旋式推进夹紧拉伸装置的设计

刘志山，袁庆一，田　萍

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)



旋式推进夹紧拉伸装置的设计

刘志山，袁庆一，田萍

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)

摘要：旋式推进夹紧拉伸装置主要用于空间范围狭小、吨位较大的非弹性材料拉伸试验机，可以完成各种非弹性材料的标准哑铃型板材或棒材的拉伸试验，解决了电子万能试验机配备高低温环境装置后，试验空间受其大小的限制问题。

关键词：拉伸夹具；电子万能试验机；环境装置

1引言

在科技高速发展的大环境下，用于航天、航空、深海等设备的新材料研究也如火如荼。很多新材料用于特殊环境，如高温、极寒、腐蚀等特殊环境。测试新材料在极端环境下的性能的需求，促使材料试验装备技术也在随之不断地提升与创新。

电子万能试验机对材料性能试验做出了卓越贡献，但是在新材料对试验环境有新需求后，电子万能试验机的试验空间受到环境装置的限制，不得不更改电子万能试验机的试验空间和环境装置的内部有效空间。这种更改，对设备的投入成倍地增加，这导致研发团队所需经费也大幅度提高。为解决这一问题，提出研发一款可对标准试样进行有效夹持、占用空间小、刚度高的新型夹持设备。旋式推进夹紧拉伸装置的设计就是在这样的市场需求下提出的。

2设计背景

目前，国内外的电子万能试验机所使用的常规夹具，按夹紧方式分主要有两种。一种是旋转螺纹结构，提拉夹具体促使夹块向内水平运动达到夹紧目的，另外一种是依靠弹簧等弹性装置，推动夹块向下运动的同时向内夹紧试样。两种夹持方式都有各自的优缺点，无论哪种夹紧方式，只有夹具的刚度足够高，才能保证夹具的使用要求。夹具高刚度的要求，会导致夹具体外形尺寸较大。

为了达到环境装置的预期效果，需要对环境装置内部空间进行实时监测，随时调整内部空间的环境状态，满足环境状态的稳定，即波动度越低越理想。而为了达到较低的环境波动要求，就需要环境装置内部空间尺寸要小，这样就便于环境波动的控制。

高刚度要求夹具体的外形尺寸较大，而较低的环境波动度又要求环境空间较小。旋式推进夹紧拉伸装置只有满足尺寸小、刚度高、夹持方便的要求，才能有效地解决两者间的矛盾。经过对传统手动拉伸夹具的结构更改，所设计的旋式推进夹紧拉伸装置很好地实现了占用空间小、夹具刚度大的统一。

3旋式推进夹紧拉伸装置的结构及其优缺点

3.1旋式推进夹紧拉伸装置的结构

旋式推进夹紧拉伸装置如图1所示。该装置通过螺纹芯轴2和连接销轴1与电子万能试验机相连，通过旋转旋转扳手8带动夹块座4向上运动，使两个夹块7相向运动，实现对试验材料的夹紧。

1.连接销轴　2.螺纹芯轴　3.夹头体　4.夹块座　5.螺钉　6.推拉板　7.夹块　8.旋转扳手　9.螺钉图1　旋式推进夹紧拉伸装置

3.2旋式推进夹紧拉伸装置的优点

(1)结构合理、用料较少、成本较低

旋式推进夹紧拉伸装置因其夹头体3为圆筒式全封闭结构，其受力均匀，受力状况好。与传统夹具相比，在同样的刚度要求下，其用料减少。因工作在极端环境装置内，所以夹具的材料也要有相应的特性。这种非常规的特性要求的钢材成本较高，所以，较少的用料就等于较低的成本消耗。

(2)加工简单、热处理性能好、刚度高

因夹具体的结构为圆形，对机加设备的要求相对较低，加工成本少。同时，夹具体厚度相对均匀，无突然加厚和减薄的结构存在，热处理时，可以很好地控制夹具体材料内部和外部的晶体结构，使材料发挥其应有的性能，以保证夹具体的刚度。

(3)操作简单、夹持可靠、消耗空间小

旋式推进结构可以对金属、碳纤维类非塑性材料进行有效夹持。夹持后，夹具体向上运动，使用夹具固定部分已用空间，从而可以节省空间进行有效试验。

3.3旋式推进夹紧拉伸装置的缺点

旋式推进夹紧拉伸装置为手动夹紧，在试验中，对于塑性材料，夹持部分夹持厚度变薄后无法跟随夹紧，会导致试验失败。所以，旋式推进夹紧拉伸装置无法应用到塑性材料试验中。

3.4注意事项

使用旋式推进夹紧拉伸装置过程中需要注意，在该装置进入环境装置前，需先将旋转扳手8抽出，以防在更改环境温度时，旋转扳手也随环境变化而改变。试验结束后卸载试验材料时，如不注意，会对操作人员有烫伤或冻伤等伤害。所以，在该装置进入环境装置前，先将旋转扳手8抽出是非常必要的操作步骤，这可以保护操作人员，也可以快速进行下次试验，减少环境装置的环境变化，有利于节约能源，保护试验环境。

4结束语

旋式推进夹紧拉伸装置是经过大量不同试验人员使用过的电子万能试验机的附属设备，目前可应用到100kN电子万能试验机上。因其科学、实用的结构和经济性，对电子万能试验机及环境装置的要求低，所以值得在材料试验设备中推广。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册(第五版)[M].化学工业出版社.

[2] GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第一部分:室温试验方法[S].

[3]GB/T 16491-2008 电子式万能试验机[S].

[收稿日期]2016-06-16

[作者简介]刘志山(1986—)，男，助理工程师，主要研究方向：机械设计。

中图分类号：TG75

文献标识码：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