CN217237477U - 一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，包括上下对称且结构相同的两个夹具，夹具包括夹杆，夹杆一端开设有锥形孔，另一端为夹持段，锥形孔内装有与锥形孔锥度相配合的锥形套管，锥形孔的外表面设有外螺纹，外螺纹上旋接有锁紧螺母，锥形套管为弹性夹头，金属薄壁管材的端部塞有塞头，金属薄壁管材的端部置于锥形套管内。本实用新型通过旋紧锁紧螺母带动锥形套管向锥形孔内运动，锥形套管受到锥形孔内壁的挤压发生均匀的弹性变形，从而均匀的箍紧金属薄壁管材，避免了应力集中对金属薄壁管材的危害；同时，由于金属薄壁管材被夹持部分受力均衡，因此夹持系统能够保持良好的同轴度，能够满足金属薄壁管材疲劳试验对高同轴度的要求。

Description

一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件

技术领域

本实用新型属于疲劳试验技术领域，具体涉及一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件。

背景技术

随着的材料的实际服役条件要求不断提高，材料的抗疲劳性能也有了更高的要求。疲劳试验过程是试验设备对试验样品施加长时间的循环参数如应变、载荷、位移，其对于样品的尺寸，表面状态和载荷加载系统的刚度和同轴度都有较高的要求。目前有关金属棒状试样的疲劳试验已经相当成熟，但有关金属薄壁管材的疲劳试验仍处于发展阶段，现有的金属薄壁管材的疲劳试验夹具较少，且设计中存在许多不足之处。公告号为CN113155635A的专利，公开了一种金属管材轴向疲劳试验夹具，该夹具通过在夹块座的楔形孔内设置至少两个具有弧形槽的夹块，弧形槽组成不完整的圆弧，能够将金属管材夹持在内部，由于夹块之间是独立的，因此在疲劳试验过程中容易导致管材试样夹持部分周向受力不均，引起局部应力过大而使金属管材断裂；此外，由于固定座与夹块座通过多个调节螺栓连接，固定座与夹块之间设置有支撑件，因此需要通过转动调节螺栓调整固定座与夹块座之间的距离使支撑件顶着夹块向远离固定座的方向运动来实现夹块之间的相向运动，才能增加对金属管材的夹持力，在调整过程中必须保持所有调节螺栓的扭力相同才能保持平衡，但在实际操作中很难保证扭力完全相同，因此不能很好地保证夹持系统的同轴度符合试验要求。公告号为CN212780251U的专利公开了一种管材疲劳试验夹具，该夹具将塞入管材内的管塞与试验机直接相连，容易导致试验过程中管塞与试样内壁之间产生循环往复的摩擦，不仅容易损伤试样内壁，还会使摩擦部位成为容易失效的部位，从而不能得出管材实际的疲劳性能；此外，该夹具的母锁紧套与公锁紧套螺纹连接，套设在管材外壁上的变形体位于公锁紧套的内部，公锁紧套部分与母锁紧套螺纹连接，剩余部分位于母锁紧套的外部，因此公锁紧套与母锁紧套通过螺纹连接产生的推力主要作用在螺纹连接部分，这会导致变形体靠近母锁紧套的一端对管材的箍紧力大，远离锁紧螺母的一端对管材的箍紧力小，因此难以避免应力集中对管材的危害。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件。该金属薄壁管材疲劳试验夹具通过将锥形套管置于夹杆的锥形孔内，将锁紧螺母旋接在锥形孔外表面的外螺纹上，再将塞有塞头的金属薄壁管材置于锥形套管内，当旋紧锁紧螺母时，锁紧螺母带动锥形套管向夹杆的锥形孔内运动，锥形套管受到来自锥形孔内壁均匀的挤压力发生弹性变形，均匀箍紧金属薄壁管材，因此能够保证金属薄壁管材免受应力集中的损害，同时，由于金属薄壁管材被夹持部分受力均衡，因此夹持系统能够保持很好的同轴度，使金属薄壁管材的疲劳性能不受同轴度偏差的影响。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，包括上下对称，结构相同且同轴配置的两个夹具，所述夹具包括夹杆，所述夹杆一端开设有锥形孔，另一端为夹持段，所述锥形孔内装有与锥形孔锥度相配合的用于容纳金属薄壁管材的锥形套管，所述锥形孔的外表面设有外螺纹，所述外螺纹上旋接有锁紧螺母，所述锁紧螺母的内表面设有与外螺纹配合的内螺纹，且锥形套管的头部伸入到锁紧螺母内，所述锥形套管为弹性夹头，所述金属薄壁管材的端部塞有塞头，且金属薄壁管材的端部置于锥形套管内，所述夹杆的夹持段与疲劳试验机连接。

上述的一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，所述锥形套管的头部形状为锥形，所述锁紧螺母内壁面设有与锥形套管的头部锥度配合的内锥面，所述锥形套管的外周形成有沟槽，所述锁紧螺母内壁面设有与沟槽卡接的凸台，所述锁紧螺母内壁面的凸台与锁紧螺母的内螺纹之间形成凹槽，凹槽的直径大于锥形孔外表面的外螺纹的直径，所述凸台位于所述内锥面与凹槽之间。

上述的一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，所述锥形套管的端面上沿所述锥形套管的轴向方向延伸设有多条通槽，多条所述通槽沿所述锥形套管的周向方向依次均匀布设，通槽仅贯穿锥形套管的一个端面，且相邻通槽的延伸方向相反。

上述的一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，所述塞头有锥度。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的锁紧螺母与锥形孔外表面通过螺纹旋接产生的推力，能够带动锥形套管向锥形孔内运动，使锥形套管均匀的向金属薄壁管材外壁收紧，实现对金属薄壁管材的均匀箍紧，避免了应力集中对金属薄壁管材的危害，且由于金属薄壁管材在被箍紧时受力均衡，因此能够保证夹持系统在疲劳试验中保持良好的同轴度。

2、本实用新型在金属薄壁管材端部塞入的塞头对金属薄壁管材的内壁起到支撑作用，能有效保护金属薄壁管材被箍紧时不发生内凹变形或断裂，同时塞头没有与疲劳试验机直接连接，因此能有效避免塞头对金属薄壁管材内壁的磨损。

3、本实用新型通过在锥形套管的外周设置沟槽，在锁紧螺母内壁设置凸台和凹槽，使锥形套管能自适应地调节与锁紧螺母的配合，从而能避免锥形套管箍紧金属薄壁管材时产生侧向力，有利于夹持系统保持良好同轴度。

4、本实用新型的夹具组件适用于壁厚为0.03mm以上的薄壁管材试样。

5、本实用新型的夹具组件同时适用于高周疲劳试验和拉伸试验，且能同时适用于室温试验和高温试验。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型金属薄壁管材疲劳试验夹具的结构示意图。

图2是本实用新型锥形套管的结构示意图。

附图标记说明:

1—夹杆； 2—锥形套管； 3—锁紧螺母；

4—塞头； 5—锥形孔； 6—夹持段；

7—外螺纹； 8—内螺纹； 9—金属薄壁管材；

10—凹槽； 11—凸台； 12—内锥面；

13—沟槽； 14—通槽。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的金属薄壁管材疲劳试验夹具组件包括上下对称，结构相同且同轴配置的两个夹具，所述夹具包括夹杆1，所述夹杆1一端开设有锥形孔5，另一端为夹持段6，所述锥形孔5内装有与锥形孔5锥度相配合的用于容纳金属薄壁管材9的锥形套管2，所述锥形孔5的外表面设有外螺纹7，所述外螺纹7上旋接有锁紧螺母3，所述锁紧螺母3的内表面设有与外螺纹7配合的内螺纹8，且锥形套管2的头部伸入到锁紧螺母3内，所述锥形套管2为弹性夹头，所述金属薄壁管材9的端部塞有塞头4，且金属薄壁管材9的端部置于锥形套管2内，所述夹杆1的夹持段6与疲劳试验机连接。

本实施例中，夹杆1的一端开设有锥形孔5，便于与锥形孔5锥度配合的锥形套管2放置于该锥形孔5内，锥形套管2用于容纳金属薄壁管材9；此外，通过在锥形孔5的外表面设置外螺纹7，使得锁紧螺母3能经设置在锁紧螺母3内表面的内螺纹8旋接在外螺纹7上，且锥形套管2的头部容纳于锁紧螺母3内；金属薄壁管材9的端部塞入塞头4后置于锥形套管2内，由于锥形套管2为弹性夹头，弹性夹头具有整体性，当旋紧锁紧螺母3时，锁紧螺母3带动锥形套管2向锥形孔5内运动，锥形套管2会受到锥形孔5内壁的挤压向金属薄壁管材9的外壁均匀收缩而箍紧金属薄壁管材9，因此金属薄壁管材9被夹持部分受力均匀，从而避免了应力集中对金属薄壁管材9的危害，同时也有利于整个夹持系统保持良好的同轴度，使金属薄壁管材9的疲劳性能不受同轴度偏差的影响；将塞头4塞入金属薄壁管材9的端部，对金属薄壁管材9内壁起到支撑作用，能有效防止金属薄壁管材9在受到夹持力时发生内凹变形，同时也能避免由金属薄壁管材9内凹变形引起的金属薄壁管材9被夹持部分受力不均匀现象，从而能进一步保证夹持力均匀地施加在金属薄壁管材9上，消除应力集中对金属薄壁管材9的危害，保证疲劳试验的成功；此外，疲劳试验机与夹杆1的夹持段6连接，而非直接与塞头4连接，避免了疲劳试验过程中塞头4对金属薄壁管材9内壁的摩擦，因此金属薄壁管材9内壁不会因受到摩擦损伤而失效，从而有利于保证疲劳试验结果的准确性。

通常塞头4塞入金属薄壁管材9的长度大于金属薄壁管材9塞入锥形套管2的长度。这使得金属薄壁管材9被夹持部分以及金属薄壁管材9被夹持部分前缘以外的内壁均能得到塞头4的支撑，从而能有效避免金属薄壁管材9被箍紧时发生内凹变形或断裂，同时，在疲劳试验过程中，也能有效防止金属薄壁管材9因应力集中在塞头4的前缘处发生断裂。

通常金属薄壁管材9的外径比锥形套管2的内径小0.01mm，从而保证了金属薄壁管材9能够刚好塞入锥形套管2内与锥形套管2紧密配合。

如图1和图2所示，进一步地，本实施例的装置中所述锥形套管2的头部形状为锥形，所述锁紧螺母3内壁面设有与锥形套管2的头部锥度配合的内锥面12，所述锥形套管2的外周形成有沟槽13，所述锁紧螺母3内壁面设有与沟槽13卡接的凸台11，所述锁紧螺母3内壁面的凸台11与锁紧螺母3内壁面的内螺纹8之间形成凹槽10，凹槽10的直径大于夹杆1的外螺纹7的直径，所述凸台11位于所述内锥面12与凹槽10之间。

本实施例中，锥形套管2的头部形状为锥形，锁紧螺母3的内壁面设有与锥形套管2的头部锥度配合的内锥面12，这使得锥形套管2的头部能够便捷地安装到锁紧螺母3内；此外，锥形套管2的外周形成有沟槽13，锁紧螺母3内壁面则设有与沟槽13卡接的凸台11，这使得锥形套管2的头部容纳于锁紧螺母3内不会掉落，同时还方便金属薄壁管材9自动找到锥形套管2正中心的位置，实现快速夹紧，有利于满足金属薄壁管材9在疲劳试验中的高同轴度的要求；锁紧螺母3内壁面的凸台11与锁紧螺母3的内螺纹8之间设有凹槽10，且凹槽10的直径大于夹杆1外螺纹7的直径，锁紧螺母3内壁面的凹槽10与锥形套管2的沟槽13配合后形成内空隙，这使得在旋紧锁紧螺母3的过程中，锥形套管2能有足够的余地自适应地调节与锁紧螺母3的配合，从而使锥形套管2箍紧金属薄壁管材9时，不会产生侧向力，使夹持系统能够保持良好的同轴度，使金属薄壁管材9的疲劳性能不受同轴度偏差的影响。

如图2所示，进一步地，本实施例的装置中所述锥形套管2的端面上沿所述锥形套管2的轴向方向延伸设有多条通槽14，多条所述通槽14沿所述锥形套管2的周向方向依次均匀布设，通槽14仅贯穿锥形套管2的一个端面，且相邻通槽14的延伸方向相反。

本实施例中，通过在锥形套管2的端面上沿锥形套管2的轴向方向延伸设置多条通槽14，且多条通槽14沿锥形套管2周向方向依次均匀布设，同时通槽14仅贯穿锥形套管2的一个端面，且相邻两条所述通槽14的延伸方向相反，这种设计使锥形套管2在保持原有外形尺寸的前提下，形成了多瓣式布局结构，从而为锥形套管2在径向方向留有足够的压缩变形空间，进而使锥形套管2富有良好的弹性和韧性。

本实施例中，锥形套管2的周向方向依次均匀布设有16条通槽14，通槽14仅贯穿锥形套管2的一个端面，且相邻两条通槽14的延伸方向相反，这使得锥形套管2形成两个相对端面各具有八个分瓣的弹性夹头，通过实验验证，具有八个分瓣的锥形套管2与金属薄壁管材9的外壁更贴合，且能够满足金属薄壁管材9疲劳试验所需的箍紧效果和同轴度的要求。

如图1所示，进一步地，本实施例的装置中所述塞头4有锥度。

本实施例中，为塞头4设计锥度的目的是为塞头4与金属薄壁管材9内壁之间留有空隙，避免金属薄壁管材9在疲劳试验的拉压过程中由于塞头4远离夹杆1的夹持段6的一端与金属薄壁管材9内壁紧密接触而引起应力集中发生断裂。

本实用新型金属薄壁管材疲劳试验夹具的使用方法为：将锥形套管2放置于锥形孔5内，使锥形套管2外壁与锥形孔5的内壁配合，将锥形套管2的头部安装到锁紧螺母3中，使锥形套管2的头部外壁与锁紧螺母3的内锥面12配合，同时锁紧螺母3的凸台11与锥形套管2的沟槽13卡接，锁紧螺母3的凹槽10与锥形套管2的沟槽13配合形成内空隙，锁紧螺母3的内螺纹8与锥形孔外表面的外螺纹7相旋接；将塞头4塞入金属薄壁管材9的端部，然后将塞有塞头4的金属薄壁管材9的端部置于锥形套管2内，旋紧锁紧螺母3，使金属薄壁管材9固定夹持在锥形套管2中，最后将夹杆1的夹持段6与疲劳试验机连接。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，包括上下对称，结构相同且同轴配置的两个夹具，所述夹具包括夹杆(1)，所述夹杆(1)一端开设有锥形孔(5)，另一端为夹持段(6)，所述锥形孔(5)内装有与锥形孔(5)锥度相配合的用于容纳金属薄壁管材(9)的锥形套管(2)，所述锥形孔(5)的外表面设有外螺纹(7)，所述外螺纹(7)上旋接有锁紧螺母(3)，所述锁紧螺母(3)的内表面设有与外螺纹(7)配合的内螺纹(8)，且锥形套管(2)的头部伸入到锁紧螺母(3)内，所述锥形套管(2)为弹性夹头，所述金属薄壁管材(9)的端部塞有塞头(4)，且金属薄壁管材(9)的端部置于锥形套管(2)内，所述夹杆(1)的夹持段(6)与疲劳试验机连接。

2.根据权利要求1所述的一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，所述锥形套管(2)的头部形状为锥形，所述锁紧螺母(3)内壁面设有与锥形套管(2)的头部锥度配合的内锥面(12)，所述锥形套管(2)的外周形成有沟槽(13)，所述锁紧螺母(3)内壁面设有与沟槽(13)卡接的凸台(11)，所述锁紧螺母(3)内壁面的凸台(11)与锁紧螺母(3)的内螺纹(8)之间形成凹槽(10)，凹槽(10)的直径大于锥形孔(5)外表面的外螺纹(7)的直径，所述凸台(11)位于所述内锥面(12)与凹槽(10)之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，所述锥形套管(2)的端面上沿所述锥形套管(2)的轴向方向延伸设有多条通槽，多条所述通槽(14)沿所述锥形套管(2)的周向方向依次均匀布设，通槽(14)仅贯穿锥形套管(2)的一个端面，且相邻通槽(14)的延伸方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种金属薄壁管材疲劳试验夹具组件，其特征在于，所述塞头(4)有锥度。

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