CN110441136A - 基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于正反牙螺纹结构的拉伸‑扭转复合夹具,属于材料测试技术领域。可以在准静态及高频动态的拉伸‑扭转复合载荷加载的材料测试试验中,完成对试样的可靠夹持,且所述高频动态加载包括但不限于过零加载。包括夹具外壳部分、夹持部分及胀紧部分。外壳部分中的夹具杯座后端与拉伸扭转复合传感器通过法兰连接;夹持部分由两个直径不等、旋向相反的螺母组成,并通过平键副及胀紧部分与夹具杯座连接;胀紧部分用于调整内端螺母锁紧程度。优点在于:能够在准静态及高频动态的拉伸‑扭转复合载荷加载条件下,以机械连接方式实现对试样的夹持。通用性好、成本低且维修方便,更具有在极高温、极低温环境及有限空间中应用的重要前景。

Description

基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域,特别涉及一种,基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,可应用于拉伸、扭转两种力学形式耦合或者单一载荷的准静态或高频动态加载试验。
背景技术
工程材料在实际的服役条件下往往同时承受多种不同形式的力学载荷,伴随着材料测试技术的发展以及工程实际应用对材料测试要求的提升,传统单一载荷材料性能测试机及部分配套仪器设备已经无法满足日益丰富的材料测试需求,一系列多载荷多物理场耦合材料测试试验仪器应运而生。常见的试验夹具分为液压式夹具和机械式夹具。液压式夹具通过楔形块压紧试样,实现夹持经改装后也可用于拉-扭复合试验及疲劳试验,但是其成本高、辅助元件多、维修困难等缺点一直难以得到改善,此外在极高温、极低温、强电、强磁等物理场内,液压夹具往往受到环境的掣肘而根本无法达到使用要求。机械式夹具通过楔形块自锁或者螺纹卡紧试样,具有结构简单、成本低廉且维修方便的优点。但能在复合力学载荷下实现夹持,特别是能应用于高频过零载荷加载试验的机械式夹具极少。总体来看,设计一款可用于拉伸扭转复合载荷,并可通用于准静态加载及高频动态加载试验的机械式夹具,具有重大的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,解决在材料测试领域现有技术存在的上述问题。本发明能够在准静态及高频动态的拉伸-扭转复合载荷加载的材料测试试验中,有效可靠的对试样实现夹持。具有通用性好、成本低廉、维修方便、使用简单等诸多优点。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,能够在准静态及高频动态加载的拉伸-扭转复合载荷加载的材料测试试验中,完成对试样的夹持,且所述高频动态加载包括但不限于过零加载;内端螺母3与外端螺母2直径不等、旋向相反,且内端螺母3的内径大于外端螺母2的内径,对试样实现螺纹夹持;所述外端螺母2与夹具杯座1通过均布的四个平键9连接,实现在周向及径向上对外端螺母2限位;所述内端螺母3与夹具杯座1通过胀紧部分连接,该胀紧部分由胀紧内衬套5及胀紧外衬套4组成,调整螺栓组8通过压盘7压紧胀紧内衬套5及胀紧外衬套4,旋合调整螺栓组8后即可在周向及径向上对内端螺母3及外端螺母2实现限位;夹紧螺栓组6通过压盘7与夹具杯座1固定连接,实现夹紧,旋合夹紧螺栓组6后即可在轴向上对内端螺母3与外端螺母2实现限位。
所述的夹具杯座1后端加工有法兰孔,与试验装置中施加拉伸-扭转载荷的主轴通过螺栓组形成固定连接。
所述的压盘7上加工有圆形阵列沉孔,沉孔分两组且间隔成组。
所述的内端螺母3与外端螺母2分别通过直径不等、旋向相反的螺纹副与试样连接,对被测的试样实现夹持。
所述的试样的夹持段应加工有直径不等、旋向相反的外螺纹,具体是指:所述试样上靠近标距段的螺纹段与内端螺母3旋合,远离标距段的螺纹段与外端螺母2旋合;同一试样上与内端螺母3旋合的螺纹段旋向相同,同一试样上与外端螺母2旋合的螺纹段旋向不同于与内端螺母3旋合的螺纹段旋向;同一试样上与外端螺母2旋合的螺纹段公称直径小于与内端螺母3旋合的螺纹段公称直径,且应保证内端螺母3可以顺利旋入。
本发明的有益效果在于:构思新颖,结构简单,使用方便。能够在准静态及高频动态的拉伸-扭转复合载荷加载材料力学性能试验中实现对试样的可靠夹持,且可以完成过零高频动态加载试验。具有通用性好、成本低廉、维修方便、使用简单等诸多优点。实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的剖视结构示意图;
图2为本发明的整体结构示意图;
图3为本发明适用于试样的结构示意图;
图4为本发明的夹具杯座的结构示意图;
图5为本发明的整体结构拆分示意图。
图中:1、夹具杯座;2、外端螺母;3、内端螺母;4、胀紧外衬套;5、胀紧内衬套;6、夹紧螺栓组;7、压盘;8、调整螺栓组;9、平键。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示,本发明的基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,能够在准静态及高频动态的拉伸-扭转复合载荷加载的材料测试试验中,对试样实现可靠的夹持,且所述高频动态加载包括但不限于过零加载。夹具包括夹具外壳部分、夹持部分及胀紧部分。外壳部分中的夹具杯座后端与拉伸扭转复合传感器通过法兰连接;夹持部分由两个直径不等、旋向相反的内、外端螺母组成,对试样实现螺纹夹持,并通过平键副及胀紧部分与夹具杯座连接;胀紧部分用于调整内端螺母锁紧程度。该种夹具的优点在于:能够在准静态及高频动态的拉伸-扭转复合载荷加载条件下,以机械连接方式实现对试样的夹持。通用性好、成本低且维修方便,相比较同功能的液压夹具,更具有在极高温、极低温环境及有限空间中应用的重要前景。
参见图1至图5所示,本发明的基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,其具体结构是:夹具杯座1后端加工有法兰孔,与试验装置中施加拉伸-扭转载荷的主轴通过螺栓组形成固定连接;夹具杯座1与外端螺母2通过均布的平键9连接,实现在周向(圆周方向)及径向(直径方向)上对外端螺母2限位;夹紧螺栓组6通过压盘7与夹具杯座1固定连接,实现夹紧,旋合夹紧螺栓组6后即可在轴向(旋转轴线方向)上对内端螺母3与外端螺母2实现限位;调整螺栓组8通过压盘7压紧胀紧内衬套5及胀紧外衬套4,旋合调整螺栓组8后即可在周向及径向上对内端螺母3实现限位;内端螺母3与外端螺母2分别通过直径不等、旋向相反的螺纹副与试样连接,至此对被测试样完成夹持。
参见图1所示,装夹时应保证内端螺母3与试样旋合至适宜位置,具体是指确保外端螺母2旋紧后其端面与内端螺母3端面紧靠,但不与试样两阶梯螺纹轴肩接触。
参见图2所示,压盘7加工有圆形阵列沉孔,该圆形阵列中沉孔分两组且间隔成组。
参见图2所示,所述内端螺母2及外端螺母3可以依照国家标准GB812选用国标圆螺母。
参见图3所示,所述的一种基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具适用于的试样夹持段应加工有直径不等、旋向相反的外螺纹,具体是指:所述试样上靠近标距段的螺纹段与内端螺母3旋合,远离标距段的螺纹段与外端螺母2旋合;同一试样上与内端螺母3旋合的螺纹段旋向相同,同一试样上与外端螺母2旋合的螺纹段旋向不同于与内端螺母3旋合的螺纹段旋向;同一试样上与外端螺母2旋合的螺纹段公称直径小于与内端螺母3旋合的螺纹段公称直径,且应保证内端螺母3可以顺利旋入。
参见图4所示,所述平键9与夹具杯座1上对应键槽以过盈配合方式装配。
参见图5所示,试样在实验过程中采用双边夹持,两边夹持方式相同,故以一边为例作说明。其具体装夹顺序及方式为:首先将内端螺母3与试样上靠近标距段的螺纹夹持段旋合至合适为止;其次将外端螺母2与试样上远离标距段的螺纹夹持段旋合至紧靠内端螺母3端面;再次调整外端螺母2与夹具杯座1,二者之间以均布的平键9连接;之后调整压盘7位置,旋入夹紧螺栓组6使之通过压盘7与夹具杯座1固定连接,实现夹紧,在轴向上对内端螺母3与外端螺母2实现限位;最后旋入调整螺栓组8使之通过压盘6压紧胀紧内衬套5及胀紧外衬套4,在周向及径向上对内端螺母3实现限位。
在拉伸实验过程中,拉力通过夹具杯座1后端法兰及螺栓组由试验装置中施加拉伸-扭转载荷的主轴传递至夹具,由于轴向上夹具杯座1、外端螺母2、内端螺母3及压盘7之间无自由度,即可以将拉力经由外端螺母2及内端螺母3传递至试样,以达到可靠夹持的目的。压缩实验过程与此原理相同。
在高频动态加载实验过程中,分为常规加载及过零加载。常规的高频动态加载试验与拉伸试验、压缩试验工作原理相同,故在此不做赘述;高频动态过零加载试验过程中,疲劳载荷通过夹具杯座1后端法兰及螺栓组由试验仪器传递至夹具,由于轴向上夹具杯座1、外端螺母2、内端螺母3及压盘7之间无自由度,故此可以实现过零加载过程中拉伸力由正到负的转换而不造成损失,以达到可靠夹持的目的。
在扭转试验过程中,扭矩通过夹具杯座1后端法兰及螺栓组由试验仪器传递至夹具,夹具杯座1与外端螺母2之间通过均布的平键9连接以传递扭矩,夹具杯座1与内端螺母3之间通过胀紧部分连接以传递扭矩,在扭矩作用下外端螺母2与内端螺母3由于旋向不同会在轴向上产生方向相反的位移趋势,即可能表现为两个元件的挤压或者背离,但是由于轴向上夹具杯座1、外端螺母2、内端螺母3及压盘7之间无自由度,故抑制外端螺母2与内端螺母3发生挤压或者背离,以将扭矩传递至试样,达到可靠夹持的目的。
以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,其特征在于:能够在准静态及高频动态加载的拉伸-扭转复合载荷加载的材料测试试验中,完成对试样的夹持,且所述高频动态加载包括过零加载;内端螺母(3)与外端螺母(2)直径不等、旋向相反,且内端螺母(3)的内径大于外端螺母(2)的内径,对试样实现螺纹夹持;所述外端螺母(2)与夹具杯座(1)通过均布的四个平键(9)连接,实现在周向及径向上对外端螺母(2)限位;所述内端螺母(3)与夹具杯座(1)通过胀紧部分连接,该胀紧部分由胀紧内衬套(5)及胀紧外衬套(4)组成,调整螺栓组(8)通过压盘(7)压紧胀紧内衬套(5)及胀紧外衬套(4),旋合调整螺栓组8后即可在周向及径向上对内端螺母(3)及外端螺母(2)实现限位;夹紧螺栓组(6)通过压盘(7)与夹具杯座(1)固定连接,实现夹紧,在轴向上对内端螺母(3)与外端螺母(2)实现限位。
2.根据权利要求1所述的基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,其特征在于:所述的夹具杯座(1)后端加工有法兰孔,与试验装置中施加拉伸-扭转载荷的主轴通过螺栓组形成固定连接。
3.根据权利要求1所述的基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,其特征在于:所述的压盘(7)上加工有圆形阵列沉孔,沉孔分两组且间隔成组。
4.根据权利要求1所述的基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,其特征在于:所述的内端螺母(3)与外端螺母(2)分别通过直径不等、旋向相反的螺纹副与试样连接,对被测的试样实现夹持。
5.根据权利要求1或4所述的基于正反牙螺纹结构的拉伸-扭转复合夹具,其特征在于:所述的试样的夹持段加工有直径不等、旋向相反的外螺纹,具体是指:所述试样上靠近标距段的螺纹段与内端螺母(3)旋合,远离标距段的螺纹段与外端螺母(2)旋合;同一试样上与内端螺母(3)旋合的螺纹段旋向相同,同一试样上与外端螺母(2)旋合的螺纹段旋向不同于与内端螺母(3)旋合的螺纹段旋向;同一试样上与外端螺母(2)旋合的螺纹段公称直径小于与内端螺母(3)旋合的螺纹段公称直径,且保证内端螺母(3)可以顺利旋入。
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