一种扇形金属导体拉伸试验夹头的设计方法及夹头与流程

1.本技术方案涉及测试装置的技术领域，具体是一种扇形金属导体拉伸试验夹头的设计方法及夹头。


背景技术：

2.实心扇形铝金属导体采用专用挤铝设备高温挤出，解决了常规绞合紧压结构的铝金属导体在接头安装时经常会有端点接触不良、接触点电阻大、接头易断丝等问题。
3.现有常用的拉伸试验机上的夹头采用手动夹紧，费力且夹紧力小。夹头配套的常用夹块是两平板夹块，只适用于圆形或片形的材料进行拉伸试验。如果用常用的拉伸夹头来对扇形金属导体进行拉伸试验，在试验过程中扇形导体要么会发生打滑现象、要么容易在钳口处断裂，试验无法进行。


技术实现要素：

4.本发明创造对现有技术中的不足，提出一种扇形金属导体拉伸试验夹头及加工方法，能有效加强夹头的夹紧力且在金属发生形变后仍能持续夹紧，采用匹配扇形形状的不对称v形夹头，能确保最终导体断裂处在夹头之外，具体如下。
5.一种扇形金属导体拉伸试验夹头的设计方法，步骤包括：
6.s1、分解问题：
7.问题一：扇形截面导体的可夹持面有三个，分别是两个平面和一个弧面；则需设计符合三个可夹持面的夹头块；
8.问题二：夹头块对扇形截面导体的夹紧动作来自于径向的力，则采用对夹头块的径向施力机构，可完成夹紧动作；
9.s2、问题一和问题二解决难度：
10.现有拉伸试验机上的夹头夹紧所用径向施力机构是备选手段，用来解决问题二；
11.问题一的解决，在现有拉伸试验机上找不到相应机构，需要全新设计；
12.则问题一的解决难度大于问题二，首先解决问题一；
13.s3、设计夹头块解决问题一：
14.增加夹头夹持面与导体之间的接触面积以及二者之间的摩擦力，来解决问题一：
15.1)增加接触面积：把导体的扇形截面的两直边近似于等腰三角形的两腰，则确定导体的两面是由同一v型槽承载，该v型槽的两侧面对导体的两面完成贴合，接触面积最大；
16.导体的扇形截面的弧形边近似于角度很大的钝角等腰三角形，则确定导体的弧面是由另一v型槽承载，该v型槽对导体的弧面承载有两点即相切位置的点，且在紧压后，弧形边仅发生微小形变，两点位置处变形成大的接触面；
17.2)设计夹块防滑齿：
18.v型槽侧面刻反向防滑齿，导体被压紧后，导体表面金属被防滑齿压紧变形，形成齿痕，与防滑齿啮合。
19.接着解决次重要问题二
20.s4、设计夹紧程度调节机构解决问题二：
21.夹紧块夹住导体，导体的轴线需保持不变；则两个v型槽是同步径向夹紧；
22.由于夹头整体结构小，使用场景空间小，径向同步联动机构不适用；设计使v型槽是同步径向夹紧的机构，采用同一轴向直线动作转为两个同步相对的径向直线动作的机构：
23.1)轴向直线动作机构：液压缸、气压缸或电动推杆；
24.电动推杆的动作行程固定，易对导体施以强力，损失导体；
25.液压、气压缸的媒介是液体或气体，导体可以其施力以对抗，由压力媒介的压缩来吸收这部分能量；
26.液压和气压相比，因液压油在封闭循环通道内，且密度大，动作反应及时，由于气压；
27.2)垂直直线动作机构：采用斜面之间的滑动，来改变作用力的方向；
28.设计限位块与夹紧块是斜面滑动连接，固定限位块，对夹紧块施以轴向的力，限位块限制夹紧块的轴向运动趋势，轴向的力转为径向运动和沿斜面的运动；
29.两组限位块与夹紧块之间的角度相同，即实现了同步相对的径向直线动作。
30.在设计夹块防滑齿过程中：防滑齿与水平方向呈10度～20度夹角分布，相对水平分布的防滑齿轮其防滑齿咬紧导体后接触面积更大，防滑效果更好，并以单齿高1～2mm，单齿角度45度。
31.采用上述设计方法设计的夹头如下：
32.一种扇形金属导体拉伸试验夹头，包括导体夹持机构和夹紧程度调节机构。所述导体夹持机构包括：成对的第一、二夹头块单元；夹紧程度调节机构分别连接两个夹头块单元；两个夹头块单元的正面是夹持面，夹持面相向且随夹紧程度调节机构间距可调；
33.两个夹头块单元的夹持面的表面都设有凹槽；凹槽的径向截面是“v”字形，凹槽的两侧面的长度和宽度相同；
34.两个夹持面上的凹槽的底角(即凹槽的两侧面构成的夹角)分别是α和β；α的角度小于β的角度；
35.凹槽的两侧面上都刻有防滑齿；
36.两个夹头块单元的夹持面相互接近，两个夹持面上的凹槽围成扇形金属导体所在空间，凹槽的长度方向与扇形金属导体的轴线方向是同向的。
37.进一步优化：凹槽的同一侧面上的防滑齿有多个，它们是相互平行的斜齿，构成斜齿条形状；同一凹槽的两个侧面的斜齿的螺旋角相反，两个侧面上的对应斜齿构成角指向扇形金属导体的插入端。每个防滑齿的齿顶朝向扇形金属导体的插入端的反方向。
38.具体来说：
39.所述夹紧程度调节机构包括夹头块单元限位机构和液压或气压的缸体；
40.缸体的活塞杆连接于活塞，活塞杆随活塞从缸体的头部伸出/回缩缸体；
41.所述夹头块单元限位机构包括成对的第一、二限位块，两个限位块都连接于缸体的头部；第一、二限位块的正面相向，且它们关于平面a成镜像对称；且它们之间是第一、二夹头块单元所在位置；
42.第一、二夹头块单元的背面分别与第一、二限位块的正面滑动连接；且扇形金属导体的轴线方向与缸体的轴线方向是同向的；第一、二夹头块单元滑动连接于活塞杆的端部，滑动方向垂直于平面a；
43.第一夹头块单元的背面与第一位限位块的正面的连接结构为：第一夹头块单元的背面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为γ；第一限位块的正面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为γ；
44.第二夹头块单元的背面与第二位限位块的正面的连接结构为：第二夹头块单元的背面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为180
°‑
γ；第二限位块的正面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为180
°‑
γ；
45.第一、二限位块的正面围成空间是下大上小的空间，空间的小端远离缸体，扇形金属导体从空间的小端一侧插入。
46.进一步优化：所述第一、二夹头块单元分别包括第一、二夹头块和第一、二夹头座；第一夹头块可拆卸连接于第一夹头座；第二夹头块可拆卸连接于第二夹头座；
47.夹持面分别在第一、二夹头块的正面；
48.第一、二夹头块单元的背面在第一、二夹头座的背面；
49.第一、二夹头座的底部通过滑动连接结构与活塞杆的端部连接。例如：活塞杆的端面连接有滑轨，第一、二夹头座的底部分别有与滑轨对应连接的滑槽。
50.具体来说：第一夹头块的背面有凸起，第一夹头座的正面有与凸起对应的内凹；凸起嵌在内凹内。
51.在实施时候，所述第一、二限位块与缸体是一体式结构，第一、二限位块在缸体头部。
52.本夹头的原理是，(液压或气压)缸体内活塞通过前伸运动并带动两块试验夹块前伸再通过斜面转换为相向运动并产生夹紧的力夹住导体。缸内活塞通过后退运动并带动两块夹块后退消除夹紧力。
53.在试验时候：每套拉力机配二个试验夹头，每个夹头配二个夹块，夹块安装于夹块座并根据不同的规格可进行更换。成套的两个夹块内侧面倾角不同，其中一个夹块内侧面倾角与扇形金属导体两边夹角相同，另一个夹块内侧面与扇形金属导体外圆相切；夹块内侧面加工有带有倾角的防滑齿。(液压)缸体通过伸缩来带动压块夹紧和放松动作。
54.本试验夹头能有效防止在拉伸试验时导体滑动以及试样在夹具内断裂。本夹头可通过更换夹块以适用于不同形状的试样拉伸要求。
附图说明
55.图1a是本实施例的导体拉伸夹头的轴向截面示意图；
56.图1b是图1a的俯视角示意图；
57.图2a是第一或第二夹头块的示意图；
58.图2b是图2a的右视图；
59.图3是第一、二夹头座的示意图；
60.图4是第一或第二夹头块的装配图(爆炸图)；
61.图5a是第一夹头块的侧面示意图；
62.图5b是图5a的右左视图；
63.图6a是第二夹头块的正面示意图；
64.图6b是图6a的右视图；
65.图7是v形夹块夹住扇形金属导体状态的俯视图；
66.图8是v形夹块防滑齿截面；
67.图9是本扇形金属导体拉伸试验夹头的设计方法的流程图；
68.图中：密封法兰1、第一螺丝2、活塞3、缸体4、第二螺丝5、挡板6、缸体头部7、夹头座8、夹头块9、下腔接头通孔10、上腔接头通孔11、密封环12、定位销13、第一夹块体14、第一v形面(凹槽)15、焊缝16、第二夹块体17、第二v形面(凹槽)18、定位销19、斜面第一夹角20、斜面第二夹角21、扇形金属导体22、防滑齿23、滑轨24、凸起25、内凹26。
具体实施方式
69.本部分将详细描述本发明创造的具体实施例，本发明创造之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明创造的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明创造保护范围的限制。
70.在本发明创造的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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创造和简化描述，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创造的限制。
71.在本发明创造的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
72.本发明创造的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明创造中的具体含义。
73.下面结合附图和具体实施实例，对本发明创造作进一步详细地说明。
74.参考图9，一种扇形金属导体拉伸试验夹头的设计方法，包括步骤：
75.s1、分解问题：
76.问题一：扇形截面导体的可夹持面有三个，分别是两个平面和一个弧面；则需设计符合三个可夹持面的夹头块；
77.问题二：夹头块对扇形截面导体的夹紧动作来自于径向的力，则采用对夹头块的径向施力机构，可完成夹紧动作；
78.s2、问题一和问题二解决难度：
79.现有拉伸试验机上的夹头夹紧所用径向施力机构是备选手段，用来解决问题二；
80.问题一的解决，在现有拉伸试验机上找不到相应机构，需要全新设计；
81.则问题一的解决难度大于问题二，首先解决问题一；
82.s3、设计夹头块解决问题一：
83.增加夹头夹持面与导体之间的接触面积以及二者之间的摩擦力，来解决问题一：
84.1)增加接触面积：把导体的扇形截面的两直边近似于等腰三角形的两腰，则确定导体的两面是由同一v型槽承载，该v型槽的两侧面对导体的两面完成贴合，接触面积最大；
85.导体的扇形截面的弧形边近似于角度很大的钝角等腰三角形，则确定导体的弧面是由另一v型槽承载，该v型槽对导体的弧面承载有两点即相切位置的点，且在紧压后，弧形边仅发生微小形变，两点位置处变形成大的接触面；
86.2)设计夹块防滑齿：
87.v型槽侧面刻反向防滑齿，导体被压紧后，导体表面金属被防滑齿压紧变形，形成齿痕，与防滑齿啮合。
88.还包括步骤：
89.s4、设计夹紧程度调节机构解决问题二：
90.夹紧块夹住导体，导体的轴线需保持不变；则两个v型槽是同步径向夹紧；
91.由于夹头整体结构小，使用场景空间小，径向同步联动机构不适用；设计使v型槽是同步径向夹紧的机构，采用同一轴向直线动作转为两个同步相对的径向直线动作的机构：
92.1)轴向直线动作机构：液压缸、气压缸或电动推杆；
93.电动推杆的动作行程固定，易对导体施以强力，损伤导体；
94.液压、气压缸的媒介是液体或气体，导体可以对其施力以对抗，由压力媒介的压缩来吸收这部分能量；
95.液压和气压相比，因液压油在封闭循环通道内，且密度大，动作反应及时，优于气压；
96.2)垂直直线动作机构：采用斜面之间的滑动，来改变作用力的方向；
97.设计限位块与夹紧块是斜面滑动连接，固定限位块，对夹紧块施以轴向的力，限位块限制夹紧块的轴向运动趋势，轴向的力转为径向运动和沿斜面的运动；
98.两组限位块与夹紧块之间的角度相同，即实现了同步相对的径向直线动作。
99.在设计夹块防滑齿过程中：防滑齿与水平方向呈10度～20度夹角分布，相对水平分布的防滑齿轮其防滑齿咬紧导体后接触面积更大，防滑效果更好，并以单齿高1～2mm，单齿角度45度。
100.参考图1a～图8，一种扇形金属导体拉伸试验夹头，包括导体夹持机构和夹紧程度调节机构。
101.所述导体夹持机构包括：成对的第一、二夹头块单元；夹紧程度调节机构分别连接两个夹头块单元；两个夹头块单元的正面是夹持面，夹持面相向且随夹紧程度调节机构间距可调；
102.两个夹头块单元的夹持面的表面都设有凹槽(如附图标识的第一v形面15和第二v形面18)；凹槽的径向截面是“v”字形，凹槽的两侧面的长度和宽度相同；
103.两个夹持面上的凹槽的底角(即凹槽的两侧面构成的夹角)分别是α(如附图标识的斜面第一夹角20)和β(如附图标识的斜面第二夹角21)；α的角度小于β的角度；
104.凹槽的两侧面上都刻有防滑齿23；
105.两个夹头块单元的夹持面相互接近，两个夹持面上的凹槽围成扇形金属导体22所
在空间，凹槽的长度方向与扇形金属导体的轴线方向是同向的。
106.参考图2a、图2b和图8，凹槽的同一侧面上的防滑齿23有多个，它们是相互平行的斜齿，构成斜齿条形状；同一凹槽的两个侧面的斜齿的螺旋角相反，两个侧面上的对应斜齿构成角指向扇形金属导体的插入端。每个防滑齿的齿顶朝向扇形金属导体的插入端的反方向。
107.再参考图1a、图1b，夹紧程度调节机构包括夹头块单元限位机构和液压或气压的缸体4；
108.缸体的活塞杆连接于活塞3，活塞杆随活塞从缸体的头部伸出/回缩缸体；
109.所述夹头块单元限位机构包括成对的第一、二限位块(即附图标记缸体头部7位置)，两个限位块都连接于缸体的头部；第一、二限位块的正面相向，且它们关于平面a成镜像对称；且它们之间是第一、二夹头块单元所在位置；
110.在图1a、图1b中，第一、二夹头块单元是由夹头座8、夹头块9构成。
111.第一、二夹头块单元的背面分别与第一、二限位块的正面滑动连接；且扇形金属导体的轴线方向与缸体的轴线方向是同向的；第一、二夹头块单元滑动连接于活塞杆的端部，滑动方向垂直于平面a；
112.第一夹头块单元的背面与第一位限位块的正面的连接结构为：第一夹头块单元的背面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为γ；第一限位块的正面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为γ；
113.第二夹头块单元的背面与第二位限位块的正面的连接结构为：第二夹头块单元的背面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为180
°‑
γ；第二限位块的正面的上部是倾斜平面，倾斜平面与平面a所成角度为180
°‑
γ；
114.第一、二限位块的正面围成空间是下大上小的空间，空间的小端远离缸体，扇形金属导体从空间的小端一侧插入。
115.进一步参考图2a～图6b，所述第一、二夹头块单元分别包括第一、二夹头块(即附图标记夹头块9)和第一、二夹头座(即附图标记夹头座8)；第一夹头块可拆卸连接于第一夹头座；第二夹头块可拆卸连接于第二夹头座；
116.夹持面分别在第一、二夹头块的正面；
117.第一、二夹头块单元的背面在第一、二夹头座的背面；
118.进一步参考图2a和图2b，第一、二夹头座的底部通过滑动连接结构与活塞3顶的活塞杆的端部连接。活塞杆的端面连接有滑轨24，第一、二夹头座的底部分别有与滑轨对应连接的滑槽。
119.第一夹头块的背面有凸起25，进一步参考图3，第一夹头座的正面有与凸起对应的内凹26；凸起嵌在内凹内。
120.本例在实施时候，所述第一、二限位块与缸体是一体式结构，第一、二限位块在缸体头部。
121.本夹头的工程实现方法为
122.1)参考图1，选定液压伸缩结构由缸体4、活塞5、密封法兰1组成：
123.活塞装配于缸体内，活塞上有密封环12，活塞把缸体分为上腔和下腔；缸体上有两个孔(下腔接头通孔10和、上腔接头通孔11)对应上腔和下腔，并通过油管接头连于油路中。
124.上腔由活塞和缸体形成，下腔由活塞、缸体、密封法兰形成。
125.2)参考图1，活塞在缸体中呈轴向伸缩运动，密封法兰1顶面有一凸台，活塞下移位置由密封法兰上凸台进行限位，另缸体4内有内圆台阶，活塞上移位置由缸体内台阶进行限位位，从而活塞行程确定。
126.3)参考图1，液压缸头部7(即第一、二限位块)设置斜面，夹头座(第一、二夹头座)一面边也以斜面形式，活塞轴向推动夹头座时，两夹头水平方向夹紧；
127.参考2活塞上加工t形台，夹头座底部加工t形槽，t形台与t形槽尺寸匹配，两夹头座可在t形台轴线方向滑动；液压缸开口内斜面与夹头座斜面角度相同。
128.4)设计夹块v形面(凹槽)角度：
129.设计原理：v形夹块内斜面与扇形试样接触面尽量增大；
130.参考图7，加工匹配扇形形状的不对称v形夹头。其中第一v形面(凹槽)15的斜面第一夹角20与扇形试样角度相同，第二v形面(凹槽)18的两面与扇形圆弧相切。
131.5)设计夹块防滑齿23：
132.设计原理：夹块斜面上为防止试样拉伸时打滑应设计反向防滑齿；
133.参考图5a～图6b以及图8，防滑齿与水平方向呈10度～20度夹角分布，单齿高1～2mm，单齿角度45度；
134.参考图5a～图6b、图6夹头块背面有凸起25可插入夹块座内凹26中。
135.参考图4，夹头块在加工时候，夹块体和v形面可分开加工，夹头块的连接支撑部分用普通刨床或铣床加工，v形面用普通刨床或铣床加工后再用线切割加工防滑齿。连接支撑部分与v形面通过凹凸台装配最终打孔用定位销镶嵌。
136.本方法夹头装置可通过更换夹块以适用于不同形状的试样拉伸要求。
137.以上述依据本发明创造的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明创造技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明创造的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。