高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測試設(shè)備，旨在提供一種高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具。該夾具包括上載荷傳遞框、下載荷傳遞框和裝設(shè)于其中的上夾具、下夾具；上夾具、下夾具均分別包括球腔座和球鉸支座，其中：球腔座為中心開孔的圓柱體，且在圓柱體的一端向內(nèi)開設(shè)球面型腔體；球鉸支座依次包括圓柱體、球冠狀本體和凸出部三個部位；球腔座和球鉸支座位于載荷傳遞框內(nèi)部，且球鉸支座的圓柱體依次穿過球腔座的中心開孔和載荷傳遞框的中心通孔并能自由移動；上夾具與下夾具是上下對稱的。利用本發(fā)明所述夾具，可實現(xiàn)試樣安裝過程快速簡便；無論是平行不對中、偏角不對中還是混合不對中情況，均能實現(xiàn)試樣的自動對中，提高試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
【專利說明】高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測試設(shè)備，特別涉及一種高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓氫氣環(huán)境下材料力學(xué)性能測試設(shè)備主要采用在現(xiàn)有試驗機(jī)主機(jī)上對接高壓氫環(huán)境箱的形式，把試樣安裝在高壓環(huán)境箱里面，然后通過試驗機(jī)主機(jī)加載進(jìn)行氫氣介質(zhì)下的力學(xué)性能測試。為減少氫氣使用量，高壓氫環(huán)境箱的設(shè)計空間較小，難以采用液壓夾具夾持試樣。若直接采用螺紋或凸臺連接的普通夾具，容易產(chǎn)生不對中現(xiàn)象，試樣所受附加彎矩大，嚴(yán)重影響試驗結(jié)果的真實度。
[0003]不對中現(xiàn)象主要分為三類:1、平行不對中，即上、下夾具的中心線相互平行但不重合，存在徑向位移；2、偏角不對中，即上、下夾具的中心線之間存在偏角；3、混合不對中，SP同時存在平行不對中和偏角不對中。目前雖然已有文獻(xiàn)提出改進(jìn)型夾具以提高其對中性，例如ZL94236615.8高頻疲勞試驗機(jī)軸向疲勞試驗夾具，提出球面回轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)的夾具通過動載荷實現(xiàn)自動對中；又例如ZL200620098643.5萬能材料試驗機(jī)試樣自動校垂直夾具，提出半球、臺階型夾具實現(xiàn)自動找垂直點。但這些文獻(xiàn)提出的改進(jìn)型夾具，主要是針對偏角不對中情況；對于平行不對中或者混合不對中情況，卻難以實現(xiàn)自動對中；甚至有些結(jié)構(gòu)過于龐大復(fù)雜、安裝要求高、安裝繁瑣費時，不適用于空間較小的氫環(huán)境箱內(nèi)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種安裝簡易的高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具，在平行不對中、偏角不對中或者混合不對中情況下都能實現(xiàn)試樣的自動對中。
[0005]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供一種高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具，包括上載荷傳遞框、下載荷傳遞框和裝設(shè)于其中的上夾具、下夾具；上夾具、下夾具均分別包括球腔座和球鉸支座，其中:球腔座為中心開孔的圓柱體，且在圓柱體的一端向內(nèi)開設(shè)球面型腔體；球鉸支座依次包括圓柱體、球冠狀本體和凸出部三個部位；圓柱體的端部開有用于與試樣連接的螺紋孔，與圓柱體相接的球冠狀本體的外表面與球腔座的球面型腔體表面的形狀相配合；載荷傳遞框為中空的框型結(jié)構(gòu)，一端開有中心通孔，而相對端的外側(cè)開有用于連接試驗機(jī)固定桿或加載桿的螺紋孔；球腔座和球鉸支座位于載荷傳遞框內(nèi)部，且球鉸支座的圓柱體依次穿過球腔座的中心開孔和載荷傳遞框的中心通孔并能自由移動；上夾具各部件的裝配方向與下夾具是上下對稱的。
[0007]本發(fā)明中，所述載荷傳遞框的內(nèi)腔高度大于球鉸支座的軸向總長度。
[0008]本發(fā)明中，所述球鉸支座的凸出部呈圓柱形或六角凸臺狀。
[0009]本發(fā)明中，所述上夾具中的球腔座與球面型腔體相對一端的中心開孔外緣處設(shè)有凸臺，用于與載荷傳遞框的中心通孔相配合實現(xiàn)定位。(只是上球腔座設(shè)有此定位凸臺，下球腔座是沒有的，這樣使得下球腔座完全自由，不受約束，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)平行不對中情況，另外圖1、圖4和圖5也表明上、下球腔座的結(jié)構(gòu)存在此處區(qū)別。)
[0010]本發(fā)明中，所述球鉸支座圓柱部分與載荷傳遞框中心通孔和球腔座中心開孔之間、以及球腔座與載荷傳遞框內(nèi)腔之間均保持有足夠的徑向間隙，使所述部件相互之間能夠自由移動。
[0011 ] 本發(fā)明中，所述球鉸支座的圓柱體、球冠狀本體和凸出部三個部位是一體的,通過車削加工制得。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]利用本發(fā)明所述夾具，可實現(xiàn)試樣安裝過程快速簡便；無論是平行不對中、偏角不對中還是混合不對中情況，均能實現(xiàn)試樣的自動對中，提高試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為載荷傳遞框的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為圖2中A-A向剖視圖；
[0017]圖4為上球腔座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為下球腔座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為球鉸支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中各部分說明如下:試驗機(jī)固定桿1、試樣2、下球腔座3、試驗機(jī)加載桿4、下球鉸支座5、下載荷傳遞框6、上球腔座7、上球鉸支座8、上載荷傳遞框9。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】加以闡述。
[0022]如圖1所示，一種高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具，分為上夾具和下夾具兩部分；上夾具位于上載荷傳遞框9內(nèi)，由上球腔座7和上球鉸支座8組成，上球腔座7中心開孔且內(nèi)部開有球面型腔體；上球鉸支座8下端的圓柱部分通過螺紋孔與試樣2連接、中間設(shè)置球冠狀本體且其球型外表面與上球腔座7內(nèi)腔球面相配合構(gòu)成球鉸回轉(zhuǎn)副；上載荷傳遞框9 一端開有中心孔供上球鉸支座8圓柱部分自由移動，另一端開有螺紋孔與試驗機(jī)固定桿I連接，所述上球鉸支座8圓柱部分與上球腔座7和上載荷傳遞框9中心孔之間均設(shè)計有足夠的徑向間隙；下夾具位于下載荷傳遞框6內(nèi)，由下球腔座3和下球鉸支座5組成，下球腔座3中心開孔且內(nèi)部開有球面型腔體，下球鉸支座5上端的圓柱部分通過螺紋孔與試樣2連接、中間設(shè)置球冠狀本體且其球型外表面與下球腔座3內(nèi)腔球面相配合構(gòu)成球鉸回轉(zhuǎn)副；下載荷傳遞框6 —端開有中心孔供下球鉸支座5圓柱部分自由移動，另一端開有螺紋孔與試驗機(jī)加載桿4連接；所述下球鉸支座5上部圓柱與下載荷傳遞框6上端中心孔和下球腔座3中心孔之間、以及下球腔座3與下載荷傳遞框6內(nèi)腔之間均設(shè)計有足夠的徑向間隙。
[0023]所述下載荷傳遞框6和上載荷傳遞框9結(jié)構(gòu)相同，如圖2、3所示，均為開有與外部相通的中空腔體且內(nèi)腔高度大于上球鉸支座8或下球鉸支座5的軸向總長度，一端開有螺紋孔，另一端開有中心通孔。
[0024]如圖4所示，上球腔座7中心開通孔且外部呈圓柱型、內(nèi)部開有球面型腔體、末端設(shè)有凸臺與上載荷傳遞框9中心通孔配合起定位作用。
[0025]如圖5所示，下球腔座3中心開通孔且外部呈圓柱型、內(nèi)部開有球面型腔體。
[0026]上球鉸支座8和下球鉸支座5結(jié)構(gòu)相同，如圖6所示，均為一端是開有螺紋孔的圓柱用于與試樣連接、中間設(shè)置球冠狀本體且其球型外表面與上球腔座7或下球腔座3的內(nèi)腔球面相配合構(gòu)成球鉸回轉(zhuǎn)副、另一端設(shè)有六角凸臺(也可是外側(cè)粗糙的圓柱形)作為安裝該部件的手持部位。
[0027]本發(fā)明的具體應(yīng)用步驟如下:
[0028]首先上載荷傳遞框9和下載荷傳遞框6通過螺紋結(jié)構(gòu)分別與試驗機(jī)固定桿I和加載桿4實現(xiàn)連接。上球鉸支座8套進(jìn)上球腔座7內(nèi)，把整個上夾具(上球鉸支座8和上球腔座7組成)放到上載荷傳遞框9的內(nèi)腔,上球腔座7下端的凸臺自動定位嵌入上載荷傳遞框9下端的中心孔處，實現(xiàn)上夾具的安裝定位。手持固定上球鉸支座8上端的六角凸臺，將試樣2上端與上球鉸支座8下端的螺紋孔完全連接，完成試樣2上端的安裝。操作試驗機(jī)加載桿4使下載荷傳遞框6上移直至試樣2最低點落入下載荷傳遞框6上端的中心孔內(nèi)；把下球鉸支座5套進(jìn)下球腔座3內(nèi)，手持下球鉸支座5下端的六角凸臺把整個下夾具放到下載荷傳遞框6的內(nèi)腔并讓下球鉸支座5上端的圓柱沿著下載荷傳遞框6上端的中心孔上移，直到與試樣2下端接觸，旋轉(zhuǎn)下球鉸支座5下端的六角凸臺，使得試樣2下端與下球鉸支座5上端的螺紋孔完全連接，此時試樣2下端與下夾具完全連接并處于自由下垂?fàn)顟B(tài)。操作加載桿4使得下載荷傳遞框6下移直至其內(nèi)腔與下球腔座3接觸，此時加載桿4施加的拉力通過下載荷傳遞框6傳遞到試樣2上，使得上下球腔座3、7和上下球鉸支座5、8之間的兩個球鉸回轉(zhuǎn)副在拉力作用下自動找垂直點實現(xiàn)試樣2的自動對中。上述過程中，即便加載桿4和固定桿I之間存在中心線的徑向位移(即平行不對中或混合不對中)，由于下球鉸支座5上部圓柱與下載荷傳遞框6上端中心孔和下球腔座3中心孔之間、以及下球腔座3與下載荷傳遞框6內(nèi)腔之間均設(shè)計有足夠的徑向間隙，因此下夾具不會被迫跟隨加載桿4 一起偏離中心，同時由于球鉸回轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)具有自動調(diào)整角度找垂直點功能，因此最終在自身重力和拉力作用下試樣2不受固定桿I和加載桿4之間存在中心線徑向位移的影響，試樣2中心線依然自動保持垂直，試樣2受力方向與其中心線相同，不產(chǎn)生附加彎矩，使得拉伸試驗時測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
[0029]另外，夾具首次安裝后，兩個載荷傳遞框6、9以及上夾具均無須拆卸，試樣安裝時只需安裝下夾具以及調(diào)整上球鉸支座8和加載桿4，因此試樣安裝過程簡單方便。
[0030]以上所述，僅是本發(fā)明的一個實施案例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施案例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容做出某些更動或修改而成為等同變化的等效實施案例。
[0031]例如，本發(fā)明并不限定只用于氫環(huán)境下的材料試驗機(jī)，普通試驗機(jī)也可采用。
[0032]但凡未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施案例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓氫環(huán)境材料試驗機(jī)拉伸試驗夾具，包括上載荷傳遞框、下載荷傳遞框和裝設(shè)于其中的上夾具、下夾具；其特征在于，上夾具與下夾具均分別包括球腔座和球鉸支座，其中: 球腔座為中心開孔的圓柱體，且在圓柱體的一端向內(nèi)開設(shè)球面型腔體； 球鉸支座依次包括圓柱體、球冠狀本體和凸出部三個部位；圓柱體的端部開有用于與試樣連接的螺紋孔，與圓柱體相接的球冠狀本體的外表面與球腔座的球面型腔體表面的形狀相配合； 載荷傳遞框為中空的框型結(jié)構(gòu)，一端開有中心通孔，而相對端的外側(cè)開有用于連接試驗機(jī)固定桿或加載桿的螺紋孔；球腔座和球鉸支座位于載荷傳遞框內(nèi)部，且球鉸支座的圓柱體依次穿過球腔座的中心開孔和載荷傳遞框的中心通孔并能自由移動；上夾具各部件的裝配方向與下夾具是上下對稱的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾具，其特征在于，所述載荷傳遞框的內(nèi)腔高度大于球鉸支座的軸向總長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾具，其特征在于，所述球鉸支座的凸出部呈圓柱形或六角凸臺狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項中所述的夾具，其特征在于，所述上夾具中的球腔座與球面型腔體相對一端的中心開孔外緣處設(shè)有凸臺，用于與載荷傳遞框的中心通孔相配合實現(xiàn)定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾具，其特征在于，所述球鉸支座圓柱部分與載荷傳遞框中心通孔和球腔座中心開孔之間、以及球腔座與載荷傳遞框內(nèi)腔之間均保持有足夠的徑向間隙，使所述部件相互之間能夠自由移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾具，其特征在于，所述球鉸支座的圓柱體、球冠狀本體和凸出部三個部位是一體的，通過車削加工制得。
【文檔編號】G01N3/04GK103674695SQ201310664302
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】鄭津洋, 周池樓, 趙永志, 徐平, 花爭立, 顧超華 申請人:浙江大學(xué)