本发明涉及一种夹持装置。特别是涉及一种拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置及方法。
背景技术：
材料万能试验机是用于各种材料力学性能测试的设备。通过拉伸、压缩、弯曲等试验可得到材料的基本力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、伸长率、弹性模量等。作为一种用于质量检测的计量设备，对其产品自身的质量具有更高的要求，其测试结果的准确度必须符合相关的标准要求。对于拉伸试验机而言，影响其测试结果准确性的一个至关重要的参数是同轴度。而影响同轴度有两方面的因素。
一是试验机本身的结构合理性和零部件的加工制造精度。通常，试验机本身在设计结构合理、零件加工制造精度得到控制、装配合理的条件下，其自身的同轴度是可以得到保证的，上下夹具中心的绝对同轴度可控制在0.1mm以内。按照相对应变误差，其同轴度也能控制在5％以内，符合相关标准的要求。
另一方面是，平板试样本身相对试验机力中心线的位置的准确度对试验的同轴度影响非常大，直接影响试验结果的准确性。如果平板试样装夹歪斜或者偏离试验机力的中心，则所得到的测试结果必定是错误的。对于圆型平板试样，因采用的是v型夹块，具有自对中功能，其同轴度误差就是试验机本省的同轴度误差。但对于平板试样，必须采用平夹块夹持。在没有使用定位装置的情况下，可能发生下图1a～图1f所示的装夹情况。
其中图1a为主视图，图1b～图1f为各种装夹情况下所呈现的图1a的侧视图。图1b为装夹正确，图1c、图1d、图1e、图1f均为装夹错误。有时候平板试样偏差可能达到10mm以上，试验时，平板试样承受巨大的弯曲应力，因此所得到的测试结果必定是错误的。不但如此，平板试样装夹错误还可能导致设备损坏，甚至使夹具断裂，造成人身伤害和财产损失。
为保证平板试样装夹位置正确，目前试验机上普遍采用的办法是，用两只机械式定位尺，安装在上下夹具的夹块上，根据平板试样的宽度手工调节定位尺的位置。这种方法对于少量的试验来说具有一定的可行性。但是存在以下两方面的缺点和不足。
1.定位尺调整不方便，所花费时间较长。对每个新规格的平板试样，操作者必须根据平板试样宽度手工调整上下两件定位尺的位置。这对于规格多，试验量大的用户来说(例如钢铁企业的检测试验室)，这种方法会严重影响用户的工作效率。另外，手工调整时，经常出现因读数错误而发生定位尺调整错误，导致平板试样在错误的条件下进行测试，得到错误的测试结果的情况出现。
2.定位尺容易损坏。手工装夹平板试样时，因为平板试样自重较大的原因，通常很难精确控制平板试样的上下方向位置，因此经常导致平板试样侧面的圆弧过渡台肩恰好卡在定位尺上。随着平板试样在拉伸力的作用下伸长，定位尺也很容易被拉弯，从而导致定位尺损坏。
因为上述的两个原因，在试验量大、规格多的用户单位，普通的平板试样定位尺经常不能发挥作用而被放弃使用。操作者只能根据自身的操作技能和经验，凭借手感和视觉来装夹平板试样。这种情况势必对测试结果的准确性和一致性造成不可低估的影响。
另有一种拉伸试验机智能平板试样对中装置(cn104713770a)，该装置不在对中过程中靠板与平板试样的标距段直接接触，使得对表面要求较高的平板试样标距段的表面产生明显影响，易出现大量划痕，对疲劳试验的试验结果产生重要影响，且其制造成本高，操作复杂。
为保证平板试样的夹持位置正确，必须采用更方便、更精确的平板试样定位装置，以限制平板试样在夹具上前后方向的位置。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置及方法.
本发明所采用的技术方案是：一种拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置，包括用于夹紧平板试样上、下两端的上平夹块和下平夹块，在上平夹块和下平夹块之间设置有用于夹持平板试样两侧的侧向夹持机构和用于驱动所述侧向夹持机构的夹持驱动机构，所述侧向夹持机构的一侧固定连接有用于垂直和横向调节侧向夹持机构的高度及横向调节机构，所述高度及横向调节机构的下部通过开关式磁力座固定在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上。
所述的侧向夹持机构包括有：设置在所述上平夹块和下平夹块之间用于夹持平板试样左右两侧的左侧夹持平面和右侧夹持平面，所述左侧夹持平面和右侧夹持平面的两个对角上分别通过螺纹贯穿有第一反向传递螺纹丝杠和第二反向传递螺纹丝杠，所述左侧夹持平面和右侧夹持平面的另外两个对角上分别贯穿有第一导向光杆和第二导向光杆，其中，所述的第一反向传递螺纹丝杠和第二反向传递螺纹丝杠的左端头通过轴承机构能够旋转的连接在支撑固定板的两个对角上，所述第一导向光杆和第二导向光杆的左端头固定连接在支撑固定板的另外两个对角上，所述的第一反向传递螺纹丝杠、第二反向传递螺纹丝杠、第一导向光杆和第二导向光杆的右端头分别连接所述夹持驱动机构。
所述的夹持驱动机构包括有固定连接在所述第一导向光杆和第二导向光杆右端头上的传动装置安装板，以及分别固定连接在所述第一反向传递螺纹丝杠和第二反向传递螺纹丝杠的右端头上的两个反向传递螺纹丝杠齿轮，其中，所述的两个反向传递螺纹丝杠齿轮上相啮合的连接有齿形皮带轮，所述传动装置安装板的中部安装有带有减速器的伺服电机，所述伺服电机的输出轴临近所述齿形皮带轮，所述伺服电机的输出轴上连接有传动齿轮，所述传动齿轮与所述齿形皮带轮通过啮合连接。
所述的高度及横向调节机构包括有：固定连接在侧向夹持机构中的支撑固定板远离左侧夹持平面和右侧夹持平面一侧的侧面上的滑块定位块，所述滑块定位块为中空结构，且上下侧面和前后侧面形成有对称的通孔，所述滑块定位块的中空结构内设置有通孔滑块，所述的通孔滑块上形成有上下贯通的轴向贯通孔，所述滑块定位块上下侧面的通孔和通孔滑块的轴向贯通孔中贯穿的设置有支撑螺杆，所述通孔滑块与所述支撑螺杆为间隙配合，所述支撑螺杆的下端通过螺纹连接在支撑套筒内，所述支撑套筒的外侧连接所述开关式磁力座，并通过开关式磁力座固定在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上，所述的支撑螺杆在位于所述滑块定位块的下部螺纹连接有用于定位侧向夹持机构高度的高度单向定位螺母。
一种拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置的夹持方法，包括如下步骤：
1)将拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置放在拉伸疲劳试验机上，用开关式磁力座将原位对中夹持装置吸在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上；
2)通过支撑螺杆为整体原位对中夹持装置提供支撑，同时，调节高度单向定位螺母，使侧向夹持机构中的左侧夹持平面和右侧夹持平面的下表面与下平夹块的上表面接触；
3)通过伺服电机控制侧向夹持装置，将使左侧夹持平面和右侧夹持平面的外侧与下平夹块的外侧对齐；
4)将平板试样放入侧向夹持装置的左侧夹持平面和右侧夹持平面之间；
5)控制伺服电机反转，通过第一反向传递螺纹丝杠和第二反向传递螺纹丝杠的旋转运动带动左侧夹持平面和右侧夹持平面在下平夹块的上表面平动，从而实现左侧夹持平面和右侧夹持平面的闭合动作，从而夹住平板试样；
6)将拉伸疲劳试验机的下平夹块夹紧，从而将平板试样的下端夹紧，在夹紧过程中，夹头向下运动，使高度单向定位螺母与滑块定位块的底部脱离，以配合夹头的向下运动；同时在夹紧过程中，平板试样在沿夹紧方向无约束，会出现平行于夹紧方向的微小运动，通过通孔滑块在滑块定位块中的运动来平衡夹紧产生的微小位移；
7)调整上拉伸疲劳试验机上夹头的位置，夹紧上平夹块，从而将平板试样的上端夹紧；
8)通过伺服电机将侧向夹持装置松开，并保证左侧夹持平面和右侧夹持平面之间的间距大于下平夹块和上平夹块的宽度，使整个平板试样的原位对中夹持装置处于安全位置。
本发明的拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置及方法，保证了平板试样在夹具上的同轴度问题，解决了拉伸疲劳试验机安装平板试样时的对中准确性问题，确保了试验结果的一致性和准确性。并在满足同样功能前提下，使装置更加简洁，制造成本大幅降低，装置的可靠性大幅提高。
附图说明
图1a是在没有使用定位装置的情况下装夹主视图；
图1b是在没有使用定位装置的情况下装夹正确时图1a的俯视图；
图1c是在没有使用定位装置的情况下第一种装夹错误时图1a的俯视图；
图1d是在没有使用定位装置的情况下第二种装夹错误时图1a的俯视图；
图1e是在没有使用定位装置的情况下第三种装夹错误时图1a的俯视图；
图1f是在没有使用定位装置的情况下第四种装夹错误时图1a的俯视图；
图2是本发明拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置的结构示意图；
图3是本发明中驱动装置配合关系示意图；
图4是本发明没有驱动装置时的结构示意图；
图5是本发明拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置操作过程示意图。
图中
1：支撑固定板2：支撑螺杆
3：滑块定位块4：通孔滑块
5a：第一反向传递螺纹丝杠5b：第二反向传递螺纹丝杠
6：高度单向定位螺母7a：第一导向光杆
7b：第二导向光杆8：左侧夹持平面
9：右侧夹持平面10：开关式磁力座
11：支撑套筒12：下平夹块
13：传动装置安装板14：伺服电机
15：传动齿轮16：反向传递螺纹丝杠齿轮
17：齿形皮带轮18：上平夹块
0：平板试样
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置做出详细说明。
如图2所示，本发明的拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置，包括用于夹紧平板试样0上、下两端的上平夹块18和下平夹块12，在上平夹块18和下平夹块12之间设置有用于夹持平板试样0两侧的侧向夹持机构和用于驱动所述侧向夹持机构的夹持驱动机构，所述侧向夹持机构的一侧固定连接有用于垂直和横向调节侧向夹持机构的高度及横向调节机构，所述高度及横向调节机构的下部通过开关式磁力座10固定在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上。
如图2、图3、图4所示，所述的侧向夹持机构包括有：设置在所述上平夹块18和下平夹块12之间用于夹持平板试样0左右两侧的左侧夹持平面8和右侧夹持平面9，所述左侧夹持平面8和右侧夹持平面9的两个对角上分别通过螺纹贯穿有第一反向传递螺纹丝杠5a和第二反向传递螺纹丝杠5b，所述左侧夹持平面8和右侧夹持平面9的另外两个对角上分别贯穿有第一导向光杆7a和第二导向光杆7b，其中，所述的第一反向传递螺纹丝杠5a和第二反向传递螺纹丝杠5b的左端头通过轴承机构能够旋转的连接在支撑固定板1的两个对角上，所述第一导向光杆7a和第二导向光杆7b的左端头固定连接在支撑固定板1的另外两个对角上，所述的第一反向传递螺纹丝杠5a、第二反向传递螺纹丝杠5b、第一导向光杆7a和第二导向光杆7b的右端头分别连接所述夹持驱动机构。
如图2所示，所述的夹持驱动机构包括有固定连接在所述第一导向光杆7a和第二导向光杆7b右端头上的传动装置安装板13，以及分别固定连接在所述第一反向传递螺纹丝杠5a和第二反向传递螺纹丝杠5b的右端头上的两个反向传递螺纹丝杠齿轮16，其中，所述的两个反向传递螺纹丝杠齿轮16上相啮合的连接有齿形皮带轮17，所述传动装置安装板13的中部安装有带有减速器的伺服电机14，所述伺服电机14的输出轴临近所述齿形皮带轮17，所述伺服电机14的输出轴上连接有传动齿轮15，所述传动齿轮15与所述齿形皮带轮17通过啮合连接。
如图2、图4所示，所述的高度及横向调节机构包括有：固定连接在侧向夹持机构中的支撑固定板1远离左侧夹持平面8和右侧夹持平面9一侧的侧面上的滑块定位块3，所述滑块定位块3为中空结构，且上下侧面和前后侧面形成有对称的通孔，所述滑块定位块3的中空结构内设置有通孔滑块4，所述的通孔滑块4上形成有上下贯通的轴向贯通孔，所述滑块定位块3上下侧面的通孔和通孔滑块4的轴向贯通孔中贯穿的设置有支撑螺杆2，所述通孔滑块4与所述支撑螺杆2为间隙配合，所述支撑螺杆2的下端通过螺纹连接在支撑套筒11内，可使支撑螺杆2在支撑套筒11内部转动，通过支撑螺杆2与高度单向定位螺母6以及支撑套筒11的配合，以达到调整整个原位对中夹持装置所需高度的目的。
所述支撑套筒11的外侧连接所述开关式磁力座10，并通过开关式磁力座10固定在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上，所述的支撑螺杆2在位于所述滑块定位块3的下部螺纹连接有用于定位侧向夹持机构高度的高度单向定位螺母6。采用开关式磁力座10不仅实现快速拆装，更可以整个高度及横向调节机构吸在夹头的绝对平面上，实现整个原位对中夹持装置的固定，且为整个原位对中夹持装置提供支撑和良好的平面度和垂直度。
由于开关式磁力座10在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上，在操作拉伸疲劳试验机夹持试验时，夹头会产生一个向下的微小位置，并通过夹头与上平夹块18和下平夹块12之间的斜面使上平夹块18和下平夹块12同时向平板试样运动，最后使平板试样装夹在试验机上。
正由于在拉伸疲劳试验机夹持过程中产生的这一微小位移，故使高度及横向调节机构通过一个高度单向定位螺母6对侧面夹持装置向下运动产生约束，而对侧面夹持装置在升高方向没有约束，以使夹头向下运动时，上平夹块18相对夹头产生的向上运动时，侧面夹持装置不会发生倾斜。由于平板试样存在一定厚度，所以在夹持之前，实验者很难保证厚度中心线恰巧与上平夹块18和下平夹块12完全闭合的中心线重合，故在夹持过程中可能会使平板试样的两个表面与上平夹块18和下平夹块12的表面发生先后接触，因此，通孔滑块4不仅可以通过左右滑动，来适应平板试样横向发生的位移，还可以让支撑螺杆2从其具有的通孔通过。
本发明的拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置，平板试样0放置区间位于拉伸疲劳试验机的上平夹块18和下平夹块12之间。试验时，平板试样0位于试样放置区间，上端被上平夹块18夹持，下端被下平夹块12夹持。
如图5所示，本发明的拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置的夹持方法，包括如下步骤：
1)将拉伸疲劳试验机平板试样的原位对中夹持装置放在拉伸疲劳试验机上，用开关式磁力座10将原位对中夹持装置吸在拉伸疲劳试验机的夹头中间的平面上；
2)通过支撑螺杆2为整体原位对中夹持装置提供支撑，同时，调节高度单向定位螺母6，使侧向夹持机构中的左侧夹持平面8和右侧夹持平面9的下表面与下平夹块12的上表面接触；
3)通过伺服电机14控制侧向夹持装置，将使左侧夹持平面8和右侧夹持平面9的外侧与下平夹块12的外侧对齐，如图5中a所示；
4)将平板试样放入侧向夹持装置的左侧夹持平面8和右侧夹持平面9之间，如图5中b、c所示；
5)控制伺服电机14反转，通过第一反向传递螺纹丝杠5a和第二反向传递螺纹丝杠5b的旋转运动带动左侧夹持平面8和右侧夹持平面9在下平夹块12的上表面平动，从而实现左侧夹持平面8和右侧夹持平面9的闭合动作，从而夹住平板试样，如图5中d、e所示；
6)将拉伸疲劳试验机的下平夹块12夹紧，从而将平板试样的下端夹紧，在夹紧过程中，夹头向下运动，使高度单向定位螺母6与滑块定位块3的底部脱离，以配合夹头的向下运动；同时在夹紧过程中，平板试样在沿夹紧方向无约束，会出现平行于夹紧方向的微小运动，通过通孔滑块4在滑块定位块3中的运动来平衡夹紧产生的微小位移；
7)调整上拉伸疲劳试验机上夹头的位置，夹紧上平夹块18，从而将平板试样的上端夹紧；
8)通过伺服电机14将侧向夹持装置松开，并保证左侧夹持平面8和右侧夹持平面9之间的间距大于下平夹块12和上平夹块18的宽度，使整个平板试样的原位对中夹持装置处于安全位置，如图5中f、g所示。