一种球面调心压扭试验机夹具的制作方法

本发明涉及试验机领域，尤其涉及一种球面调心压扭试验机夹具。

背景技术

工程结构中有些零部件需要同时承受外界的压力和扭矩，需要在压扭试验机上检验其同时承受压力和扭矩时的力学性能。为保证测试精度，对压缩试验的基本要求是将试样上下两个平面加工成平行的，对于不能加工成上下平行的试件需要采用球面结构，在试样两个加力端中的一个采用球面结构，使试样受力中心线与传感器轴向重合，提高测量精度，也起到保护传感器的作用。

而在压扭试验中，试样同时承受压力和扭矩，由于球面不约束转动，普通球面压头只能对试样施加压力，不能对试样施加不能扭矩。

技术实现要素：

本发明的提出了一种球面调心压扭试验机夹具，压缩试样时在保证传递扭矩的同时，可以在与扭转轴垂直任意方位调整调整压盘与转轴之间夹角，即两压盘压缩面之间角度，解决了这个长期存在的问题，提高了试验结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种球面调心压扭试验机夹具，包括压扭传感器，所述压扭传感器上端与固定件一固定连接，所述压扭传感器下端与第一球面压盘固定连接，所述第一球面压盘下端设有第一凹球面，所述第一球面压盘下端设有第一矩形槽，所述第一凹球面内装有球头，所述第一矩形槽内装有第一扭力杆，所述第一扭力杆穿过球头，所述球头下端安装在第二球面压盘的第二凹球面内，所述第二球面压盘上端设有第二矩形槽，所述第二矩形槽内装有第二扭力杆，所述第二扭力杆穿过球头，所述第二球面压盘下端抵在试样上端，所述试样下端抵在固定件二上端，所述固定件一和所述固定件二之间至少有一个加载端。

进一步的，所述第一球面压盘的第一凹球面的直径、所述第二球面压盘的第二凹球面的直径均与球头的直径一致。

进一步的，所述第一球面压盘的第一凹球面的深度、第二球面压盘的第二凹球面的深度尺寸均小于球头的半径。

进一步的，所述球头水平中轴线上端设有第一方孔，所述第一扭力杆穿过所述第一方孔，所述球头水平中轴线上端设有第二方孔，所述第二扭力杆穿过所述第二方孔，所述第一方孔的轴线与所述第二方孔的轴线相互垂直。

进一步的，所述第一扭力杆与第一球面压盘的第一矩形槽在矩形槽深度方向留有第一间隙。

进一步的，所述第二扭力杆与第二球面压盘的第二矩形槽槽在矩形槽深度方向留第二间隙。

进一步的，所述压扭传感器上端通过第一螺钉与固定件一固定连接。

进一步的，所述固定件一与压扭传感器之间设有第一定位件。

进一步的，所述压扭传感器下端通过第二螺钉与固定件二固定连接。

进一步的，所述固定件二与压扭传感器之间设有第二定位件。

有益之处：本发明可以同时对试样施加压力和扭矩，调整压盘与转轴之间夹角、微调夹具与试样接触面的角度，消除因试样两端不平行造成的测量误差，并保护传感器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明下侧的右视图；

图3为本发明图1中的a-a的剖视结构示意图；

图4为本发明图1中的b-b的剖视结构示意图；

图5为本发明图1中的球头的结构示意图。

图中：1固定件一，2第一定位件，3第一螺钉，4压扭传感器，5第二螺钉，6第二定位件，7第一球面压盘，8第一扭力杆，9球头，10第二扭力杆，11第二球面压盘，12试样，13固定件二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

参照图1-4，一种球面调心压扭试验机夹具，包括压扭传感器4，所述压扭传感器4上端与固定件一1固定连接，所述压扭传感器4下端与第一球面压盘7固定连接，所述第一球面压盘7下端设有第一凹球面，所述第一球面压盘7下端设有第一矩形槽，所述第一凹球面内装有球头9，所述第一矩形槽内装有第一扭力杆8，所述第一扭力杆8穿过球头9，所述球头9下端安装在第二球面压盘11的第二凹球面内，所述第二球面压盘11上端设有第二矩形槽，所述第二矩形槽内装有第二扭力杆10，所述第二扭力杆10穿过球头9，所述第二球面压盘11下端抵在试样12上端，所述试样12下端抵在固定件二13上端，所述固定件一1和所述固定件二13之间至少有一个加载端。所述第一球面压盘7的第一凹球面的直径、所述第二球面压盘11的第二凹球面的直径均与球头9的直径一致。所述第一球面压盘7的第一凹球面的深度、第二球面压盘11的第二凹球面的深度尺寸均小于球头9的半径。所述球头9水平中轴线上端设有第一方孔，所述第一扭力杆8穿过所述第一方孔，所述球头9水平中轴线上端设有第二方孔，所述第二扭力杆10穿过所述第二方孔，所述第一方孔的轴线与所述第二方孔的轴线相互垂直。所述第一扭力杆8与第一球面压盘7的第一矩形槽在矩形槽深度方向留有第一间隙。所述第二扭力杆10与第二球面压盘11的第二矩形槽槽在矩形槽深度方向留第二间隙。所述压扭传感器4上端通过第一螺钉3与固定件一1固定连接。所述固定件一1与压扭传感器4之间设有第一定位件2。所述压扭传感器4下端通过第二螺钉5与固定件二13固定连接。所述固定件二13与压扭传感器4之间设有第二定位件6。

压扭传感器4、第一定位件2和第二定位件6，保证压扭传感器4的轴线与固定件一1及第一球面压7轴线重合。第一螺钉33和第二5分别将压扭传感器4两端与固定件一1及第一球面压盘7紧固在一起。试样12置于第二球面压盘11和固定件二13之间，固定件一1与固定件二13中至少有一个为加载端。

本试验附具中，第一球面压盘7和第二球面压盘11的凹球面同时包裹球头9上，三者直径相同，两个球面可以与球头9之间相对滑动，第一球面压盘7和第二球面压盘11的凹球面部分深度尺寸均小于于球头9半径，因此第一球面压盘7和第二球面压盘11可以同时紧密包裹球头9上，并容许相对转动一定角度。

为了将扭矩施加到试验件上，第一球面压盘7和第二球面压盘11之间不能绕扭转轴线旋转，因此本夹中设置了第一扭力杆8和第二扭力杆10传递扭矩，两者互成90°、交叉或交错插入并穿过球头9上相互垂直的孔内，并与之固定，防止运行过程中脱落。第一扭力杆8伸出球头9的部分与第一球面压盘7上的槽滑动配合，第二扭力杆10伸出球头9的部分与第二球面压盘11上的槽滑动配合，由于为第一扭力杆8与第一球面压盘7之间预留了第一间隙，以及由于为第二扭力杆10与第二球面压盘11之间都预留了第二间隙，因此第一球面压盘7和第二球面压盘11都可以沿着扭力杆方向与球面之间相对转动一定的角度，不受约束。而两根扭力杆是相互垂直的，所以第一球面压盘7、球头9和第二球面压盘11三者相对转动的叠加效果实现了第二球面压盘11的承压平面相对于第一球面压盘7承压平面之间的夹角可以任意方位调整。也就是调整了第二球面压盘11的承压平面与固定件二13之间的夹角，使第二球面压盘11的承压平面以及固定件二13的承压面与试样12紧密接触，这种结构可以大大提高试验结果的准确性。

实施例2：

采用实施例1的方案，如图2所示，第一扭力杆8以及第二扭力杆10交错并以90°夹角插入球头9的上下半球的方孔中，可以用螺钉、过盈配合、粘接或焊接方式固定在一起，在第一球面压盘7和第二球面压盘11上开矩形槽，矩形槽深度方向与扭力杆之间留有间隙a，容许球面与球头9之间沿着扭力杆方向转动，扭转杆约束球面压盘与球头9之间绕扭矩轴相对转动，第一扭力杆8以及第二扭力杆10中心线位置相互垂直交错，但不在同一平面内。

实施例3：采用实施例1或实施例2的方案，与实施例1或实施例2略有差别，第一扭力杆8以及第二扭力杆10的中心线互相垂直交叉在同一平面内，处于球头9的相互垂直的两个直径方向。

实施例4：采用与实施例1、实施例2或实施例3的方案，第一扭力杆8或第二扭力杆10截面是圆形、非圆曲线轮廓或多边形。

实施例5：采用与实施例一、实施例2、实施例3实施例4的方案，第一扭力杆8与第二扭力杆10与球头9之间可以采用铸造、机械加工、3d打印、过盈装配、粘接、焊接等方式做成一个整体。

实施例6；以上各种实施例中可以增加轴承，使球面压盘与球头9及第一扭力杆8和第二扭力杆10之间转动更加灵活。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。