可自动调平的线面接触式上试样夹具的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于摩擦磨损试验机的试样夹具，更具体的说，本发明主要涉及一种可自动调平的线面接触式上试样夹具。

背景技术：
由于发生相对运动，使得相互接触的机械零件之间因为摩擦造成零件损伤。微动磨损是发生在有极小振幅运动的机械零件中的一种损伤方式，是工程中最为常见、最普遍的一种损伤形式。通过模拟实际工况环境来研究材料的摩擦磨损性能，是提升机械零部件寿命的有效手段。摩擦磨损试验机是一种用于研究材料接触表面之间摩擦磨损和润滑性能的科学仪器，实验用试样的夹持固定是真实反映材料摩擦磨损性能的重要环节。为了能够真实模拟实际工况环境，摩擦磨损实验要求上下试样的测试面必须完整均匀接触。一个性能优异的试样夹具除了保证上下试样测试面的完整均匀接触外，夹具的易装夹性、高刚性、耐磨损、不损伤试样、装夹稳定牢固及小型轻便性能也是高性能摩擦磨损试验机的基本要求。尤其对于微动摩擦磨损实验，由于运动的幅度非常小（通常在微米级别），更对夹具的刚性及夹持稳定性提出了更高的要求。目前，国内关于试验机试样夹具的专利多集中于材料拉伸试验机，如公开号为CN103645092的中国发明专利，授权公告号为CN203629956的中国实用新型专利等，而针对于摩擦磨损试验机的试样夹具还未见有授权专利。摩擦磨损实验中，常见的试样接触方式主要有点-面接触、线-面接触、面-面接触三种形式。在摩擦磨损实验中，常见的试样接触方式主要有点-面接触、线-面接触、面-面接触三种形式，其中，线接触式最为常见。图1示出的是目前市面上线-面接触式试样主要的夹具结构。该类型夹具在装置主体中加工出一凹槽，圆柱形试样放置其中。利用两个螺钉从侧面将其旋紧固定。该类型夹具的特点是结构简单，但因为夹紧过程中，螺钉直接与试样表面接触，从而：1）在锁紧螺钉旋紧的同时，造成试样两端发生不同程度位移，使得试样倾斜；2）在螺钉旋紧的过程中，螺钉前端挤压试样，容易造成试样圆柱面的局部损坏；3）两个螺钉端面与圆柱试样侧面之间属于点接触形式，容易松动，不能保证试样的牢固夹持。并且，由于加工精度、装配精度等的影响，摩擦磨损实验中，上下试样之间都会有一个较小的角度，不能完整均匀接触，如图2所示，从而造成试验测试数据的偏差，因此有必要针对现有上试样的夹具结构做进一步的改进。

技术实现要素：
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种可自动调平的线面接触式上试样夹具，以期望解决现有技术中由于螺钉直接与试样表面接触，造成夹紧后试样两端发生位移，以及螺钉挤压试样易造成局部损坏，稳定性不够，且夹紧后上下试样之间无法均匀接触等技术问题。为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：本发明所提供的一种可自动调平的线面接触式上试样夹具，包括基体，所述基体固定在底板上，且所述基体的一端还与基体压板活动连接，所述基体与基体压板的另一端上还设有锁紧装置，且所述基体与基体压板的内侧形成第一夹紧面，所述夹紧面上还设有防脱落卡扣；所述上试样夹具还包括夹具本体与夹具压板，所述夹具本体与夹具压板的外侧面形成第二夹紧面，所述第二夹紧面上设有与所述防脱落卡扣相配合的防脱落卡口，所述夹具本体与夹具压板的内侧均设有弧形夹持凹面，所述夹具本体的底部还设有调平半柱面，所述调平半柱面用于与所述底板相切，且所述调平半柱面的轴向与夹具本体及夹具压板内侧弧形夹持凹面的轴向相交叉。作为优选，进一步的技术方案是：所述调平半柱面的轴向与夹具本体及夹具压板内侧弧形夹持凹面的轴向相垂直。更进一步的技术方案是：所述调平半柱面与夹具本体底部的中心线相重合，且所述调平半柱面的两端与所述夹具本体底部的两端齐平。更进一步的技术方案是：所述夹具本体及夹具压板内侧弧形夹持凹面的中轴线与试样的中轴线相重合，且所述夹具本体及夹具压板内侧弧形夹持凹面的纵截面半径，还与试样夹持方向纵截面的半径相等。更进一步的技术方案是：所述锁紧装置为基体与基体压板端部相互对应的第一螺孔，用于由螺栓或螺钉将基体与基体压板锁紧。更进一步的技术方案是：所述基体与基体压板的端部通过销轴活动连接。更进一步的技术方案是：所述底板为矩形，且所述底板的四个角附近均设有第二螺孔，用于将上试样夹具安装在摩擦磨损试验机上。更进一步的技术方案是：所述防脱落卡扣与防脱落卡口为相互吻合的台阶状结构。与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：由基体与基体压板通过夹具本体及夹具压板夹紧试样，避免了螺钉直接与试样接触在旋紧螺钉的过程中造成试样局部损坏，并通过夹具本体与夹具压板将试样包裹在其中，以圆柱面直接接触的方式保证试样能被稳定的夹持，且通过夹具本体底部的调平半柱面还可使夹具本体绕调平半柱面的轴线径向自由旋转，使之在外加载荷的作用下，可带动夹紧的上试样自由转动，从而使上下试样均匀完全接触之后，通过锁紧装置锁紧夹具本体与夹具压板及试样，保证上下试样能够均匀接触，有效提升试验测试数据的准确性，同时本发明所提供的一种可自动调平的线面接触式上试样夹具结构简单，适于工业化生产，且在调整尺寸后可用于各种规格柱形试样的夹持，应用范围广阔。附图说明图1为现有技术的夹具结构示意图；图2为上试样与下试样接触的接触面示意图；图3为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；图4为用于说明本发明一个实施例中的基体及基体压板结构示意图；图5为用于说明本发明一个实施例中的夹具本体及夹具压板结构示意图；图中，1为基体、2为基体压板、3为第一夹紧面、4为防脱落卡扣、5为夹具本体、6为夹具压板、7为第二夹紧面、8为防脱落卡口、9为弧形夹持凹面、10为调平半柱面、11为底板、12为第一螺孔、13为销轴、14为第二螺孔、15为试样、16为螺栓或螺钉。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步阐述。参考图3与图4所示，本发明的一个实施例是一种可自动调平的线面接触式上试样夹具，包括基体1，该基体1固定在底板11上，并且基体1的一端还需与基体压板2活动连接，更为重要的是前述基体1与基体压板2的另一端上还设有锁紧装置，且基体1与基体压板2的内侧形成第一夹紧面3，并在夹紧面上还设有防脱落卡扣4；通过锁紧装置将基体1与基体压板2的一端锁紧后，两者之间即可形成一个夹持腔。结合图5所示，与上述夹持腔的结构相对应的是，本实施例中的上试样夹具还应当包括夹具本体5与夹具压板6，而夹具本体5与夹具压板6的外侧面形成第二夹紧面7，该第二夹紧面7用于在上述的夹持腔形成后，与第一夹紧面3紧密的接触，并且，为防止夹具本体5夹具压板6从夹持腔中脱出，还需在第二夹紧面7上增设与防脱落卡扣4相配合的防脱落卡口8；而正如图5所示出的，夹具本体5与夹具压板6的内侧均设有弧形夹持凹面9；更进一步的，基于防脱落卡扣4与防脱落卡口8的上述作用，发明人对两者的结构进行多种构想，但考虑到夹具本身的零件构成、组装使用的便利性，发明人最终放弃了复杂的卡扣结构，选择了一种相对简便，且易于加工的锁止结构，具体为将采用相互吻合的台阶状结构作为上述的防脱落卡扣4与防脱落卡口8。与现有技术具有显著区别的是，在上述夹具本体5的底部还设有调平半柱面10，该调平半柱面10用于与所述底板11相切，且调平半柱面10的轴向与夹具本体5及夹具压板6内侧弧形夹持凹面9的轴向相交叉，通过该调平半柱面10，即可实现柱形试样15的径向旋转。关于前述调平半柱面10的具体位置，发明人进行了试验，且参考了附图中基体1与夹具本体5的常规结构，认为将调平半柱面10轴向与夹具本体5及夹具压板6内侧弧形夹持凹面9的轴向相垂直为一个较佳的位置设置。在本实施例中，由基体1与基体压板2通过夹具本体5及夹具压板6夹紧试样15，避免了螺钉直接与试样接触在旋紧螺钉的过程中造成试样局部损坏，并通过夹具本体5与夹具压板6将试样包裹在其中，以圆柱面直接接触的方式保证试样能被稳定的夹持，且通过夹具本体5底部的调平半柱面10还可使夹具本体绕调平半柱面10的轴线径向自由旋转，使之在外加载荷的作用下，可带动夹紧的上试样自由转动，从而使上下试样均匀完全接触之后，通过锁紧装置锁紧夹具本体与夹具压板及试样，保证上下试样能够均匀接触，有效提升试验测试数据的准确性。同样的，为增加调平半柱面10置于底板11上部的稳定性，还可将调平半柱面10的位置设置为与夹具本体5底部的中心线相重合，且所述调平半柱面10的两端与所述夹具本体5底部的两端齐平。在本发明另一实施例中，为增加试样15夹持的稳定性，作为更紧密的尺寸设置，可将上述夹具本体5及夹具压板6内侧弧形夹持凹面9的中轴线设置为与试样15的中轴线相重合，并使夹具本体5及夹具压板6内侧弧形夹持凹面9的纵截面半径，与试样夹持方向纵截面的半径相等。根据本发明的另一实施例，为使上述的锁紧装置能方便拆卸，可将设置在基体1与基体压板2端部相互对应的第一螺孔12作为上述的锁紧装置，即通过螺栓或螺钉16将基体1与基体压板2锁紧。另外，为方便基体1与基体压板2的一端能方便开合，发明人参考现有技术，将基体1与基体压板2的其中一端通过销轴13活动连接，并且为方便夹具在摩擦磨损试验机上的安装，可将上述底板11设置为矩形，并在底板11的四个角附近各增设一个第二螺孔14，用于由螺栓通过螺孔将上试样夹具安装在摩擦磨损试验机上。除上述以外，本发明还具有如下特点：1、夹具采用圆柱状试样，试样15与弧形夹持凹面9具有同样的曲率半径，保证了试样15夹持后轴向位置的精确性，解决了上试样对中的问题。2、和传统夹具依靠螺钉顶紧试样的方式不同，本发明通过夹具本体与夹具压板夹紧试样，避免了旋紧螺钉的过程中螺钉前端挤压试样容易造成试样圆柱面局部损坏的缺陷。3、采用夹具压板与试样夹具相配合，将圆柱形试样包络在夹具中，以圆柱面接触的方式实现试样的稳定夹持。4、通过修改夹具本体、夹具压板上试样固定凹槽面的曲率半径，本夹具可夹持任意半径的圆柱形试样。5、夹具本体可在基体内绕着调平半柱面10轴线自由旋转，在外加载荷的作用下，上试样可随着下试样平面的状态自由转动，从而使得上下试样达到完整均匀接触的目的，并通过锁紧螺钉固定接触状态后进行试验，提升试验数据的准确性。6、夹具通过销轴与一个锁紧螺钉实现试样的装夹固定，试样装夹、拆卸简单方便。且整个夹具结构紧凑、零件数量少、体积小。夹具的整体高度可小于20mm，有利于减小弯矩对测试结果的影响，提高测量精度。7、本夹具主要零件基体、基体压板、夹具本体、夹具压板均由耐磨、耐腐蚀的材料GCr15高碳轴承钢经热处理后制成，使用寿命长，无需维护。除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。