂端安装于双V型左滑块20的安装孔内;右支撑架8的上端利用两组相同的C型卡簧(第十C型卡簧42和第十一C型卡簧45)及两组相同的调心球轴承(第五调心球轴承43和第六调心球轴承44)与右上连接轴7连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧(第九C型卡簧40和第十二C型卡簧47)及两组相同的深沟球轴承(第五深沟球轴承41和第六深沟球轴承46)将右上连接轴7的两悬臂端安装于连接支架6的安装孔内形成另一个回转铰链;右支撑架8的下端利用与左支撑架1下端相同的卡簧及轴承结合形式通过右下连接轴9与双V型右滑块10相连。双V型左滑块20和双V型右滑块10的V型底端通过与之相匹配的双V型直线滑轨13进行V型啮合可滑动连接(参见图3-5、图8),双V型直线滑轨13利用螺纹连接固定安装于底板14上。上述结构中,各调心轴承主要用于对相应的连接轴进行支撑并定心,各深沟球轴承的作用是对相应连接轴的两悬臂端进行固定支撑,每个轴承的内圈均利用一个C型卡簧进行固定,以防止连接轴及轴承的轴向窜动。为使系统在超行程运行过程中具有自动停机功能,在双V型直线滑轨13的一端安装有限位开关12,起到停机保护作用。
夹持装置包括两个对称布置的夹具头(左夹具头19和右夹具头15),左夹具头19的一端利用螺纹连接固定安装于双V型左滑块20的安装孔内,另一端采用锥状悬臂夹持头,夹持头内设计有利于板材和棒材夹持的平行锯齿面和孔面,通过左锁紧螺母18对安装于左夹具头19锥状悬臂夹持头中心孔内的试样17进行锁紧固定。右夹具头15采用与左夹具头19相同的结构设置方式进行对称布置。
为使试样17在单轴性能测试过程中两端受载均匀,左支撑架1和右支撑架8是对称分布的;左夹具头19和右夹具头15的中心线处于同一水平线上,且垂直于施载轴3。
本发明所述的金属材料单轴性能测试夹具能够应用于金属棒材或板材的单轴性能测试。以该夹具应用于金属棒材单轴拉伸测试为例,其工作过程如图9所示:当外加载荷向下施加于施载轴3上时,载荷通过连接支架6传递到左支撑架1和右支撑架8上,两支撑架同时相向运行带动连接支架6向下运动,并同时带动双V型左滑块20和双V型右滑块10在双V型直线滑轨13上相向运动,支撑架从初始位置经中间位置到达最终位置,此时,试样17被拉伸,完成棒材的单轴拉伸性能测试。测试过程中可通过整个夹具的几何结构关系进行关联,利用所测量的连接支架6的位移和施载轴3的载荷,来分别求出试样17的位移和载荷,从而完成力学性能的计算。
同样,如图10所示,只要改变外加载荷的施加方向,单轴拉伸就可以轻松的变为单轴压缩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种金属材料单轴性能测试夹具,包括施载装置、传递装置和夹持装置,其特征在于:
所述的施载装置由自上而下依次设置的施载轴(3)、连接板(5)和连接支架(6)组成,施载轴(3)的上端与外加负载连接,下端通过锁紧螺栓螺母组合(23)固定于连接板(5)上,连接板(5)通过固定螺栓螺母组合(4)固定连接于连接支架(6)上;
所述的传递装置由左支撑架(1)、右支撑架(8)、双V型左滑块(20)、双V型右滑块(10)和双V型直线滑轨(13)组成,左支撑架(1)和右支撑架(8)的一端分别铰装在连接支架(6)上构成两个回转铰链,左支撑架(1)和右支撑架(8)的另一端分别铰装在双V型左滑块(20)和双V型右滑块(10)上,双V型左滑块(20)和双V型右滑块(10)分别配合装接在双V型直线滑轨(13)的左右两侧并可沿双V型直线滑轨(13)来回移动;
所述的夹持装置包括内侧带有试样锁紧螺母的左夹具头(19)和右夹具头(15),左夹具头(19)和右夹具头(15)分别通过左固定螺母(21)和右固定螺母(11)固定安装在双V型左滑块(20)和双V型右滑块(10)上;
在连接支架(6)上并排开有两个前后向贯穿的安装孔,在双V型左滑块(20)和双V型右滑块(10)上各开有一个前后向贯穿的安装孔,左支撑架(1)和右支撑架(8)的一端分别利用两组相同的C型卡簧及两组相同的调心球轴承各与一根连接轴连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧及两组相同的深沟球轴承将各自连接轴的两悬臂端分别安装于连接支架(6)的对应的安装孔内,形成两个回转铰链;左支撑架(1)和右支撑架(8)的另一端均利用两组相同的C型卡簧及两组相同的调心球轴承各与一根连接轴连接成一体,并利用两组相同的C型卡簧及两组相同的深沟球轴承将各自连接轴的两悬臂端分别安装于对应的双V型滑块的安装孔内。
2.根据权利要求1所述的金属材料单轴性能测试夹具,其特征在于:双V型左滑块(20)和双V型右滑块(10)通过与之相匹配的双V型直线滑轨(13)进行V型啮合可滑动连接。
3.根据权利要求1所述的金属材料单轴性能测试夹具,其特征在于:所述双V型直线滑轨(13)通过螺纹固定在一块底板(14)上,所述左支撑架(1)和右支撑架(8)是对称分布的。
4.根据权利要求1或3所述的金属材料单轴性能测试夹具,其特征在于:所述左夹具头(19)和右夹具头(15)的中心线处于同一水平线上,并且垂直于施载轴(3)。
5.根据权利要求1所述的金属材料单轴性能测试夹具,其特征在于:所述左夹具头(19)和右夹具头(15)的内侧端均采用锥状悬臂夹持头。
6.根据权利要求1所述的金属材料单轴性能测试夹具,其特征在于:在双V型直线滑轨(13)的一侧端装有可移动的限位开关(12)。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20181102 Termination date: 20200108 |