旋式推進夾緊拉伸裝置的設(shè)計

劉志山，袁慶一，田　萍

(長春機械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長春 130103)

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旋式推進夾緊拉伸裝置的設(shè)計

劉志山，袁慶一，田萍

(長春機械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長春 130103)

摘要：旋式推進夾緊拉伸裝置主要用于空間范圍狹小、噸位較大的非彈性材料拉伸試驗機，可以完成各種非彈性材料的標(biāo)準啞鈴型板材或棒材的拉伸試驗，解決了電子萬能試驗機配備高低溫環(huán)境裝置后，試驗空間受其大小的限制問題。

關(guān)鍵詞：拉伸夾具；電子萬能試驗機；環(huán)境裝置

1引言

在科技高速發(fā)展的大環(huán)境下，用于航天、航空、深海等設(shè)備的新材料研究也如火如荼。很多新材料用于特殊環(huán)境，如高溫、極寒、腐蝕等特殊環(huán)境。測試新材料在極端環(huán)境下的性能的需求，促使材料試驗裝備技術(shù)也在隨之不斷地提升與創(chuàng)新。

電子萬能試驗機對材料性能試驗做出了卓越貢獻，但是在新材料對試驗環(huán)境有新需求后，電子萬能試驗機的試驗空間受到環(huán)境裝置的限制，不得不更改電子萬能試驗機的試驗空間和環(huán)境裝置的內(nèi)部有效空間。這種更改，對設(shè)備的投入成倍地增加，這導(dǎo)致研發(fā)團隊所需經(jīng)費也大幅度提高。為解決這一問題，提出研發(fā)一款可對標(biāo)準試樣進行有效夾持、占用空間小、剛度高的新型夾持設(shè)備。旋式推進夾緊拉伸裝置的設(shè)計就是在這樣的市場需求下提出的。

2設(shè)計背景

目前，國內(nèi)外的電子萬能試驗機所使用的常規(guī)夾具，按夾緊方式分主要有兩種。一種是旋轉(zhuǎn)螺紋結(jié)構(gòu)，提拉夾具體促使夾塊向內(nèi)水平運動達到夾緊目的，另外一種是依靠彈簧等彈性裝置，推動夾塊向下運動的同時向內(nèi)夾緊試樣。兩種夾持方式都有各自的優(yōu)缺點，無論哪種夾緊方式，只有夾具的剛度足夠高，才能保證夾具的使用要求。夾具高剛度的要求，會導(dǎo)致夾具體外形尺寸較大。

為了達到環(huán)境裝置的預(yù)期效果，需要對環(huán)境裝置內(nèi)部空間進行實時監(jiān)測，隨時調(diào)整內(nèi)部空間的環(huán)境狀態(tài)，滿足環(huán)境狀態(tài)的穩(wěn)定，即波動度越低越理想。而為了達到較低的環(huán)境波動要求，就需要環(huán)境裝置內(nèi)部空間尺寸要小，這樣就便于環(huán)境波動的控制。

高剛度要求夾具體的外形尺寸較大，而較低的環(huán)境波動度又要求環(huán)境空間較小。旋式推進夾緊拉伸裝置只有滿足尺寸小、剛度高、夾持方便的要求，才能有效地解決兩者間的矛盾。經(jīng)過對傳統(tǒng)手動拉伸夾具的結(jié)構(gòu)更改，所設(shè)計的旋式推進夾緊拉伸裝置很好地實現(xiàn)了占用空間小、夾具剛度大的統(tǒng)一。

3旋式推進夾緊拉伸裝置的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點

3.1旋式推進夾緊拉伸裝置的結(jié)構(gòu)

旋式推進夾緊拉伸裝置如圖1所示。該裝置通過螺紋芯軸2和連接銷軸1與電子萬能試驗機相連，通過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)扳手8帶動夾塊座4向上運動，使兩個夾塊7相向運動，實現(xiàn)對試驗材料的夾緊。

1.連接銷軸　2.螺紋芯軸　3.夾頭體　4.夾塊座　5.螺釘　6.推拉板　7.夾塊　8.旋轉(zhuǎn)扳手　9.螺釘圖1　旋式推進夾緊拉伸裝置

3.2旋式推進夾緊拉伸裝置的優(yōu)點

(1)結(jié)構(gòu)合理、用料較少、成本較低

旋式推進夾緊拉伸裝置因其夾頭體3為圓筒式全封閉結(jié)構(gòu)，其受力均勻，受力狀況好。與傳統(tǒng)夾具相比，在同樣的剛度要求下，其用料減少。因工作在極端環(huán)境裝置內(nèi)，所以夾具的材料也要有相應(yīng)的特性。這種非常規(guī)的特性要求的鋼材成本較高，所以，較少的用料就等于較低的成本消耗。

(2)加工簡單、熱處理性能好、剛度高

因夾具體的結(jié)構(gòu)為圓形，對機加設(shè)備的要求相對較低，加工成本少。同時，夾具體厚度相對均勻，無突然加厚和減薄的結(jié)構(gòu)存在，熱處理時，可以很好地控制夾具體材料內(nèi)部和外部的晶體結(jié)構(gòu)，使材料發(fā)揮其應(yīng)有的性能，以保證夾具體的剛度。

(3)操作簡單、夾持可靠、消耗空間小

旋式推進結(jié)構(gòu)可以對金屬、碳纖維類非塑性材料進行有效夾持。夾持后，夾具體向上運動，使用夾具固定部分已用空間，從而可以節(jié)省空間進行有效試驗。

3.3旋式推進夾緊拉伸裝置的缺點

旋式推進夾緊拉伸裝置為手動夾緊，在試驗中，對于塑性材料，夾持部分夾持厚度變薄后無法跟隨夾緊，會導(dǎo)致試驗失敗。所以，旋式推進夾緊拉伸裝置無法應(yīng)用到塑性材料試驗中。

3.4注意事項

使用旋式推進夾緊拉伸裝置過程中需要注意，在該裝置進入環(huán)境裝置前，需先將旋轉(zhuǎn)扳手8抽出，以防在更改環(huán)境溫度時，旋轉(zhuǎn)扳手也隨環(huán)境變化而改變。試驗結(jié)束后卸載試驗材料時，如不注意，會對操作人員有燙傷或凍傷等傷害。所以，在該裝置進入環(huán)境裝置前，先將旋轉(zhuǎn)扳手8抽出是非常必要的操作步驟，這可以保護操作人員，也可以快速進行下次試驗，減少環(huán)境裝置的環(huán)境變化，有利于節(jié)約能源，保護試驗環(huán)境。

4結(jié)束語

旋式推進夾緊拉伸裝置是經(jīng)過大量不同試驗人員使用過的電子萬能試驗機的附屬設(shè)備，目前可應(yīng)用到100kN電子萬能試驗機上。因其科學(xué)、實用的結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟性，對電子萬能試驗機及環(huán)境裝置的要求低，所以值得在材料試驗設(shè)備中推廣。

參考文獻

[1]成大先.機械設(shè)計手冊(第五版)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[2] GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第一部分:室溫試驗方法[S].

[3]GB/T 16491-2008 電子式萬能試驗機[S].

[收稿日期]2016-06-16

[作者簡介]劉志山(1986—)，男，助理工程師，主要研究方向：機械設(shè)計。

中圖分類號：TG75

文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.022

Design of Clamping Tensile Device with Rotating Propulsion

Liu Zhishan, Yuan Qingyi, Tian Ping

(Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China)

Abstract：The tensile device is mainly used for the testing machine which has narrow space and large tonnage. The tensile test for the dumbbell-shaped non elastic materials can be completed by using the testing device. The development of the tensile device may solve the problem of space limit of electronic universal testing machine equipped with high and low temperature environment device.

Keywords:tensile fixture; electronic universal testing machine; environment device