CN113984513B - 一种近远双端调心装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近远双端调心装置，包括夹具组件、主体组件和引伸计组件。两个夹具组件包括分别位于板状试样的上下两侧的上夹具组件和下夹具组件，上夹具组件和下夹具组件分别用于夹持板状试样的上下两端。两个主体组件包括位于上夹具组件上侧的上主体组件和位于下夹具组件下侧的下主体组件。上主体组件用于向上牵引上夹具组件，下主体组件用于向下牵引下夹具组件。上主体组件和下主体组件均包括榫杆以及沿竖向依次相连的第一主体、第二主体、第三主体。引伸计组件包括陶瓷杆和用于测量陶瓷杆形变的引伸计。相比于现有技术，本发明的调心装置可以实现多次角度调节，最终使板状试样为竖直状态，避免了数据不准和资源浪费等方面的问题。

Description

一种近远双端调心装置

技术领域

本发明涉及蠕变试验装置技术领域，特别是涉及一种近远双端调心装置。

背景技术

随着近年来先进航空发动机涡轮进口温度的不断提高，作为航空发动机关键部件的涡轮叶片也承受了更高的温度。这一问题通常采用具有更高承温能力的镍基单晶高温合金以及复杂的叶片冷却结构来实现。目前高压涡轮单晶叶片多采用超气冷双层壁结构，壁厚最薄处可达0.5mm数量级，因此亟待对薄壁结构试件进行高温蠕变试验测试其高温性能。

金属材料的蠕变是指材料在较高温度和恒定载荷的长期作用下产生缓慢塑性变形的现象。为了准确获得材料的蠕变性能，需将其加工成特定形状的蠕变试样后利用蠕变试验机进行测试。在进行蠕变试验时，需配备相应的夹具用于固定试样。在对截面积较小的薄壁件进行测试时，在蠕变机上仅需施加较小的负载，而在较低的负载下进行蠕变试验时，由于蠕变机结构及夹具自重使杠杆式高温持久蠕变试验机的杠杆系统无法获得足够的力传导，因而无法确保试验机的上下拉杆处于同一竖直线上。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于较低负载下板状试样蠕变试验的近远双端调心装置，通过近远双端调心的方式，确保在小负载情况下利用夹具自身重力使试样处于垂直拉伸状态。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种近远双端调心装置，包括：

两个夹具组件，两个所述夹具组件包括分别位于板状试样的上下两侧的上夹具组件和下夹具组件，所述上夹具组件和所述下夹具组件分别用于夹持所述板状试样的上下两端；

两个主体组件，两个所述主体组件包括位于所述上夹具组件上侧的上主体组件和位于所述下夹具组件下侧的下主体组件；所述上主体组件用于向上牵引所述上夹具组件，所述下主体组件用于向下牵引所述下夹具组件；所述上主体组件和所述下主体组件均包括榫杆以及沿竖向依次相连的第一主体、第二主体、第三主体；所述第一主体的第一端设有用于容纳并牵引所述夹具组件的第一腔体，所述第一主体的轴线与所述夹具组件的装夹面平行；所述第一主体的第二端与所述第二主体的第一端球铰连接，以使所述第一主体与所述第二主体能够相对转动；所述第二主体的第二端与所述第三主体的第一端套接，所述榫杆同时穿过所述第二主体的第二端和所述第三主体的第一端，所述榫杆与所述第二主体球面接触或与所述第三主体球面接触，以使所述第二主体与所述第三主体能够相对转动；所述第三主体的第二端用于连接安装架；

引伸计组件，所述引伸计组件包括陶瓷杆和用于测量所述陶瓷杆形变的引伸计，所述陶瓷杆的一端固定于一个所述主体组件上，所述引伸计固定于另一个所述主体组件上，所述陶瓷杆的另一端与所述引伸计相连。

优选地，所述夹具组件包括第一滑块、第二滑块、定位杆和锁紧螺杆，所述第一滑块和所述第二滑块用于将所述板状试样夹在中间，所述第一滑块和所述第二滑块能够沿所述第一腔体的长度方向滑动，所述定位杆用于穿过所述第一滑块、所述第二滑块和所述板状试样，所述锁紧螺杆具有旋向相反的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第一螺纹段和所述第二螺纹段分别与所述第一滑块和所述第二滑块螺纹连接。

优选地，所述锁紧螺杆的一端具有手柄。

优选地，所述第一腔体为设置于所述第一主体第一端的端面上的通槽，所述通槽的侧壁具有用于与所述夹具组件限位接触的阶梯结构，以将所述夹具组件拉向远离所述板状试样的一侧。

优选地，所述通槽包括沿竖向依次远离所述板状试样的第一宽度段、第二宽度段和第三宽度段，所述第一宽度段的宽度小于所述第一滑块、所述第二滑块的宽度，所述第二宽度段的宽度大于或等于所述第一滑块、所述第二滑块的宽度，所述第三宽度段的宽度大于所述第二宽度段的宽度，所述第一滑块和所述第二滑块位于所述第二宽度段。

优选地，所述第一主体包括球体、连杆和第一柱体，所述球体与所述第一柱体通过所述连杆固定相连，所述第一柱体位于所述第一主体的第一端，所述球体位于所述第一主体的第二端，所述第一腔体位于所述第一柱体的第一端；所述第二主体的第一端设有用于容纳所述球体的第二腔体，所述第二腔体靠近所述板状试样的一面设有用于与所述球体滑动接触的球面，所述球体与所述球面滑动接触时能够使所述第一主体与所述第二主体相对转动。

优选地，所述第二腔体设于所述第二主体的侧面且延伸至所述第二主体第一端的端面，以使所述球体能够从所述第二主体的侧向进入所述第二腔体；所述第二腔体包括用于容纳所述球体的大腔体和供所述连杆穿过的小腔体，所述大腔体位于所述小腔体远离所述板状试样的一侧，所述球面位于所述大腔体的第一端；所述连杆与所述小腔体的侧壁间留有间隙，以在所述连杆摆动时避让所述连杆。

优选地，所述第三主体的第一端设有凹槽，所述凹槽套设于所述第二主体的第二端外侧；所述凹槽的侧壁上设有供所述榫杆穿过的两个第一通孔，两个所述第一通孔同轴；所述第二主体的第二端设有供所述榫杆穿过的第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔同轴；所述第二通孔远离所述板状试样的一面设有球状突起，所述榫杆远离所述板状试样的一面设有球槽，所述球状突起用于与所述球槽滑动接触，以使所述第二主体与所述第三主体能够相对转动。

优选地，所述第三主体的第二端设有用于与所述安装架螺纹连接的外螺纹。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)本发明的调心装置具有近远双端调心位置，可以实现多次角度调节。最终，上主体组件最下侧的第一主体为竖直状态，从而使板状试样也为竖直状态，避免了数据不准和资源浪费等方面的问题，降低了试验失败几率，节省了时间成本。

(2)本发明的一个优选实施例中，板状试样与夹具组件的连接采用了夹持端悬挂的方式，避免了由销子连接带来的销子断裂、变形，试样夹持端断裂等方面的问题。

(3)本发明的一个优选实施例中，采用了可调节尺寸的夹具组件装夹试样，既确保了装卡的牢固性，又满足了不同厚度板状试样的测试需求，极大的提高了试验的灵活性。

(4)本发明的一个优选实施例中，采用螺杆定位法，通过贯穿夹具组件和板状试样的锁紧螺杆确保了板状试样处于夹具组件中心，提高了试验的准确性和数据的准确度。

(5)引伸计通过陶瓷杆与上部夹具相连，可以精确的记录试样的蠕变长度。

(6)本发明的调心装置不仅适用于板状试样高温持久和蠕变试验，还满足板状试样的室温、高温下单轴拉伸等多项金属力学性能试验的测试要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例近远双端调心装置的正视图；

图2为本实施例近远双端调心装置的轴测图；

图3为第三主体的结构示意图；

图4为榫杆的结构示意图；

图5为第二主体的结构示意图；

图6为第一主体的结构示意图；

图7为第一主体与第二主体连接处的结构示意图；

图8为夹具组件的结构示意图；

附图标记说明：1-夹具组件；2-主体组件；3-引伸计组件；4-板状试样；11-第一滑块；12-第二滑块；13-定位杆；14-锁紧螺杆；21-第一主体；22-第二主体；23-第三主体；24-榫杆；31-陶瓷杆；32-引伸计；211-球体；212-连杆；213-第一柱体；214-第一腔体；215-阶梯结构；221-第二腔体；222-大腔体；223-小腔体；224-内凹球面；225-圆柱面；226-第二通孔；227-球状突起；231-凹槽；232-第一通孔；241-球槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种适用于较低负载下板状试样蠕变试验的近远双端调心装置，通过近远双端调心的方式，确保在小负载情况下利用夹具自身重力使试样处于垂直拉伸状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

需要说明的是，本实施例中所指的长度均为同一方向，宽度均为同一方向。长度不一定大于宽度，仅为了对两个方向进行区分。本实施例中，某部件的第一端即该部件靠近板状试样4的一端，第二端即该部件远离板状试样4的一端。

如图1-8所示，本实施例提供一种近远双端调心装置，包括两个夹具组件1、两个主体组件2和引伸计组件3。

两个夹具组件1包括分别位于板状试样4的上下两侧的上夹具组件和下夹具组件，上夹具组件和下夹具组件分别用于夹持板状试样4的上下两端。两个主体组件2包括位于上夹具组件上侧的上主体组件和位于下夹具组件下侧的下主体组件。上主体组件用于向上牵引上夹具组件，下主体组件用于向下牵引下夹具组件。上主体组件和下主体组件均包括榫杆24以及沿竖向依次相连的第一主体21、第二主体22、第三主体23。对于上主体组件，由上至下分别为第三主体23、第二主体22和第一主体21。对于下主体组件，由上至下分别为第一主体21、第二主体22和第三主体23。引伸计组件3包括陶瓷杆31和用于测量陶瓷杆31形变的引伸计32，陶瓷杆31的一端固定于一个主体组件2上，引伸计32固定于另一个主体组件2上，陶瓷杆31的另一端与引伸计32相连。

第一主体21的第一端设有用于容纳并牵引夹具组件1的第一腔体214，第一腔体214通过与夹具组件1的面接触拉动夹具组件1。第一主体21的轴线与夹具组件1的装夹面平行，装夹面即夹具组件1与板状试样4的接触面，当第一主体21的轴线竖直时板状试样4也为竖直状态。第一主体21的第二端与第二主体22的第一端球铰连接，以使第一主体21与第二主体22能够相对转动。第二主体22的第二端与第三主体23的第一端套接，榫杆24同时穿过第二主体22的第二端和第三主体23的第一端，榫杆24与第二主体22球面接触或与第三主体23球面接触，以使第二主体22与第三主体23能够相对转动。第三主体23的第二端用于连接安装架。

本实施例近远双端调心装置的工作原理如下：第一主体21的第二端与第二主体22的第一端处的球铰连接位置称为近端调心位置（相对而言距离板状试样4更近），榫杆24处的球面接触位置称为远端调心位置（相对而言距离板状试样4更远）。由于两处调心位置均为球面接触，即均能够发生转动，当调心位置上侧部件的轴线偏离竖直方向时，调心位置下侧部件可在重力作用下通过转动自动调整自身轴线角度。由于本实施例的主体组件2具有近端调心位置和远端调心位置，因而可以实现多次角度调节。最终，上主体组件最下侧的第一主体21为竖直状态，从而使板状试样4也为竖直状态，避免了数据不准和资源浪费等方面的问题，降低了试验失败几率，节省了时间成本。

夹具组件1的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够夹紧板状试样4即可。本实施例中，夹具组件1包括第一滑块11、第二滑块12、定位杆13和锁紧螺杆14。第一滑块11和第二滑块12用于将板状试样4的一端夹在中间，第一滑块11和第二滑块12能够沿第一腔体214的长度方向滑动。定位杆13用于穿过第一滑块11、第二滑块12和板状试样4，锁紧螺杆14具有旋向相反的第一螺纹段和第二螺纹段，第一螺纹段和第二螺纹段分别与第一滑块11和第二滑块12螺纹连接。当锁紧螺杆14正向旋转时，第一滑块11和第二滑块12相互远离，以便于将板状试样4的一端放置于第一滑块11和第二滑块12之间。当锁紧螺杆14反向旋转时，第一滑块11和第二滑块12相互靠近，以便于将板状试样4的一端夹紧。为了便于旋转锁紧螺杆14，本实施例中锁紧螺杆14的一端具有手柄。通过将定位杆13穿过板状试样4，可防止板状试样4掉落。

本实施例中，第一腔体214为设置于第一主体21第一端的端面上的通槽，通槽的侧壁具有用于与夹具组件1限位接触的阶梯结构215，以将夹具组件1拉向远离板状试样4的一侧。

本实施例中，通槽包括沿竖向依次远离板状试样4的第一宽度段、第二宽度段和第三宽度段，第一宽度段的宽度小于第一滑块11、第二滑块12的宽度，第二宽度段的宽度大于或等于第一滑块11、第二滑块12的宽度，第三宽度段的宽度大于第二宽度段的宽度。第一滑块11和第二滑块12位于第二宽度段，并可沿第二宽度段的长度方向滑动。当第二宽度段的宽度等于第一滑块11、第二滑块12的宽度时，第一滑块11与第二滑块12自动对正。当第二宽度段的宽度等于第一滑块11、第二滑块12的宽度时，定位杆13可将第一滑块11、第二滑块12对正。本实施例中，第一滑块11优选为与第二滑块12结构相同，且关于第一主体21的轴线对称设置。本领域技术人员也可根据实际需要选择其它形式的通槽，例如阶梯结构215只包括第一宽度段和第二宽度段而不包括第三宽度段。

对于近端调心位置，可以使第一主体21的第二端具有凸球面、第二主体22的第一端具有凹球面（即本实施例的结构），也可使第一主体21的第二端具有凹球面、第二主体22的第一端具有凸球面，只要该近端调心位置构成球铰连接即可。本实施例中，第一主体21包括球体211、连杆212和第一柱体213。球体211与第一柱体213通过连杆212固定相连，第一柱体213位于第一主体21的第一端，球体211位于第一主体21的第二端，第一腔体214位于第一柱体213的第一端。第二主体22的第一端设有用于容纳球体211的第二腔体221，第二腔体221靠近板状试样4的一面设有用于与球体211滑动接触的内凹球面224，球体211与内凹球面224滑动接触时能够使第一主体21与第二主体22相对转动。

本实施例中，第二腔体221设于第二主体22的侧面且延伸至第二主体22第一端的端面，以使球体211能够从第二主体22的侧向进入第二腔体221。第二腔体221包括用于容纳球体211的大腔体222和供连杆212穿过的小腔体223，大腔体222位于小腔体223远离板状试样4的一侧，内凹球面224位于大腔体222的第一端。连杆212与小腔体223的侧壁间留有间隙，以在连杆212摆动时避让连杆212。通过调整连杆212与小腔体223的侧壁之间的间隙，可调整连杆212的摆动范围，例如使连杆212的摆动范围为10度。本实施例中，大腔体222和小腔体223均为方形腔体，小腔体223上设有圆柱面225，圆柱面225与连杆212同轴线，本领域技术人员也可根据实际需要选择其它形状的大腔体222和小腔体223。

本实施例中，榫杆24与第二主体22球面接触。具体的，第三主体23的第一端设有凹槽231，凹槽231套设于第二主体22的第二端外侧。凹槽231的侧壁上设有供榫杆24穿过的两个第一通孔232，两个第一通孔232同轴。第二主体22的第二端设有供榫杆24穿过的第二通孔226，第二通孔226与第一通孔232同轴。第二通孔226远离板状试样4的一面设有球状突起，榫杆24远离板状试样4的一面设有球槽241，球状突起用于与球槽241滑动接触，以使第二主体22与第三主体23能够相对转动。第二通孔226的最小高度应大于榫杆24的高度，以使榫杆24能穿过第二通孔226。榫杆24穿过第二通孔226后，使球状凸起227与球槽241对正，之后在重力作用下，第二主体22与第三主体23相互远离，第三主体23带动榫杆24的端部运动，使球状凸起227与球槽241接触。

此外，也可使榫杆24与第三主体23球面接触。具体的，可使第二主体22的第二端设有凹槽231，凹槽231套设于第三主体23的第一端外侧。凹槽231的侧壁上设有供榫杆24穿过的两个第三通孔，两个第三通孔同轴。第三主体23的第一端设有供榫杆24穿过的第四通孔，第四通孔与第三通孔同轴。第四通孔靠近板状试样4的一面设有球状突起，榫杆24靠近板状试样4的一面设有球槽241，球状突起用于与球槽241滑动接触，以使第二主体22与第三主体23能够相对转动。

为了便于第三主体23的固定，本实施例中，第三主体23的第二端设有用于与安装架螺纹连接的外螺纹。

对于具体尺寸，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，球体211的半径小于内凹球面224的半径，以便于球体211的转动。第一滑块11及第二滑块12的长度均为第二宽度段的长度的三分之一，以预留一定长度空间用于板状试样4的夹持。连杆212的直径约为小腔体223宽度的五分之三，连杆212的直径约为圆柱面225对应直径的一半，球体211的直径大于圆柱面225对应直径。

主体组件2可采用镍基等轴晶合金、定向凝固合金以及单晶高温合金制成，也可选用氧化铝、碳化硅、氮化硅等可耐受1000C以上温度的高温结构材料直接加工而成，当然，也可选用其它具有更高耐温能力、更高强度的材料。夹具组件1可选用与主体组件2相同的材料，通过机械加工的方式直接加工而成。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种近远双端调心装置，其特征在于，包括：

两个夹具组件，两个所述夹具组件包括分别位于板状试样的上下两侧的上夹具组件和下夹具组件，所述上夹具组件和所述下夹具组件分别用于夹持所述板状试样的上下两端；

两个主体组件，两个所述主体组件包括位于所述上夹具组件上侧的上主体组件和位于所述下夹具组件下侧的下主体组件；所述上主体组件用于向上牵引所述上夹具组件，所述下主体组件用于向下牵引所述下夹具组件；所述上主体组件和所述下主体组件均包括榫杆以及沿竖向依次相连的第一主体、第二主体、第三主体；所述第一主体的第一端设有用于容纳并牵引所述夹具组件的第一腔体，所述第一主体的轴线与所述夹具组件的装夹面平行；所述第一主体的第二端与所述第二主体的第一端球铰连接，以使所述第一主体与所述第二主体能够相对转动；所述第二主体的第二端与所述第三主体的第一端套接，所述榫杆同时穿过所述第二主体的第二端和所述第三主体的第一端，所述榫杆与所述第二主体球面接触或与所述第三主体球面接触，以使所述第二主体与所述第三主体能够相对转动；所述第三主体的第二端用于连接安装架；

引伸计组件，所述引伸计组件包括陶瓷杆和用于测量所述陶瓷杆形变的引伸计，所述陶瓷杆的一端固定于一个所述主体组件上，所述引伸计固定于另一个所述主体组件上，所述陶瓷杆的另一端与所述引伸计相连；

所述第三主体的第一端设有凹槽，所述凹槽套设于所述第二主体的第二端外侧；所述凹槽的侧壁上设有供所述榫杆穿过的两个第一通孔，两个所述第一通孔同轴；所述第二主体的第二端设有供所述榫杆穿过的第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔同轴；所述第二通孔远离所述板状试样的一面设有球状突起，所述榫杆远离所述板状试样的一面设有球槽，所述球状突起用于与所述球槽滑动接触，以使所述第二主体与所述第三主体能够相对转动。

2.根据权利要求1所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述夹具组件包括第一滑块、第二滑块、定位杆和锁紧螺杆，所述第一滑块和所述第二滑块用于将所述板状试样夹在中间，所述第一滑块和所述第二滑块能够沿所述第一腔体的长度方向滑动，所述定位杆用于穿过所述第一滑块、所述第二滑块和所述板状试样，所述锁紧螺杆具有旋向相反的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第一螺纹段和所述第二螺纹段分别与所述第一滑块和所述第二滑块螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述锁紧螺杆的一端具有手柄。

4.根据权利要求2所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述第一腔体为设置于所述第一主体第一端的端面上的通槽，所述通槽的侧壁具有用于与所述夹具组件限位接触的阶梯结构，以将所述夹具组件拉向远离所述板状试样的一侧。

5.根据权利要求4所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述通槽包括沿竖向依次远离所述板状试样的第一宽度段、第二宽度段和第三宽度段，所述第一宽度段的宽度小于所述第一滑块、所述第二滑块的宽度，所述第二宽度段的宽度大于或等于所述第一滑块、所述第二滑块的宽度，所述第三宽度段的宽度大于所述第二宽度段的宽度，所述第一滑块和所述第二滑块位于所述第二宽度段。

6.根据权利要求1所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述第一主体包括球体、连杆和第一柱体，所述球体与所述第一柱体通过所述连杆固定相连，所述第一柱体位于所述第一主体的第一端，所述球体位于所述第一主体的第二端，所述第一腔体位于所述第一柱体的第一端；所述第二主体的第一端设有用于容纳所述球体的第二腔体，所述第二腔体靠近所述板状试样的一面设有用于与所述球体滑动接触的球面，所述球体与所述球面滑动接触时能够使所述第一主体与所述第二主体相对转动。

7.根据权利要求6所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述第二腔体设于所述第二主体的侧面且延伸至所述第二主体第一端的端面，以使所述球体能够从所述第二主体的侧向进入所述第二腔体；所述第二腔体包括用于容纳所述球体的大腔体和供所述连杆穿过的小腔体，所述大腔体位于所述小腔体远离所述板状试样的一侧，所述球面位于所述大腔体的第一端；所述连杆与所述小腔体的侧壁间留有间隙，以在所述连杆摆动时避让所述连杆。

8.根据权利要求1所述的近远双端调心装置，其特征在于，所述第三主体的第二端设有用于与所述安装架螺纹连接的外螺纹。

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