[发明专利]一种适用于轴向拉伸疲劳试验的楔形夹具

说明书

本发明涉及一种适用于轴向拉伸疲劳试验的楔形夹具，可实现对夹持段侧面为楔面的平板试验件施加拉伸疲劳载荷。试验件夹持段放入楔块的凹槽中，夹持段侧面与楔块的内侧楔面连接；楔块的外侧楔面与槽块中楔形槽的楔面连接，并在承受拉伸载荷时压紧楔形槽另一侧的垂直面；楔块底部的凸出部分与槽块的纵向缺口配合；槽块通过螺纹孔与疲劳试验机夹具连接。本发明可以实现平板试验件在拉伸疲劳载荷下的夹持，且具有如下优点：对平板试验件夹持段加工要求少；夹具对试验件无压痕，避免影响试验结果；夹持过程中保证试验件宽度方向不屈曲；通过疲劳试验机的拉伸载荷夹紧试验件，不需要螺栓等夹持，结构紧凑；拆装方便；互换性好。

技术领域

本发明属于轴向拉伸疲劳试验夹具的设计制造领域，具体涉及一种适用于轴向拉伸疲劳试验的楔形夹具。

背景技术

航空发动机、舰用燃气轮机涡轮部件往往工作在高温环境下，且承受巨大的疲劳载荷，容易产生疲劳破坏，对发动机的安全性造成严重影响。因此需要开展涡轮部件关键部位的疲劳试验，考核结构的疲劳寿命。对于平板试验件，现有的方案以摩擦夹持、楔面夹持为主。

中国实用新型专利CN 208026559 U提供了一种试验件的夹持方案，通过丝杠与楔形滑块的组合夹紧试验件。其夹持原理是旋转丝杠推动两个楔形滑块，使楔形滑块夹紧试验件，本质上是通过试验件与楔形滑块之间的摩擦力实现夹持与加载，而试验件与楔形滑块之间并没有楔面连接。实际使用中由于拉伸后试验件横向宽度减小，滑块对试验件的夹紧力下降，摩擦力减小，因此此类夹具在施加较大载荷时容易发生打滑现象。类似的方案还包括中国实用新型专利CN 203324096 U、CN 206974814 U、CN 208636142 U等。

中国实用新型专利CN 206876477 U中楔形滑块夹持力由液压提供，解决了拉伸过程中夹持力减小的问题。但是液压设备的引入增加了夹具的复杂度和成本。类似的方案还包括中国实用新型专利CN 202582995 U、CN 207689272 U、CN 206038419 U等。

中国发明专利CN 106736658 A提供了一种刀片试验件的夹持方案，通过拧紧螺栓使楔形夹具夹紧后再通过楔形夹具上的销钉夹持。但试验件上的销钉孔往往会成为一个薄弱部位，容易疲劳断裂，影响试验的有效性。

中国发明专利CN 104330304 A提供了一种脆性材料的夹持方案，通过楔形夹具实现试验件的夹持。但是该夹具体积庞大，无法整体放入高温炉中加热。同时楔形夹具对于不同尺寸的试验件互换性不佳。

中国实用新型专利CN 206281714 U采用带楔形通孔的锚头实现拉伸试验件夹持。该方案中试验件需要通过粘合剂与夹紧块连接，因此很大程度上限制了该夹具在高温条件下的使用。

中国发明专利CN 109470468 A的上夹具提供了一种利用双楔面夹持试验件的方案。该方案的不足之处在于内嵌式的楔形槽加工困难，楔形夹具庞大，限制了其在高温炉内的使用。

综上所述，现有的加持方案存在以下的不足：(1)若夹具与试验件的连接方式是摩擦夹持，为了增大摩擦，夹块的夹持面必须设计成粗糙的表面，往往还存在尖锐的凸起。这种设计会在夹持过程中给试验件带来凹坑，可能影响试验件的起裂位置和疲劳寿命；同时，在拉力较大的情形下，摩擦夹持会出现打滑的现象。(2)若夹具与试验件的连接方式为楔面夹持，且楔面设置在试验件的厚度方向(相当于厚度逐渐变大)，那么会出现试验件坯料利用率低下的情况。(3)同时，摩擦夹持和楔面夹持往往需要借助螺栓等紧固件进行夹紧，而高温下螺栓等紧固件容易发生粘连。(4)此外，上述的夹具往往也存在着体积庞大，拆装不便等问题。

由此可见，现有楔形夹具的设计不能完全满足试验件高温疲劳试验的需求。因此，有必要设计一种对试验件夹持段要求少，结构紧凑，体积小巧，拆装方便的平板试验件夹具。

发明内容