CN112730046A - 一体化电动平推夹头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一体化电动平推夹头，包括：夹持部件、驱动控制部件、传动部件。其中，夹持部件包括螺杆、螺母和夹头体，螺母与螺杆相配的套设于螺杆外侧，其还与夹头体连接，螺母与螺杆相对旋转带动夹头体沿螺杆移动；驱动控制部件包括驱动电机和控制部分，驱动电机位于螺杆的一端，具有输出动力的动力输出端；传动部件与驱动电机对置，位于螺杆的另一端，具有传动输出端和传动输入端，传动输入端与动力输出端相接。动力在传动部件内经传动输入端被传递给给传动输出端，传动输出端与螺杆相接。本发明在空间结构上将驱动控制部件与传动部件对置的布置在夹持部件中螺杆的两端，使整体结构紧凑简单，空间利用率高且内力平衡。

Description

一体化电动平推夹头

技术领域

本发明涉及夹具领域，具体为一体化电动平推夹头。

背景技术

夹具是试验机中根据材料试样变化而经常变化的部分，不同的试样需要不同的夹具。夹持方式可以分为很多种类，其中，平推夹持是材料试验机中广泛使用的试件夹持方式，几乎适合所有类型的试样，并适用于要求试样偏移对中的剪切测试。平推夹持的夹具的优点是夹具与试样之间没有初始相对滑移，因而试验曲线真实，几乎没有夹具磨损；可以利用结构的强迫夹持能力进行材料的双向拉压试验，试验效率较高。

通常，平推夹具采用液压驱动，必须具备外设的液压油源，且包含了液压传动的所有缺陷。液压平推夹具的其它缺点是，整体结构较大，夹持的夹头对中较困难。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种一体化电动平推夹头。其方案能够实现下述至少一种或者几种技术意图：

准确对中，两个夹头相向直线运动由精密螺纹同步，实现精确、自然、高精度对中；

电力驱动，夹持的动作和动力，均通过电力驱动实现，工作实现电气化驱动与自动控制，包括动作控制、载荷控制；

集成化设计，丝杠螺母既是同步机构，又是夹持载荷的承担结构；

结构紧凑，驱动、传动、控制集于壳体一身，能够实现结构紧凑简单、空间利用率高；可以作为机电一体化的、独立操作的夹持工作装置；并且通过合理地重量配置，能够实现结构整体设计为内力平衡。

本发明所采用的技术方案是：

一体化电动平推夹头，包括：

夹持部件，包括螺杆、螺母及夹头体组件；螺母与螺杆相配，螺母套设于螺杆外部并能够与螺杆相对旋转和移动；螺母与夹头体组件连接；

驱动控制部件，包括驱动电机，驱动电机位于螺杆的一端，且具有输出动力的动力输出端；

传动部件，传动部件位于螺杆的另一端，具有传动输出端和传动输入端；传动输入端与动力输出端相接；传动输出端与螺杆相接。

如上述，上述方案中的螺杆可以采用一根杆件，两侧开有反向同导程、等头数的螺纹，各配螺母。螺杆旋转带动螺母沿轴线方向相向运动，实现夹紧试件的同步运动和动作。两个螺母各与夹头体组件固定连接，夹头体组件夹持或者松开试件。螺杆的旋转由驱动电机经传动机构驱动，夹紧动作和承载能力大小由控制系统完成。全部机构和装置通过合适的方式安装于一个壳体上面，由此构成一个可以独立操作的机电一体化电动平推夹紧装置，称作一体化电动平推夹头。当然，也可以只安装一个螺母，只有一个夹头体移动，另外一个夹头体固定不动。

此外，夹头中，夹持部件包括螺杆、螺母和夹头体组件。螺杆螺母构成传动副，其组成是，一根轴向两侧开有旋向相反、导程和螺纹头数相同的螺纹的螺杆，和螺杆两侧各安装的一个螺母。螺母与螺杆相配且套设于螺杆外侧，其还通过连接件与夹头体组件连接。螺杆双向旋转运动(角速度ω)时，螺母带动夹头体组件沿螺杆轴向双向作直线移动(速度v)，实现对试件的夹持和松开动作；驱动控制部件包括驱动电机，并可选地设置控制系统。

驱动控制部件位于螺杆的一端，具有输出动力的动力输出端。控制系统是由电机控制电路组成的装置，安装于壳体内部；传动部件与驱动电机对置，位于螺杆的另一端，具有传动输出端和传动输入端。传动输入端与动力输出端相接，动力在传动部件内经传动输入端被传递给传动输出端，传动输出端与螺杆相接。本发明在空间结构上将驱动控制部件与传动部件对置地布置在夹持部件中螺杆的两端，使整体结构紧凑简单，空间利用率高且内力平衡。

进一步的，螺杆内沿螺杆中心轴线形成有空心通道，动力输出端穿设于空心通道与传动输入端相接。螺杆内形成空心通道，不仅减轻本发明的整体重量，还为运动传递巧妙地提供了空间，使整体结构更加紧凑美观，节省空间。

进一步的，动力输出端为动力输出轴，且与空心通道同轴。此设置有效的确定了动力输出端轴向与径向的定位。

进一步的，本发明还包括围绕夹持部件、驱动控制部件和传动部件的壳体，壳体为可拆卸结构。壳体的设置使整体工作空间封闭，不易受外界环境破坏和污染。

进一步的，壳体开设有与螺杆同轴的第一通孔，螺杆两端通过能够承受轴向与径向力的轴承与第一通孔连接，使得螺杆能够相对于第一通孔做回转运动。第一通孔的设置保证了螺杆的定位，并且使壳体在夹持部件工作过程中分担所产生的作用力，起到承载的作用。

进一步的，壳体开设有第二通孔，夹头体组件与第二通孔滑动配合接触，且能够在第二通孔中沿螺杆自由移动。第二通孔的设置保证了夹头体组件的定位，为夹头体组件的运动提供保障。

进一步的，驱动控制部件与传动部件重量平衡地分布于螺杆两端。驱动控制部件与传动部件重量平衡，使整体结构重量均衡，保证试件参数的准确可靠性。

进一步的，螺杆两端具有旋向相反，头数和导程相同的螺纹，螺母为两个，夹头体组件包括两个夹头体，两个螺母分别套设于螺杆两端，与螺杆两端的螺纹相配，使两个螺母能够沿螺杆相向或相背的双向移动，从而带动两个夹头体双向移动以实现夹持和松放动作。螺杆两端的夹头体能够双向同步移动，保证了试件夹持的对中性。

进一步的，传动部件为齿轮传动组，动力由动力输出端输入，在传动部件内经齿轮传动组被输出至螺杆，从而使夹持部件实现夹持或者松放。采用齿轮传动能够带来体积小、结构紧凑、启动平稳、强度高、噪声低的效果。

进一步的，驱动控制部件还包括控制部分，控制部分为普通继电器逻辑控制电路。在逻辑控制电路的控制下，驱动电机能够变换驱动方向以实现夹头体组件的夹持和松放。还能够通过切换线圈的接法以切换驱动力的强度从而切换夹持力的大小。实现自动控制，减轻劳动强度，提高工作效率和可靠性，且无污染。

本发明的有益效果为：

1.本发明实现了试验机平推夹具驱动的电气化。一可以较容易实现电气控制，二消除了液压传动所有可能的缺点，比如泄漏、污染环境等。三特别适合于以电力为动力源的工作过装置上，典型的例子是用于电子万能试验机上。

2.本发明采用丝杠同步方法，保证了试件夹持过程中的对中性。对中偏差这基本上取决于丝杠螺纹的导程偏差，这个偏差在现代机械加工中已经可以小到微米以下级别。且完全可以选用标准零部件，对中误差可以小于已知的所有其它对中方法。

3.结构紧凑，采用一根杆和两个螺母构成夹持装置的基本结构。并且在空间结构上将驱动电机与传动部件对置的布置在夹持部件中螺杆的两端，使整体结构紧凑简单，空间利用率高且内力平衡，具有设计制造最小夹持机构的潜力。

4.螺杆内沿螺杆中心轴线设有空心通道，动力输出端穿设于空心通道与传动输入端相接，不仅减轻整体重量，还为运动传递巧妙地提供了空间，使整体结构更加紧凑美观。

5.动力输出端为动力输出轴，且与空心通道同轴，有效的确定了动力输出端轴向与径向的定位，既方便了制造、安装，又防止其在工作过程中发生偏移导致试验参数不准确可靠。

6.驱动控制部件与传动部件重量平衡的分布于螺杆两端。驱动电机与传动部件重量平衡，使整体结构重量均衡，内力更加平衡，保证试件参数的准确可靠性。

7.控制部分为普通继电器逻辑控制电路，具备简单、可靠、廉价的特质。在逻辑控制电路的控制下，驱动电机能够变换驱动方向以实现夹头体组件的夹持和松放，还能够通过切换线圈的接法以切换驱动力的强度从而切换夹持力的大小，实现了自动控制，减轻劳动强度，提高工作效率和可靠性，且无需使用液压等方式控制，无污染。

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，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施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。在附图中：

图1为本申请提供的一体化电动平推夹头的一种示意性实施方式的原理图；

图2为本申请提供的一体化电动平推夹头的另一种示意性实施方式的剖面结构示意图；

图3为图2所示的一体化电动平推夹头的局部D的局部放大示意图；

图4为图2所示的一体化电动平推夹头的立体结构示意图；

图5为图2所示的一体化电动平推夹头的控制部分的逻辑控制电路示意图。

1.夹持部件；11.螺杆；12.螺母；13.夹头体组件；131夹头体；132.连接件；

2.驱动控制部件；21.动力输出端；22.驱动电机；

3.传动部件；31.传动输出端；32.传动输入端；

4.壳体；41.第一通孔；42.第二通孔；

5.控制部分；J0.空气开关；J1.第一继电器；J2.第二继电器；J3.第三继电器；I.电流继电器；T1.第一电动按钮；T2.第二电动按钮；T3.第三电动按钮；T4.第四电动按钮。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，需要理解的是，在本申请的描述中，术语“两侧”、“两端”、“轴向”、“径向”、“中心”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“相接”、“连接”、“固定”、“围绕”、“中心”等术语应做广义理解，例如，传动输入端与动力输出端相接；本发明还包括围绕夹持部件、驱动电机和传动部件的壳体；壳体在第二通孔的轴线方向中心部位沿垂直于轴线的方向设有槽孔，等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，一体化电动平推夹头，包括夹持部件1、驱动控制部分2和传动部件3。其中，夹持部件1包括螺杆11、螺母12、夹头体组件13，螺母12与螺杆11相配且套设于螺杆11外侧，其还与夹头体组件13连接，螺杆11旋转，螺母12移动带动夹头体组件13沿螺杆11轴线方向移动实现夹持和松放动作；驱动控制部件2位于螺杆11的一端，具有输出动力的动力输出端21，驱动控制部件2包括驱动电机22；传动部件3与驱动控制部分2对置，位于螺杆11的另一端，具有传动输出端31和传动输入端32。传动输入端32与动力输出端21相接，动力在传动部件3内经传动输入端32被传递给传动输出端31，传动输出端31与螺杆11相接。

如图1所示的一体化电动平推夹头的工作过程为：传动部件3将动力由动力输出端21传递给传动输入端32，再经传动输出端31传递给螺杆11，螺杆11发生转动后，套设于螺杆11上的螺母12即带动夹头体组件13沿螺杆11轴线方向移动，夹头体组件13即可夹紧或松放试件。显然，本发明在空间结构上将驱动控制部件2与传动部件3对置地布置在夹持部件1中螺杆11的两端，使整体结构紧凑简单，空间利用率高且内力平衡。

作为对螺杆11和动力输出端21相对位置的进一步优化，如图2-图3所示，螺杆11内沿螺杆11中心轴线设有空心通道，动力输出端21穿设于空心通道与传动输入端32相接。螺杆11内设置空心通道，位于螺杆11一端的动力输出端21沿空心通道将动力传递给位于螺杆11的另一端的传动输入端32。之后，动力在传动部件3内经传动输入端32被传递给传动输出端31，螺杆11接收传动输出端31所传递的动力发生转动。由此，此设置为运动传递巧妙地提供了空间，使整体结构更加紧凑美观，还减轻了整体重量。

在优选的具体实施方式中，如图2-图3所示，动力输出端21为动力输出轴，动力输出轴穿设于螺杆11的空心通道，并与空心通道同轴，有效的确定了动力输出端21轴向与径向的定位。

如图2、图4所示，本申请还包括围绕夹持部件1、驱动控制部件2和传动部件3的壳体4，壳体4为可拆卸结构。可替换的是，壳体4也可以是一体的。壳体4的设置使整体工作空间封闭，不易受外界环境破坏和污染，还能够起到为整体结构定位、承载的效果。

作为对壳体4的进一步优化，如图2所示，壳体4开设有与螺杆11同轴的第一通孔41，螺杆11两端通过能够承受轴向与径向力的轴承与第一通孔41连接，使得螺杆11能够相对于第一通孔41做回转运动。第一通孔41的设置保证了螺杆11的定位，并且使壳体4在夹持部件1工作过程中分担所产生的作用力，起到承载、好安装的作用。

进一步的，如图2所示，壳体4还开设有第二通孔42，夹头体组件13与第二通孔42滑动配合接触，且能够在第二通孔42中沿螺杆11轴线方向自由移动。第二通孔42的设置保证了夹头体组件13的定位，并且承受试验载荷。显然，第二通孔42与夹头体组件13存在小的配合间隙，允许夹头体组件13相对于螺杆11平行的滑动通过。另外，如图2所示，壳体4在第二通孔42的轴线方向中心部位沿垂直于轴线的方向设有槽孔，能容纳试件，并且为夹头体组件13提供自由移动的空间。

作为对螺杆11的进一步优化，螺杆11两端具有旋向相反，头数和导程相同的螺纹。螺母12为两个，夹头体组件13包括两个夹头体131和两个连接件132，连接件132各自连接对应的夹头体131与螺母12，两个螺母12分别套设于螺杆11两端，与螺杆11两端的螺纹相配，使两个螺母12能够沿螺杆11相向或相背的双向移动，从而带动两个夹头体131双向移动以实现夹持和松放动作。由此设置，置于螺杆11两端的夹头体组件13能够双向同步移动，实现夹持试件的精确对中。连接件132与螺母12和夹头体131为可拆卸的紧固连接。连接件132在夹持过程承受弯曲变形，分担夹头体131的承载。单独设置连接件132能够便于加工制造、安装和更换维修。夹头体131、连接件132构成夹头体组件。

第一通孔41与第二通孔42之间，壳体上开设通孔，留出连接件132的容纳和运动空间。

需要进行说明的是，根据不同的需求，螺纹的牙型可以是T型、锯齿形或者三角型等各种可能的牙型。螺纹的牙型，在满足承载能力要求外，螺杆11的两侧的螺纹相对误差要小，保证夹持动作的对中精度，螺杆11两侧的螺纹除旋向相反外，导程、头数必须相同。

如图2所示，驱动控制部件2为驱动电机22，动力输出端21为与驱动电机22连接的动力输出轴，驱动电机22和传动部件3在螺杆11两端对称布置，质量相等，由此，不仅重量平衡，而且构成对称结构。需要进行解释说明的是，“质量相等”指的是相等或者近似相等，由此可以提升平衡性。

如图2所示，传动部件3采用了齿轮传动的传动方式，传动齿轮固定安装在螺杆11一端，动力输出轴从螺杆11的另一端穿过空心通道将运动传递给齿轮传动组，齿轮传动组再将运动传递给螺杆11以此实现夹头体组件13的夹持、松放等动作。齿轮传动体积小、结构紧凑，且具有启动平稳、强度高、噪声低的效果，使本发明整体运动更加稳定可靠、紧凑。需要进行补充说明的是，传动部件3还可以采用带传动、链传动等传动方式，只要能够将运动传递给空心螺杆11即可。

如图5所示，驱动控制部件2还包括控制部分5，控制部分5为普通继电器逻辑控制电路。在逻辑控制电路的控制下，驱动控制部件2能够变换驱动方向以实现夹头体组件13的夹持和松放，还能够通过切换线圈的接法以切换驱动力的强度从而切换夹持力的大小。实现自动控制，减轻劳动强度，提高工作效率和可靠性，且无需使用液压等方式控制，无污染。可靠、简单、有效和价格低廉，是控制部分的主要优点。

如图5所示，驱动电机22为轴向磁场盘式三相异步驱动电机，显著特点是轴向尺寸小，简单可靠。控制部分5采用继电器逻辑控制电路系统，可切换线圈接法对驱动电机22进行控制，通过改变驱动电机22的转向和功率大小切换夹持部件1的夹持、放松动作和夹持力度，实现夹持力的可调可控，工作过程如下：

当驱动电机22得电，空气开关J0接通后控制部分5得电，控制部分5采用的继电器逻辑控制电路系统默认驱动电机22处于线圈三角形接法，夹持力为最大。按下第一电动按钮T1，则第一继电器J1得电触点闭合，驱动电机22线圈处于星型接法，夹持力为最大力的约0.5倍。按下第二电动按钮T2，则第一继电器J1断电，驱动电机22线圈处于线圈三角形接法，夹持力为最大力。

按下第三电动按钮T3，则第二继电器J2得电，驱动电机22正转，实现夹紧运动，直至电流继电器I得电，切断驱动电机22电源，夹持结束。为了夹持牢靠，一般可重复电动夹持2到3次。

按下第四电动按钮T4，则第三继电器J3得电，驱动电机22反转，实现松开运动，直至电流继电器I得电，切断驱动电机22电源，松开结束。为节省时间，一般只需要将试件松开即可，无需回到终点，由此，夹紧时间可以远小于设计时间。

整流器是为了继电器的电源而设置。如果继电器采用合适的交流电源，则可以不用整流器。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一体化电动平推夹头，其特征在于，包括：

夹持部件，包括螺杆、螺母及夹头体组件；所述螺母与所述螺杆相配，所述螺母套设于所述螺杆外部并能够与所述螺杆相对旋转和移动；所述螺母与所述夹头体组件连接；

驱动控制部件，所述驱动控制部件包括驱动电机，所述驱动电机位于所述螺杆的一端，且具有输出动力的动力输出端；

传动部件，所述传动部件位于所述螺杆的另一端，具有传动输出端和传动输入端；所述传动输入端与所述动力输出端相接；所述传动输出端与所述螺杆相接。

2.根据权利要求1所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述螺杆内沿所述螺杆的中心轴线形成有空心通道，所述动力输出端穿设于所述空心通道与所述传动输入端相接。

3.根据权利要求2所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述动力输出端为动力输出轴，且与所述空心通道同轴。

4.根据权利要求1所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，还包括壳体，所述壳体围绕所述夹持部件、所述驱动控制部件和所述传动部件而设，为可拆卸结构。

5.根据权利要求4所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述壳体开有与所述螺杆同轴的第一通孔，所述螺杆的两端通过能够承受轴向与径向力的轴承与所述第一通孔连接，所述螺杆能够相对于所述第一通孔做回转运动。

6.根据权利要求4所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述壳体开设有第二通孔，所述夹头体组件与所述第二通孔滑动配合接触，且能够在所述第二通孔中沿所述螺杆自由移动。

7.根据权利要求1所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述驱动控制部件与所述传动部件重量平衡地分布于所述螺杆的两端。

8.根据权利要求1所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述螺杆的两端具有旋向相反，头数和导程相同的螺纹。所述螺母为两个，所述夹头体组件包括两个夹头体，所述两个螺母分别套设于所述螺杆的两端，且与所述螺杆的两端的螺纹相配。所述两个螺母能够沿所述螺杆相向或相背的双向移动，从而带动所述两个夹头体双向移动以实现夹持和松放动作。

9.根据权利要求1所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述传动部件为齿轮传动组，动力由所述动力输出端输入，在所述传动部件内经齿轮传动组被输出至所述螺杆，从而使所述夹持部件实现夹持或者松放。

10.根据权利要求1-9任一所述的一体化电动平推夹头，其特征在于，所述驱动控制部件还包括控制部分，所述控制部分为普通继电器逻辑控制电路，在所述逻辑控制电路的控制下，所述驱动电机能够变换驱动方向以实现所述夹头体组件的夹持和松放，还能够通过切换其线圈的接法，以切换驱动力的强度从而切换夹持力的大小。

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