用于在材料试验机中使用的基于凸轮的千斤顶组件的装置以及与该装置一起使用的附随方法

专利名称：用于在材料试验机中使用的基于凸轮的千斤顶组件的装置以及与该装置一起使用的附随方法
技术领域：
本发明涉及用于千斤顶组件的装置和附随方法，该千斤顶组件将夹钳和保持在其 上的样品固定到材料试验机中的钳口中的适当位置处，并且在机械试验过程中对夹钳施加 适当的压力和限制。本发明还适合用于多种不同的机械和热机械材料试验机，包括提供机 械试验样品的压缩和拉伸试验的材料试验机。
背景技术：
常规的材料试验机使用大范围的螺旋千斤顶、楔形板和其它种类的千斤顶组件以 便在机械试验过程中将夹钳固定到钳口的适当位置处，试验中夹钳保持样品的一端。在这种机器中，通常是在计算机控制下并且如由所谓的“试验程序”定义的，典型 地将已知和受控的压缩力和/或拉伸力施加到两个夹钳中的一个上，所述两个夹钳保持样 品并且因而在预定的试验条件下使样品变形。通常，试验程序可包含将一系列的这种力一 拉伸力和/或压缩力，即通常称为“冲击(hit)”，施加到样品上以使其渐增地变形。在对 样品作出每次冲击时或之后，扩张和/或其它的物理测量典型地由所产生的形变量组成。 在热机械材料试验系统中，在试验程序中定的每个这种冲击之前、同时或之后，样品可以 被受控且自阻地加热，诸如通过流经钳口和样品的加热电流的串联通道。这种系统的实 例是GLEEBLE动态热机材料试验系统，目前由纽约的特洛伊动态系统有限公司(Dynamic Systems, Inc. of Troy)制造，该公司是本发明的受让人(GLEEBLE是动态系统有限公司的 注册商标)。一般说来，之前凸轮被用在多种机械中对部件施加压力。然而，常规上凸轮不被用 作在材料试验系统中使用的千斤顶组件的部件，其中简单的原因在于凸轮具有松开的倾向 除非凸轮被抬起经过其中心位置，即，“偏心自锁(over-center)”旋转。在这种试验系统中， 例如，通过连接到夹钳中的一个上的外部伺服控制液压活塞的杆产生的机械力必须恒定地 通过一个钳口和夹钳而施加到样品端直到峰值以产生每个冲击，其中另一个夹钳通常保持 在固定位置处。如果在千斤顶组件中使用了凸轮而将一个夹钳适当地保持在其相应的钳口 中，产生了以下问题一旦凸轮将旋转过中心而将其夹钳锁定在适当的位置处，则由该凸轮 单独施加在所述夹钳上的机械力从在凸轮的上止点位置产生的峰值下降。因此，一旦凸轮 将旋转过中心，由凸轮施加的力从在凸轮的上止点位置施加的峰值减小，因而减小了在每 个后续的冲击中将夹钳保持在适当的位置处的锁紧力，因而潜在地允许一些样品运动，这 依次可能将一些不想要的人为结果引入由该冲击产生的合成的形变量中。这种结果可能产 生麻烦。此外，在每个冲击中使样品变形所需的外部产生的力非常大，并且必须通过千斤顶 组件传送并保持在样品上而在整个试验程序中出现的任意的冲击中不会产生千斤顶的松 动。美国专利3，403，549(1968年10月1日颁给A. G. Griffen的)似乎公开了在材料 试验机中将凸轮用作夹钳的部件。此处，凸轮作为杆臂的枢转销用于使钳口构件向后移动，
6以便打开两个楔形夹钳以在其间插入试验样品。明显地，凸轮不是用于施加压力从而将钳 口构件锁定在夹紧样品的闭合位置处。然而，在千斤顶组件中使用凸轮将是有利的，这是由于合成组件将能够产生比相 似尺寸的螺旋式千斤顶组件更大的力。这样，如果使用者人工地将扭矩施加到基于凸轮的 千斤顶组件上以产生给定的机械力从而将凸轮锁定在适当的位置处，需要在螺旋式千斤顶 组件上施加显著大量的扭矩以产生相同量的力。不幸的是，能够承受很大扭矩的螺钉可能 太大而不能舒适地安装在材料试验系统中使用的千斤顶组件中，因此，在这种情况中，使用 螺旋式千斤顶组件是不实际的。因此，现有技术中存在的对于基于凸轮的千斤顶组件的需求尚未得到满足，尤其 是适于用在材料试验机中的、将在整个试验程序中刚性地将样品夹钳保持在钳口外壳中的 适当位置处但是不需要被抬起超过中心的千斤顶组件。

发明内容
本发明的用于千斤顶组件的装置，特别适于虽然不是专用于材料试验系统中，所 述装置使用凸轮和与该凸轮邻接配合的弹性推块构件，这样，有利地克服了现有技术中的 不足。依照本发明的教导，凸轮形成为包含按顺序排列的上圆柱、具有基于其轴向旋转 的预定提升速度的渐变偏心装置，以及下圆柱。偏心装置在推块和外壳之间，并夹于其间， 推块和外壳中的每一个具有相应的浅槽，该槽具有大体呈半圆形的截面以容纳偏心装置和 其轴向旋转。推块经由诸如这里的定位件(spacer)和锁紧螺母的中间机械部件机械地连 接到样品夹钳的下侧。优选地，凸轮由单个整件材料机械加工或用其它方法形成。随着凸轮围绕其纵轴线(S卩，其中心线，虽然没有具体示出仍很明显)旋转到其相 对于推块的上止点位置，诸如通过使用者通过连接到凸轮的配合头上的适当的扳手或手柄 来简单地人工旋转凸轮，由于其凸轮轮廓，偏心装置将邻接推块并对推块施加渐增的力直 至到达上止点位置，在该位置处偏心装置将对推块施加最大力。横向定向的、大约呈长方形 块的推块在其两端安装到例如定位件上，而其槽沿其中跨(mid-span)横向定向，基本与其 两端等距。随着偏心装置旋转以渐增地推动推块，沿推块产生了弯曲力矩。推块由适当的 材料制造，与整个凸轮和钳口外壳相比具有充分高的弹性模数，从而使特别是施加到推块 的两端上和附近的弯曲力矩使得推块中的槽弹性形变并且紧靠并围绕凸轮的偏心装置部 分渐增地并且充分地偏转，从而绕所述部分渐增地弯曲并锁紧所述部分，并将凸轮牢牢地 锁定在适当的位置处。随着偏转增加，推块和偏心装置的表面之间的接触表面积同样地增 加，这依次有利地增加了两者之间的合成摩擦力。一旦全部扭矩施加到凸轮上而将其放置 到其上止点位置，推块不仅将充分并且最大地偏转以适当地锁紧偏心装置并将凸轮锁定在 适当的位置处，推块还将同时用作弹簧以在样品夹钳上保持恒定的力从而也将该夹钳及其 样品牢牢地锁定在钳口中的适当位置处。推块的材料被选择为具有充分的弹性模数，该弹性模数是折衷值，即，一方面在凸 轮的上止点位置充分地围绕偏心装置偏转并锁紧偏心装置，另一方面，提供充足的刚性以 承受并将用于每个“冲击”的外部施加的形变力通过钳口外壳传送到夹钳和样品，而该凸轮 一点没有吸收这些力并且因此变形。
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依照本发明的优选实施例，简单说来钳口外壳通常是具有两个向上延伸的支腿的 V形块。每个支腿在其远端具有向内定位的横向突起，从而使两个支腿的突起有效地彼此 相对。每个突起具有向后下方倾斜到其支腿本身的倾斜面，因此形成了一对相对的倾斜面。 样品夹钳成形为具有样品铁砧的两个面向外的楔形件的形式，样品铁砧位于其间，说明性 地由一对楔形夹钳形成。在样品夹钳上的每个楔形件具有与钳口外壳上的倾斜面中的一个 互补的倾斜面。样品夹钳放置在钳口外壳内，以使其向外倾斜的楔形件中的每一个与突起 中相应的一个的倾斜面邻接地配合并紧靠其滑动。典型地，样品是截面为圆形或直线形的 相对短的杆。本发明的千斤顶组件位于钳口外壳的空间中并向外延伸，以使连接到推块上的定 位件邻接夹钳的底部边缘。一旦样品的端部适当地固定在样品夹钳的铁砧中，并且夹钳适 当地放置在钳口外壳中以便其倾斜面中的每一个与外壳的相应的一个互补面邻接地接合， 然后通过使凸轮从其初始角位置(在该位置没有力施加到推块上)旋转到其上止点位置 (在该位置施加最大的力)来适当地设定千斤顶组件。所述凸轮旋转扩大了千斤顶的长度 从而经由定位件对夹钳施加充足的连续机械力，通过由钳口外壳和夹钳的每对互补倾斜面 有效形成的楔形件的邻接面随着它们朝向彼此的相对滑动运动引起的渐增的摩擦力，将样 品夹钳锁定在夹紧装置外壳中的适当位置处。作为由凸轮和弹性推块相对于偏心装置的偏转产生的增大的力的结果，依次阻止 了凸轮的进一步旋转运动，有利地，在涉及连续冲击的机械试验程序中的后续使用中，凸轮 将不会从其上止点位置“后退”，因而在整个试验程序中将样品牢牢地保持在相对于钳口外 壳的适当的固定位置处。依次，如果不是全部地，这将基本上消除机械试验结果中的人为结 果，所述人为结果可能是由在试验程序中由常规的螺旋式千斤顶组件的不该有的松开导致 的不该有的样品的运动引起的。


通过将下文的详细说明与附图相结合考虑，本发明的教导能够被容易地理解，其 中图IA描述了在包含常规螺旋式千斤顶组件10的机械试验系统中使用的钳口 5的 侧视图；图IB描述了沿图IA中的线A-A截取的钳口 5和千斤顶组件10的截面图；图2A描述了包含本发明的千斤顶组件并且用于例如机械材料试验机中的钳口 27 的右前立体图；图2B描述了图2A中所示的钳口 27的侧视图；图3描述了沿图2A中的线B-B截取的钳口 27的截面图；图4A描述了图2A中所示的钳口 27的顶视图；图4B描述了沿图4A中的线C-C截取的钳口 27的截面图；图5A描述了在图2A中所示的本发明的千斤顶组件中使用的凸轮50和邻接推块 60的左下立体图；图5B描述了图5A中所示的凸轮50的顶视图；图5C描述了沿图5B的线D-D截取的凸轮50的截面图，为了便于理解其中偏心装置56以夸大的形式示出；图6A、6B、6C和6D分别描述了凸轮50的侧视图，具体地示出了圆柱部分58、偏心 装置56、简化的邻接钳口外壳20'以及推块60在没有负载的情况下的零度(偏心装置56 位于完全竖直位置)>60度和120度旋转的旋转位置，以及在全机械负载下的180度旋转的 旋转位置；图7A、7B、7C和7D分别描述了凸轮50的侧视图，具体地示出了对应于图6A、6B、6C 和6B中所示的旋转位置中的每一个的偏心装置56和圆柱部分58 ；图8A、8B、8C和8D分别描述了凸轮50的右侧立体图，具体地示出了对应于图6A 和7A、6B和7B、6C和7C以及6D和7D中所示的旋转位置中的每一个的偏心装置56和圆柱 部分58 ；图9示出了在全机械负载下的凸轮50和邻接推块60的侧视图，在箭头C所示的 方向上施加了峰值力并且引起了在箭头B说明性示出的方向上施加的弯曲力矩；图10描述了在全机械负载下图9中示出的凸轮50和推块60的右上立体图；图11描述了推块的可选择实施例的侧视图，此处推块70在机械负载下提供增大 的偏转；以及图12描述了图11所示的推块70的右上立体图。为了便于理解，在适当的情况下使用了相同的附图标记，以表示两个以上附图共 有的相同或高度相似的元件。
具体实施例方式本发明的千斤顶组件可以用于各种各样的应用，其中可拆卸的零件机械地锁定在 从共用外壳延伸出的一对臂的两个相对的面向内部的突起之间的适当位置处，零件和外壳 通过互补的楔形件或其它适当形状的表面邻接配合，所述互补的楔形件和其它适当形状的 表面提供充分的摩擦结合以抵抗零件和外壳之间的相对运动。为了简化描述并便于理解， 将在机械材料试验机中使用的情境下、特别是在所述机械材料试验机中的保持样品夹钳的 钳口内使用的情境下说明性地描述本发明的组件。图IA和图IB分别说明在机械试验系统中使用的钳口 5的侧视图和该钳口的沿图 IA中的线A-A截取的截面图。通常，如在这两幅图中所示，牢牢地保持机械试验样品18的 样品夹钳16，其自身位于钳口外壳8的两个楔形表面19内。夹钳具有两个倾斜表面17，这 两个倾斜表面与楔形表面19互补并且与楔形表面19邻接配合并紧靠其滑动。为了在试验 程序中在每个随后发生的机械冲击中将夹钳牢牢地保持在适当位置处，位于外壳8的上部 内表面13和样品夹钳16的上表面15之间的千斤顶机构10机械地扩大以在表面13和15 之间施加连续的力，这依次向下驱动夹钳16，并且通过增加互补表面17和19之间的摩擦， 将夹钳坚固地锁定在钳口外壳中的适当位置处。常规的千斤顶组件10，依靠在螺母内适当地扩张螺钉(螺钉和螺母共同通过附图 标记12表示)，然后通过位于螺母内的定位螺钉88 (或相似物)的调节将螺钉机械地锁定 在适当的位置处。螺钉的头部推动垫块11。典型地通过伺服控制液压活塞杆(未示出但是 公知的)施加到钳口外壳8的顶面上的用于每次冲击的外力，由锁紧螺母14通过千斤顶组 件10传送到夹钳16上。结果，为了防止不想要的样品运动，千斤顶组件10必须强于并因而承受比在每次冲击中将施加到样品上的峰值机械力大的机械力。此外，这些力，不论是压 缩力还是拉伸力或二者都有，可以以循环方式施加到样品上。这样，千斤顶组件10不仅在 任一次冲击中不应当松开而且在整个试验程序中都不应当松开。不幸地，常规的螺旋式千斤顶组件在对样品进行一次冲击期间或多次冲击之后可 能呈现出松开的倾向。依次，这可能允许样品在试验程序中呈现出即使是微小的一些无法 预料的运动，这依次将对后续的机械试验结果引入一些不想要的人为结果。有利地，依赖凸轮和弹性推块的使用的本发明的千斤顶组件产生比在常规螺旋式 千斤顶组件中使用的同等尺寸的螺钉和螺母大得多的机械力，这样，基本消除了千斤顶组 件在试验程序的冲击中松开的这种倾向。具体地，由偏心装置的外表面形成的浅坡面产生 相当大的力，通常为通过将相同的拧紧扭矩施加到相似尺寸的常规螺旋式千斤顶组件所能 产生的力的两倍。此外，随着凸轮旋转到其相对于推块的上止点位置，偏心装置渐增地推动 推块中的槽。依次，这使得弯曲力矩沿推块出现并朝向凸轮定位。由于推块相对于凸轮是 弹性的，弯曲力矩将使包围推块中的槽的材料偏转并围绕偏心装置弹性形变，结果，有效地 将凸轮锁定在其上止点位置处。结果，借助于通过使用凸轮产生的增大的力以及弹性推块围绕偏心装置的偏转， 当设定到其上止点位置时，本发明的千斤顶组件将不会在具有多次样品冲击的机械试验程 序中从该位置“后退”，因而在整个试验程序中将样品牢牢地固定在相对于其相应的钳口外 壳的适当的固定位置处。依次，如果不是全部地，这将基本消除机械试验结果中的人为结 果，这些人为结果可能由试验程序中不必要的样品运动所产生。图2A、2B、3、4A和4B描述了包含本发明的千斤顶组件30的钳口 27的多个视图。 图2A描述了钳口 27的右前立体图，而图2B描述了图2A所示的钳口 27的侧视图，图3描 述了沿图2B的线B-B截取的钳口的截面图。图4A描述了图2A所示的钳口 27的顶视图， 而图4B描述了沿图4A中的线C-C截取的钳口 27的截面图。本发明的千斤顶组件30在图 3和图4B的截面图中是特别明显的。因此，为了增进理解，读者在下文的论述中应该同时参 考全部这些附图。本发明的千斤顶组件30包含凸轮50和位于钳口 27的外壳20中的凹槽内的弹性 推块60，凸轮横向地延伸通过外壳的深度(从前到后)的大部分。钳口外壳是具有两个向 外延伸的支腿21A*21B的大体V形块。每个支腿在其远端具有向内定位的横向突起，具体 地说是分别用于支腿214和21b的突起2\和24B，两个突起分别被定位为有效地彼此相对。 每个突起24a和24b分别具有倾斜面26a和26b，向后下方倾斜到支腿本身，因此形成了一对 相对的倾斜面。样品夹钳40成形为样品位于其间的两个面向外的楔形件的形式。这些楔 形件中的每一个具有向上倾斜的表面，面43a和43B，分别与在钳口外壳上的向下倾斜的面 26A*26B互补。样品夹钳位于钳口外壳20内，以便其向外倾斜的楔形面43A*43B中的每 一个分别与突起中的一个的相应的倾斜面26a和26b邻接配合并紧靠其滑动。使用连接到凸轮的头部52上的手柄或扳手使凸轮围绕其纵轴线(中心线)在外 壳20内旋转。视情况而定，头部52可以适于容纳除扳手或手柄之外的任何其他的适当的 已知工具。随着凸轮旋转，凸轮的偏心装置(图5C中表示为56——下文将论述)推动推块 60，这依次将力施加到定位件44上。定位件将力经由锁紧螺母42传递到样品夹钳40上。 夹钳40牢牢地容纳牢牢地保持样品18的一端的铁砧22，此处铁砧22由一对楔形夹钳形成。偏心装置的这种运动将夹钳和样品18牢牢地楔进适当的位置处以便后续的变形冲击。 典型地，样品是圆形或直线截面的相对短的杆。凸轮的偏心装置具有的轮廓设计为以180度或更小的旋转对推块60施加全力，尽 管不同的凸轮轮廓可以用于以包含上至360度的不同的角度旋转值将全力施加到推块上。 有利地，凸轮在钳口外壳中的位置，即头部52延伸出外壳的一侧并且具有沿圆周围绕其的 充分的横向间隙，简化了拧紧常规的螺旋式千斤顶组件所需的使用者将扭矩施加到凸轮上 以使其旋转的任务。对于后者来说并且可以从图1中理解到的，使用者需要适当地使两个 开口扳手的头部在钳口外壳8的支腿之间的相当紧凑的空间内转动角度。为了拧紧螺旋式 千斤顶组件10，扳手头部中的一个将与螺钉相配合而另一个扳手头部将与螺母相配合。然 而，两个扳手头部的运动将由这些支腿的物理间距而限定，从而使拧紧该千斤顶组件的任 务受挫。一旦样品的一端适当地固定在样品夹钳40中并且夹钳适当地位于钳口外壳内， 然后通过将凸轮50从初始位置旋转到其相对于推块60的上止点位置来适当地设定千斤顶 组件30。这扩大(伸长)了千斤顶的长度，依次，这对夹钳40施加了充足的连续机械力，通 过增加由钳口外壳20和夹钳40的每对互补的倾斜面26a和43a、以及26B和43B随着它们 朝向彼此运动而有效形成的楔形件的邻接面引起的渐增的摩擦力，将夹钳以及穿过夹钳的 样品18锁定在相对于钳口外壳的适当的位置处。在图5A-5C中描述了凸轮50，此处图5A描述了凸轮50和邻接的推块60的左下立 体图；图5B描述了图5A中所示的凸轮50的顶视图；以及图5C描述了图5A中所示的凸轮 的截面图，但是为了便于理解，以夸张的形式示出了偏心装置56。如图所示，凸轮50形成为连续地包含上圆柱54、渐变偏心装置56以及下圆柱58， 所述渐变偏心装置56具有基于其轴向旋转的预定的提升速度。偏心装置位于推块60和外 壳20中的凹槽之间(圆柱54和58为外壳20中的槽28提供支承面)，推块60和外壳20 中的每一个基本沿其宽度具有相应的浅的具有大体半圆形截面的横向延伸的槽(推块中 的槽62和外壳20中的槽28)。凸轮50位于钳口外壳20内并且分别在推块60和钳口外壳 20 二者中的相对的槽62和28内旋转。推块60基本上是在其每个端部推动定位件44的长 方形块，其槽62沿其中跨横向延伸。推块定向为垂直于凸轮50的纵轴线并且经由槽62接 触凸轮的偏心装置56。推块60具有经由通孔64插入到外壳20中的螺钉连接的弹簧(弹 簧和螺钉均未具体地示出但是公知的)，以便在凸轮50松开时缩回推块60，因此允许推块 60跟随偏心装置56。随着凸轮50旋转到其上止点位置，由于其凸轮轮廓，即其渐变的偏心率的范围， 其偏心装置56将邻接推块60的半径并且对推块60的半径施加渐增量的力直至到达该上 止点位置，在该位置处偏心圆形叶(eccentric lobe) 56将在推块的半径上施加最大力。依 次，这使得弯曲力矩沿推块特别是在其每个端部处或附近产生。如图9所示，当凸轮位于其 上止点位置时，偏心装置在箭头C所示的位置和方向上产生由偏心装置56产生的峰值力。 在靠近推块的端部产生的合成的弯曲力矩由箭头B表示。推块由适当的弹性材料制成，与 整个凸轮和钳口外壳相比推块具有充分高的弹性模数，以便特别是施加到推块的两端的弯 曲力矩，作为凸轮旋转的结果，使得推块中的槽62弹性形变并且相对于并围绕凸轮的偏心 装置56渐增地且充分地偏转，因而渐增地绕该圆形叶弯曲并且锁紧该圆形叶并且将凸轮牢牢地锁定在其上止点位置处。随着偏转增加，推块和偏心圆形叶的表面之间的接触表面 积相似地增加，依次，这有利地增加了二者之间的合成摩擦力。一旦全部扭矩施加到凸轮上 以将凸轮放置到其上止点位置，推块将不仅充分地并且最大地偏转从而适当地锁紧偏心装 置并将凸轮锁定在适当的位置处，而且推块60将同时用作弹簧以在夹钳40上保持恒定的 力，并且将夹钳40、铁砧22和样品18锁定在钳口 27中的适当位置处。凸轮可以通过几种不同方式中的任一种制成。具体地，在一个实施方式中，上圆 柱54和下圆柱58是直圆柱。如上所述，偏心装置56成形为具有渐变的轮廓，即随着凸轮 旋转在推块60上施加递增的力。选择性地，凸轮50可以使用三个直圆柱，中心圆柱的纵轴 线(中心线)与其它两个圆柱的中心线偏离。优选地，凸轮50由单个整件材料经机器加工 而成或通过其他方法形成。代替由整个元件形成凸轮，凸轮可以由三个独立的元件形成，例 如，适当地接合在一起的两个或三个圆柱而形成，如果是前者，则还有偏心元件。凸轮圆形 叶的斜面(ramp)和偏心率或中心圆柱与凸轮的纵轴线的偏移可以调节以通过向凸轮头部 52施加已知量的输入扭矩而产生施加到推块上的理想量的力。如上所述，通过选择具有适当的弹性模数的材料用于推块60并且适当地设定推 块60的长度和截面的尺寸，推块将在偏心圆形叶施加的负载下充分地偏转，并用作弹簧和 限制施加到夹钳40上的力的制动器。随着偏心装置旋转并且渐增地推动推块的半径，作 为偏转的结果推块中的槽的表面积增加，这依次导致偏心装置和该槽之间的摩擦增加。当 全部扭矩施加到凸轮上时，推块充分地偏转以锁紧偏心凸轮并且将凸轮锁定在适当的位置 处。同时，通过这样，推块的弯曲用作弹簧以保持夹钳40上的恒定力。现在注意图6A-6D和图7A-7D，这几幅图是描述凸轮50和推块60的侧视图，而图 8A-8D单独描述凸轮，具体是偏心装置56和下圆柱部分58的右侧立体图，其中三组图全部 分别表示0度(上止点)、60度和120度旋转的凸轮位置，并且在推块上全部没有机械负载， 最后是180度旋转并且在推块上施加了全部机械负载。为了简便，只表示出钳口外壳20的 一小部分20'并且凸轮抵靠其旋转。如图6A所示，由于没有力通过凸轮50施加，推块60中的槽62 (见图5A)不是严 格地符合偏心装置56的表面的形状。在偏心装置56和推块之间的槽62中的接触交界面 的两侧63上出现了不匹配，即径向间隙，并且为了便于说明和增进读者的理解，以夸大的 形式示出了该径向间隙。典型地，不匹配的量非常小并且在大约0.002英寸(.0508mm)或 更小的数量级，这取决于偏心装置的尺寸以及用于制造凸轮和推块的材料。随着凸轮50在图7A-7D中的箭头R给出的方向上逆时针旋转，推块60弹性形变 以在推块中的槽62(见图5A)内的接触交界面处围绕偏心装置有效地弯曲。随着所述旋转 的发生，从零度(图6A、7A和8A)到180度(图6D、7D和8D)，在图9的箭头C所示的方向 上施加了附加的力。如图9中的箭头B所示，夹钳40抵抗增加的力。这对推块60施加了 弯曲力矩直至该推块弹性形变，甚至更紧密匹配偏心装置56的形状，如图6A至图6D中的 连续的视图所示。偏心装置56和推块60之间的不匹配的初始形状被设定为适当地容纳最 终偏转，此处是推块在偏心装置56的最大拉伸力下的弹性形变，即在图6D、7D和8D中示出 的凸轮的上止点位置。现在，随着凸轮旋转到其上止点位置并且对推块60施加渐增的力，作为偏转的结 果，推块和偏心装置之间的接触表面积增加，这依次增加了沿该表面区域的摩擦，因而进一
12步防止凸轮从其拧紧位置松开或后退。该渐增的接触面积允许凸轮和推块二者处理较大的 力而不使任何元件经受塑性形变，如果发生塑性形变的话，将永久地毁坏该部件因而致使 千斤顶组件的无效性。当凸轮定位为施加最大的力时，如图9所示凸轮表面的全部或实质 部分将与推块接触。推块的回弹力和尺寸可以选择为使得当推块60完全偏转时，推块60实际将凸轮 50锁紧在适当的位置处以防止凸轮50松开。此外，推块可以被设计为当由于凸轮锁定在适 当的位置处时推块的锁紧效应而使凸轮停止旋转时将特定的预定的量的力施加到样品夹 钳40上。由于在偏心装置侧面出现的锁紧效应，凸轮能够旋转的量变得受限。因此，本发 明的千斤顶组件对能够由凸轮和推块施加多大的力进行有效的自调节。此外，千斤顶组件 将凸轮锁定在适当的位置处而无须像大多数常规的凸轮致动装置一样使凸轮旋转“偏心自 锁”从而将凸轮锁定在适当的位置处。一旦完成试验程序，使用扳手来反转凸轮50的旋转 因而松开凸轮，这依次去除了之前将推块60和样品夹钳40固定在适当的位置处的力。说明性地，凸轮由三个直圆柱形成，并且其定尺寸为使得上圆柱54和下圆柱58以 及偏心装置56的长度均为1"(大约2. 5cm)。与凸轮的中心线共轴的圆柱54、58中的每 一个具有的直径均为.75"(大约1. 9cm)。偏心装置56具有的直径为.7"(大约1. 8cm) 并且其纵轴线(中心线)与两个圆柱54、58的纵轴线(中心线)偏移.025"(大约.6mm)。 因此，偏心装置提供凸轮的中心线的合成偏心距离为.05〃(大约1.3mm) 士.025〃。推 块60的高度和厚度均为1"(大约2. 5cm)，长度为1.9"(大约4. 8cm)并且槽62的半径 为.704"(大约1.788cm)。推块和凸轮二者均由抗屈强度大约是183，000PSI ；弹性模数 是28600Ksi ；并且洛氏硬度(硬度RC)是44的17-4PH H900不锈钢制成。推块60的设计可以按需要变化，以改变当力由偏心装置施加到推块上时出现的 偏转的量。如图11中所示的推块60的可选择实施例的侧视图，推块70的厚度，特别是在 其中心部分并由标示为A的线之间的尺寸表示的厚度，可以变化以调节在负载下产生的偏 转的量。通过减小中心部的厚度，增大的偏转可能沿槽62出现。图12描述了图11所示的 推块70的右上立体图。此外，用于制造推块的材料以及其弹性模数也可以变化以调节后续 偏转的量。选择材料以提供能够在全负载下按需弯曲并且当去除负载时能够返回到其初始 形状的推块。也可以通过施加到钳口 27的峰值力、推块的截面面积以及推块的有效长度来 部分地控制推块的设计选择。尽管上述以及在附图中说明的本发明的千斤顶组件具有合并到钳口外壳20自身 的凸轮和推块，千斤顶组件可以容易地制造为单独的组件而凸轮和推块二者都包含在位于 钳口外壳中的单独的外壳内，以便对相关联的楔形夹钳提供千斤顶力。这种方法很可能适 于为上述及在图IA和图IB中示出的常规螺旋式千斤顶组件构建直接的替换。尽管在此示出并相当详细地描述了单个优选实施例以及在此使用的包含了本发 明的教导的部件的多种改进，本领域技术人员可以容易地设计出同样合并了这些教导的多 种其它变化的实施例和改进。
权利要求
一种在材料试验机中使用的装置，所述装置用于将样品夹钳(40)牢牢地保持在相对于钳口外壳的固定位置处，所述装置包括包含样品夹钳的钳口外壳(20)，所述夹钳具有与所述钳口外壳的互补表面(26A，26B)滑动地邻接的外表面(43A，43B)；以及凸轮千斤顶(30)，其位于所述钳口外壳的内表面和所述样品夹钳的下侧之间的空间内，其中所述凸轮千斤顶伸长以产生使样品夹钳的表面紧靠所述外壳的互补表面移动的机械力，从而将所述样品夹钳摩擦地锁定在所述钳口外壳中的固定位置处，所述凸轮千斤顶具有凸轮(50)，其具有偏心装置(56)，所述偏心装置(56)包括具有预定的提升速度的接触表面，并且被定向为绕其纵轴线在所述钳口外壳中旋转运动；弹性推块(60)，其邻接所述偏心装置，并具有预定形状的表面，所述偏心装置紧靠所述表面旋转；并且其中，作为所述凸轮旋转运动到预定的角位置的结果，所述偏心装置使得所述推块将所述机械力施加到所述样品夹钳上以将所述样品夹钳锁定在固定位置处，并使弯曲力矩在所述推块中出现，依次，这使得所述推块的表面经受渐增的弹性形变，使得所述推块的所述表面绕所述偏心装置的所述接触表面渐增地偏转直至到达所述预定的角位置，从而防止所述凸轮旋转离开所述预定角位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述预定的角位置是所述凸轮相对于所述推块的上 止点旋转位置。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述凸轮包括下圆柱(58)、所述偏心装置以及上圆 柱(54)，所述上圆柱和下圆柱是直圆柱并且与所述凸轮的中心线共轴对准。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述偏心装置包括直圆柱，所述直圆柱具有的中心 线从所述凸轮的中心线偏离预定距离。
5.如权利要求3所述的装置，其中所述偏心装置与所述凸轮共轴并具有预定的渐变轮廓。
6.如权利要求3所述的装置，其中所述凸轮适于通过装置的使用者人工旋转进入所述 上止点位置。
7.如权利要求3所述的装置，其中当没有力通过所述偏心装置施加到所述推块上时， 所述推块的表面包括具有基本呈圆形截面的槽(62)。
8.如权利要求7所述的装置，其中当没有力通过所述偏心装置施加到所述推块上时， 在所述推块的表面和所述偏心装置的接触表面之间存在预定量的径向间隙(63)。
9.如权利要求8所述的装置，其中随着所述凸轮旋转进入所述预定的角位置，紧靠所 述偏心装置的接触表面的所述推块的表面渐增地变形从而围绕所述偏心装置的接触表面 弯曲并且符合所述偏心装置的接触表面直至到达所述上止点位置，在所述上止点位置处所 述推块的表面符合所述偏心装置的接触表面并且紧靠所述接触表面锁紧，从而将所述凸轮 有效地锁定在所述上止点位置处。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述推块具有中心区域，所述中心区域具有相对于 所述推块的两端减小的厚度，从而当所述凸轮旋转到所述上止点位置时，提供所述推块的 所述表面紧靠所述偏心装置的接触表面的增大的偏转。2
11.用于在材料试验机中使用的凸轮千斤顶的装置，所述装置用于将样品夹钳(40)牢 牢地保持在相对于钳口外壳的固定位置处，所述试验机具有包含所述样品夹钳的钳口外 壳(20)，所述夹钳具有与所述钳口外壳的互补表面(26A，26B)滑动地邻接的外表面(43A， 43B)；以及凸轮千斤顶(30)，其位于所述钳口外壳的内表面和所述样品夹钳的下侧之间的 空间内，其中所述凸轮千斤顶伸长以产生使样品夹钳的表面紧靠所述外壳的互补表面移动 的机械力，从而将所述样品夹钳摩擦地锁定在所述钳口外壳中的固定位置处，所述凸轮千 斤顶包括凸轮(50)，其具有偏心装置(56)，所述偏心装置(56)包括具有预定的提升速度的接触 表面，并且被定向为绕其纵轴线在所述钳口外壳中旋转运动；弹性推块(60)，其邻接所述偏心装置，并具有预定形状的表面，所述偏心装置紧靠所述 表面旋转；并且其中，作为所述凸轮旋转运动到预定的角位置的结果，所述偏心装置使得所述推块将 所述机械力施加到所述样品夹钳上以将所述样品夹钳锁定在固定位置处，并使弯曲力矩在 所述推块中出现，依次，这使得所述推块的表面经受渐增的弹性形变，使得所述推块的所述 表面绕所述偏心装置的所述接触表面渐增地偏转直至到达所述预定的角位置，从而防止所 述凸轮旋转离开所述预定的角位置。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述预定的角位置是所述凸轮相对于所述推块的 上止点旋转位置。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述凸轮包括下圆柱(58)、所述偏心装置以及上 圆柱(54)，所述上圆柱和下圆柱是直圆柱并且与所述凸轮的中心线共轴对准。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述偏心装置包括直圆柱，所述直圆柱具有的中 心线从所述凸轮的中心线偏离预定距离。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述偏心装置与所述凸轮共轴并具有预定的渐变 轮廓。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述凸轮适于通过装置的使用者人工旋转进入所 述上止点位置。
17.如权利要求13所述的装置，其中当没有力通过所述偏心装置施加到所述推块上 时，所述推块的表面包括具有基本呈圆形截面的槽(62)。
18.如权利要求17所述的装置，其中当没有力通过所述偏心装置施加到所述推块上 时，在所述推块的表面和所述偏心装置的接触表面之间存在预定量的径向间隙(63)。
19.如权利要求18所述的装置，其中随着所述凸轮旋转进入所述预定的角位置，紧靠 所述偏心装置的接触表面的所述推块的表面渐增地变形从而绕所述偏心装置的接触表面 弯曲并且符合所述偏心装置的接触表面直至到达所述上止点位置，在所述上止点位置处所 述推块的表面符合所述偏心装置的接触表面并且紧靠所述接触表面锁紧，从而将所述凸轮 有效地锁定在所述上止点位置处。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述推块具有中心区域，所述中心区域具有相对 于所述推块的两端减小的厚度，从而当所述凸轮旋转到所述上止点位置时，提供所述推块 的所述表面紧靠所述偏心装置的接触表面的增大的偏转。
21.—种材料试验机，其具有钳口外壳，其包含样品夹钳(40)，用于将所述样品夹钳牢牢地保持在相对于所述钳口 外壳的固定位置处，所述夹钳具有与所述钳口外壳的互补表面(26A，26B)滑动地邻接的外 表面(43A，43B)；以及凸轮千斤顶(30)，其位于所述钳口外壳的内表面和所述样品夹钳的下侧之间的空间 内，其中所述凸轮千斤顶伸长以产生使样品夹钳的表面紧靠所述外壳的互补表面移动的机 械力，从而将所述样品夹钳摩擦地锁定在所述钳口外壳中的固定位置处，所述凸轮千斤顶 具有凸轮(50)，其具有偏心装置(56)，所述偏心装置(56)包括具有预定的提升速度的接触 表面，并且被定向为绕其纵轴线在所述钳口外壳中旋转运动；弹性推块(60)，其邻接所述偏心装置，并具有预定形状的表面，所述偏心装置紧靠所述 表面旋转；并且其中，作为所述凸轮旋转运动到预定的角位置的结果，所述偏心装置使得所述推块将 所述机械力施加到所述样品夹钳上以将所述样品夹钳锁定在固定位置处，并使弯曲力矩在 所述推块中出现，依次，这使得所述推块的表面经受渐增的弹性形变，使得所述推块的所述 表面绕所述偏心装置的所述接触表面渐增地偏转直至到达所述预定的角位置，从而防止所 述凸轮旋转离开所述预定的角位置。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述预定的角位置是所述凸轮相对于所述推块的 上止点旋转位置。
23.如权利要求22所述的装置，其中所述凸轮包括下圆柱(58)、所述偏心装置以及上 圆柱(54)，所述上圆柱和下圆柱是直圆柱并且与所述凸轮的中心线共轴对准。
24.如权利要求23所述的装置，其中所述偏心装置包括直圆柱，所述直圆柱具有的中 心线从所述凸轮的中心线偏离预定距离。
25.如权利要求23所述的装置，其中所述偏心装置与所述凸轮共轴并具有预定的渐变 轮廓。
26.如权利要求23所述的装置，其中所述凸轮适于通过装置的使用者人工旋转进入所 述上止点位置。
27.如权利要求23所述的装置，其中当没有力通过所述偏心装置施加到所述推块上 时，所述推块的表面包括具有基本呈圆形截面的槽(62)。
28.如权利要求27所述的装置，其中当没有力通过所述偏心装置施加到所述推块上 时，在所述推块的表面和所述偏心装置的接触表面之间存在预定量的径向间隙(63)。
29.如权利要求28所述的装置，其中随着所述凸轮旋转进入所述预定的角位置，紧靠 所述偏心装置的接触表面的所述推块的表面渐增地变形从而绕所述偏心装置的接触表面 弯曲并且符合所述偏心装置的接触表面直至到达所述上止点位置，在所述上止点位置处所 述推块的表面符合所述偏心装置的接触表面并且紧靠所述接触表面锁紧，从而将所述凸轮 有效地锁定在所述上止点位置处。
30.如权利要求29所述的装置，其中所述推块具有中心区域，所述中心区域具有相对 于所述推块的两端减小的厚度，从而当所述凸轮旋转到所述上止点位置时，提供所述推块 的所述表面紧靠所述偏心装置的接触表面的增大的偏转。
31.一种在材料试验机中使用的方法，所述材料试验机具有钳口外壳，其包含样品夹钳(40)，用于将所述样品夹钳牢牢地保持在相对于所述钳口 外壳的固定位置处，所述夹钳具有与所述钳口外壳的互补表面(26A，26B)滑动地邻接的外 表面(43A，43B)；以及凸轮千斤顶(30)，其位于所述钳口外壳的内表面和所述样品夹钳的下侧之间的空间 内，其中所述凸轮千斤顶伸长以产生使样品夹钳的表面紧靠所述外壳的互补表面移动的机 械力，从而将所述样品夹钳摩擦地锁定在所述钳口外壳中的固定位置处，所述凸轮千斤顶 具有凸轮(50)，其具有偏心装置(56)，所述偏心装置(56)包括具有预定的提升速度的接触 表面，并且被定向为绕其纵轴线在所述钳口外壳中旋转运动；以及弹性推块(60)，其邻接所述偏心装置，并具有预定形状的表面，所述偏心装置紧靠所述 表面旋转，作为所述凸轮旋转运动到预定的角位置的结果，所述偏心装置使得所述推块将 所述机械力施加到所述样品夹钳上以将所述样品夹钳锁定在固定位置处，并使弯曲力矩在 所述推块中出现，依次，这使得所述推块的表面经受渐增的弹性形变，使得所述推块的所述 表面绕所述偏心装置的所述接触表面渐增地偏转直至到达所述预定的角位置，从而防止所 述凸轮旋转离开所述预定的角位置；其中所述方法包括以下步骤使所述样品夹钳位于所述空间内，以使所述样品夹钳的外表面与所述钳口外壳的互补 表面邻接地接合；以及使所述凸轮从初始位置旋转到预定的角位置，从而使所述推块绕所述偏心装置的所述 接触表面偏转，并将所述凸轮锁定在所述预定的角位置处。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述预定的角位置是所述凸轮相对于所述推块的 上止点旋转位置。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述旋转步骤包括由所述材料试验机的使用者执 行的以下步骤人工地使所述凸轮旋转进入所述上止点位置。
全文摘要
本发明涉及一种在材料试验系统中使用的千斤顶组件(30)，其使用凸轮(50)和弹性推块(60)。具有渐变偏心装置(56)的所述凸轮位于所述推块和钳口外壳之间，并局部地位于所述推块和钳口外壳中相应的浅槽内，以便两个槽有效地跨骑所述凸轮。所述槽容纳所述凸轮的轴向旋转。所述推块由具有适当的弹性模数的材料形成，以便弯曲力矩，特别是在所述推块的端部并由所述偏心装置到其上止点位置的轴向旋转引起的，使得在所述推块中的所述槽弹性形变并紧靠且环绕所述偏心装置渐增并充分地弹性形变，因而渐增地锁紧所述偏心装置并将所述凸轮、推块和样品夹钳牢牢地锁定在它们适当的位置处。
文档编号G01N3/04GK101883976SQ200880118647
公开日2010年11月10日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月30日
发明者诺曼·A·林德曼 申请人:动态系统公司