用於在材料試驗機中使用的基於凸輪的千斤頂組件的裝置以及與該裝置一起使用的附隨方法

2023-04-28 23:24:31

專利名稱：用於在材料試驗機中使用的基於凸輪的千斤頂組件的裝置以及與該裝置一起使用的附隨方法
技術領域：
本發明涉及用於千斤頂組件的裝置和附隨方法，該千斤頂組件將夾鉗和保持在其 上的樣品固定到材料試驗機中的鉗口中的適當位置處，並且在機械試驗過程中對夾鉗施加 適當的壓力和限制。本發明還適合用於多種不同的機械和熱機械材料試驗機，包括提供機 械試驗樣品的壓縮和拉伸試驗的材料試驗機。
背景技術：
常規的材料試驗機使用大範圍的螺旋千斤頂、楔形板和其它種類的千斤頂組件以 便在機械試驗過程中將夾鉗固定到鉗口的適當位置處，試驗中夾鉗保持樣品的一端。在這種機器中，通常是在計算機控制下並且如由所謂的「試驗程序」定義的，典型 地將已知和受控的壓縮力和/或拉伸力施加到兩個夾鉗中的一個上，所述兩個夾鉗保持樣 品並且因而在預定的試驗條件下使樣品變形。通常，試驗程序可包含將一系列的這種力一 拉伸力和/或壓縮力，即通常稱為「衝擊(hit)」，施加到樣品上以使其漸增地變形。在對 樣品作出每次衝擊時或之後，擴張和/或其它的物理測量典型地由所產生的形變量組成。 在熱機械材料試驗系統中，在試驗程序中定的每個這種衝擊之前、同時或之後，樣品可以 被受控且自阻地加熱，諸如通過流經鉗口和樣品的加熱電流的串聯通道。這種系統的實 例是GLEEBLE動態熱機材料試驗系統，目前由紐約的特洛伊動態系統有限公司(Dynamic Systems, Inc. of Troy)製造，該公司是本發明的受讓人(GLEEBLE是動態系統有限公司的 註冊商標)。一般說來，之前凸輪被用在多種機械中對部件施加壓力。然而，常規上凸輪不被用 作在材料試驗系統中使用的千斤頂組件的部件，其中簡單的原因在於凸輪具有鬆開的傾向 除非凸輪被抬起經過其中心位置，即，「偏心自鎖(over-center)」旋轉。在這種試驗系統中， 例如，通過連接到夾鉗中的一個上的外部伺服控制液壓活塞的杆產生的機械力必須恆定地 通過一個鉗口和夾鉗而施加到樣品端直到峰值以產生每個衝擊，其中另一個夾鉗通常保持 在固定位置處。如果在千斤頂組件中使用了凸輪而將一個夾鉗適當地保持在其相應的鉗口 中，產生了以下問題一旦凸輪將旋轉過中心而將其夾鉗鎖定在適當的位置處，則由該凸輪 單獨施加在所述夾鉗上的機械力從在凸輪的上止點位置產生的峰值下降。因此，一旦凸輪 將旋轉過中心，由凸輪施加的力從在凸輪的上止點位置施加的峰值減小，因而減小了在每 個後續的衝擊中將夾鉗保持在適當的位置處的鎖緊力，因而潛在地允許一些樣品運動，這 依次可能將一些不想要的人為結果引入由該衝擊產生的合成的形變量中。這種結果可能產 生麻煩。此外，在每個衝擊中使樣品變形所需的外部產生的力非常大，並且必須通過千斤頂 組件傳送並保持在樣品上而在整個試驗程序中出現的任意的衝擊中不會產生千斤頂的松 動。美國專利3，403，549(1968年10月1日頒給A. G. Griffen的)似乎公開了在材料 試驗機中將凸輪用作夾鉗的部件。此處，凸輪作為杆臂的樞轉銷用於使鉗口構件向後移動，
6以便打開兩個楔形夾鉗以在其間插入試驗樣品。明顯地，凸輪不是用於施加壓力從而將鉗 口構件鎖定在夾緊樣品的閉合位置處。然而，在千斤頂組件中使用凸輪將是有利的，這是由於合成組件將能夠產生比相 似尺寸的螺旋式千斤頂組件更大的力。這樣，如果使用者人工地將扭矩施加到基於凸輪的 千斤頂組件上以產生給定的機械力從而將凸輪鎖定在適當的位置處，需要在螺旋式千斤頂 組件上施加顯著大量的扭矩以產生相同量的力。不幸的是，能夠承受很大扭矩的螺釘可能 太大而不能舒適地安裝在材料試驗系統中使用的千斤頂組件中，因此，在這種情況中，使用 螺旋式千斤頂組件是不實際的。因此，現有技術中存在的對於基於凸輪的千斤頂組件的需求尚未得到滿足，尤其 是適於用在材料試驗機中的、將在整個試驗程序中剛性地將樣品夾鉗保持在鉗口外殼中的 適當位置處但是不需要被抬起超過中心的千斤頂組件。

發明內容
本發明的用於千斤頂組件的裝置，特別適於雖然不是專用於材料試驗系統中，所 述裝置使用凸輪和與該凸輪鄰接配合的彈性推塊構件，這樣，有利地克服了現有技術中的 不足。依照本發明的教導，凸輪形成為包含按順序排列的上圓柱、具有基於其軸向旋轉 的預定提升速度的漸變偏心裝置，以及下圓柱。偏心裝置在推塊和外殼之間，並夾於其間， 推塊和外殼中的每一個具有相應的淺槽，該槽具有大體呈半圓形的截面以容納偏心裝置和 其軸向旋轉。推塊經由諸如這裡的定位件(spacer)和鎖緊螺母的中間機械部件機械地連 接到樣品夾鉗的下側。優選地，凸輪由單個整件材料機械加工或用其它方法形成。隨著凸輪圍繞其縱軸線(S卩，其中心線，雖然沒有具體示出仍很明顯)旋轉到其相 對於推塊的上止點位置，諸如通過使用者通過連接到凸輪的配合頭上的適當的扳手或手柄 來簡單地人工旋轉凸輪，由於其凸輪輪廓，偏心裝置將鄰接推塊並對推塊施加漸增的力直 至到達上止點位置，在該位置處偏心裝置將對推塊施加最大力。橫向定向的、大約呈長方形 塊的推塊在其兩端安裝到例如定位件上，而其槽沿其中跨(mid-span)橫向定向，基本與其 兩端等距。隨著偏心裝置旋轉以漸增地推動推塊，沿推塊產生了彎曲力矩。推塊由適當的 材料製造，與整個凸輪和鉗口外殼相比具有充分高的彈性模數，從而使特別是施加到推塊 的兩端上和附近的彎曲力矩使得推塊中的槽彈性形變並且緊靠並圍繞凸輪的偏心裝置部 分漸增地並且充分地偏轉，從而繞所述部分漸增地彎曲並鎖緊所述部分，並將凸輪牢牢地 鎖定在適當的位置處。隨著偏轉增加，推塊和偏心裝置的表面之間的接觸表面積同樣地增 加，這依次有利地增加了兩者之間的合成摩擦力。一旦全部扭矩施加到凸輪上而將其放置 到其上止點位置，推塊不僅將充分並且最大地偏轉以適當地鎖緊偏心裝置並將凸輪鎖定在 適當的位置處，推塊還將同時用作彈簧以在樣品夾鉗上保持恆定的力從而也將該夾鉗及其 樣品牢牢地鎖定在鉗口中的適當位置處。推塊的材料被選擇為具有充分的彈性模數，該彈性模數是折衷值，即，一方面在凸 輪的上止點位置充分地圍繞偏心裝置偏轉並鎖緊偏心裝置，另一方面，提供充足的剛性以 承受並將用於每個「衝擊」的外部施加的形變力通過鉗口外殼傳送到夾鉗和樣品，而該凸輪 一點沒有吸收這些力並且因此變形。
7
依照本發明的優選實施例，簡單說來鉗口外殼通常是具有兩個向上延伸的支腿的 V形塊。每個支腿在其遠端具有向內定位的橫向突起，從而使兩個支腿的突起有效地彼此 相對。每個突起具有向後下方傾斜到其支腿本身的傾斜面，因此形成了一對相對的傾斜面。 樣品夾鉗成形為具有樣品鐵砧的兩個面向外的楔形件的形式，樣品鐵砧位於其間，說明性 地由一對楔形夾鉗形成。在樣品夾鉗上的每個楔形件具有與鉗口外殼上的傾斜面中的一個 互補的傾斜面。樣品夾鉗放置在鉗口外殼內，以使其向外傾斜的楔形件中的每一個與突起 中相應的一個的傾斜面鄰接地配合併緊靠其滑動。典型地，樣品是截面為圓形或直線形的 相對短的杆。本發明的千斤頂組件位於鉗口外殼的空間中並向外延伸，以使連接到推塊上的定 位件鄰接夾鉗的底部邊緣。一旦樣品的端部適當地固定在樣品夾鉗的鐵砧中，並且夾鉗適 當地放置在鉗口外殼中以便其傾斜面中的每一個與外殼的相應的一個互補面鄰接地接合， 然後通過使凸輪從其初始角位置(在該位置沒有力施加到推塊上)旋轉到其上止點位置 (在該位置施加最大的力)來適當地設定千斤頂組件。所述凸輪旋轉擴大了千斤頂的長度 從而經由定位件對夾鉗施加充足的連續機械力，通過由鉗口外殼和夾鉗的每對互補傾斜面 有效形成的楔形件的鄰接面隨著它們朝向彼此的相對滑動運動引起的漸增的摩擦力，將樣 品夾鉗鎖定在夾緊裝置外殼中的適當位置處。作為由凸輪和彈性推塊相對於偏心裝置的偏轉產生的增大的力的結果，依次阻止 了凸輪的進一步旋轉運動，有利地，在涉及連續衝擊的機械試驗程序中的後續使用中，凸輪 將不會從其上止點位置「後退」，因而在整個試驗程序中將樣品牢牢地保持在相對於鉗口外 殼的適當的固定位置處。依次，如果不是全部地，這將基本上消除機械試驗結果中的人為結 果，所述人為結果可能是由在試驗程序中由常規的螺旋式千斤頂組件的不該有的鬆開導致 的不該有的樣品的運動引起的。


通過將下文的詳細說明與附圖相結合考慮，本發明的教導能夠被容易地理解，其 中圖IA描述了在包含常規螺旋式千斤頂組件10的機械試驗系統中使用的鉗口 5的 側視圖；圖IB描述了沿圖IA中的線A-A截取的鉗口 5和千斤頂組件10的截面圖；圖2A描述了包含本發明的千斤頂組件並且用於例如機械材料試驗機中的鉗口 27 的右前立體圖；圖2B描述了圖2A中所示的鉗口 27的側視圖；圖3描述了沿圖2A中的線B-B截取的鉗口 27的截面圖；圖4A描述了圖2A中所示的鉗口 27的頂視圖；圖4B描述了沿圖4A中的線C-C截取的鉗口 27的截面圖；圖5A描述了在圖2A中所示的本發明的千斤頂組件中使用的凸輪50和鄰接推塊 60的左下立體圖；圖5B描述了圖5A中所示的凸輪50的頂視圖；圖5C描述了沿圖5B的線D-D截取的凸輪50的截面圖，為了便於理解其中偏心裝置56以誇大的形式示出；圖6A、6B、6C和6D分別描述了凸輪50的側視圖，具體地示出了圓柱部分58、偏心 裝置56、簡化的鄰接鉗口外殼20'以及推塊60在沒有負載的情況下的零度(偏心裝置56 位於完全豎直位置)>60度和120度旋轉的旋轉位置，以及在全機械負載下的180度旋轉的 旋轉位置；圖7A、7B、7C和7D分別描述了凸輪50的側視圖，具體地示出了對應於圖6A、6B、6C 和6B中所示的旋轉位置中的每一個的偏心裝置56和圓柱部分58 ；圖8A、8B、8C和8D分別描述了凸輪50的右側立體圖，具體地示出了對應於圖6A 和7A、6B和7B、6C和7C以及6D和7D中所示的旋轉位置中的每一個的偏心裝置56和圓柱 部分58 ；圖9示出了在全機械負載下的凸輪50和鄰接推塊60的側視圖，在箭頭C所示的 方向上施加了峰值力並且引起了在箭頭B說明性示出的方向上施加的彎曲力矩；圖10描述了在全機械負載下圖9中示出的凸輪50和推塊60的右上立體圖；圖11描述了推塊的可選擇實施例的側視圖，此處推塊70在機械負載下提供增大 的偏轉；以及圖12描述了圖11所示的推塊70的右上立體圖。為了便於理解，在適當的情況下使用了相同的附圖標記，以表示兩個以上附圖共 有的相同或高度相似的元件。
具體實施例方式本發明的千斤頂組件可以用於各種各樣的應用，其中可拆卸的零件機械地鎖定在 從共用外殼延伸出的一對臂的兩個相對的面向內部的突起之間的適當位置處，零件和外殼 通過互補的楔形件或其它適當形狀的表面鄰接配合，所述互補的楔形件和其它適當形狀的 表面提供充分的摩擦結合以抵抗零件和外殼之間的相對運動。為了簡化描述並便於理解， 將在機械材料試驗機中使用的情境下、特別是在所述機械材料試驗機中的保持樣品夾鉗的 鉗口內使用的情境下說明性地描述本發明的組件。圖IA和圖IB分別說明在機械試驗系統中使用的鉗口 5的側視圖和該鉗口的沿圖 IA中的線A-A截取的截面圖。通常，如在這兩幅圖中所示，牢牢地保持機械試驗樣品18的 樣品夾鉗16，其自身位於鉗口外殼8的兩個楔形表面19內。夾鉗具有兩個傾斜表面17，這 兩個傾斜表面與楔形表面19互補並且與楔形表面19鄰接配合併緊靠其滑動。為了在試驗 程序中在每個隨後發生的機械衝擊中將夾鉗牢牢地保持在適當位置處，位於外殼8的上部 內表面13和樣品夾鉗16的上表面15之間的千斤頂機構10機械地擴大以在表面13和15 之間施加連續的力，這依次向下驅動夾鉗16，並且通過增加互補表面17和19之間的摩擦， 將夾鉗堅固地鎖定在鉗口外殼中的適當位置處。常規的千斤頂組件10，依靠在螺母內適當地擴張螺釘(螺釘和螺母共同通過附圖 標記12表示)，然後通過位於螺母內的定位螺釘88 (或相似物)的調節將螺釘機械地鎖定 在適當的位置處。螺釘的頭部推動墊塊11。典型地通過伺服控制液壓活塞杆(未示出但是 公知的)施加到鉗口外殼8的頂面上的用於每次衝擊的外力，由鎖緊螺母14通過千斤頂組 件10傳送到夾鉗16上。結果，為了防止不想要的樣品運動，千斤頂組件10必須強於並因而承受比在每次衝擊中將施加到樣品上的峰值機械力大的機械力。此外，這些力，不論是壓 縮力還是拉伸力或二者都有，可以以循環方式施加到樣品上。這樣，千斤頂組件10不僅在 任一次衝擊中不應當鬆開而且在整個試驗程序中都不應當鬆開。不幸地，常規的螺旋式千斤頂組件在對樣品進行一次衝擊期間或多次衝擊之後可 能呈現出鬆開的傾向。依次，這可能允許樣品在試驗程序中呈現出即使是微小的一些無法 預料的運動，這依次將對後續的機械試驗結果引入一些不想要的人為結果。有利地，依賴凸輪和彈性推塊的使用的本發明的千斤頂組件產生比在常規螺旋式 千斤頂組件中使用的同等尺寸的螺釘和螺母大得多的機械力，這樣，基本消除了千斤頂組 件在試驗程序的衝擊中鬆開的這種傾向。具體地，由偏心裝置的外表面形成的淺坡面產生 相當大的力，通常為通過將相同的擰緊扭矩施加到相似尺寸的常規螺旋式千斤頂組件所能 產生的力的兩倍。此外，隨著凸輪旋轉到其相對於推塊的上止點位置，偏心裝置漸增地推動 推塊中的槽。依次，這使得彎曲力矩沿推塊出現並朝向凸輪定位。由於推塊相對於凸輪是 彈性的，彎曲力矩將使包圍推塊中的槽的材料偏轉並圍繞偏心裝置彈性形變，結果，有效地 將凸輪鎖定在其上止點位置處。結果，藉助於通過使用凸輪產生的增大的力以及彈性推塊圍繞偏心裝置的偏轉， 當設定到其上止點位置時，本發明的千斤頂組件將不會在具有多次樣品衝擊的機械試驗程 序中從該位置「後退」，因而在整個試驗程序中將樣品牢牢地固定在相對於其相應的鉗口外 殼的適當的固定位置處。依次，如果不是全部地，這將基本消除機械試驗結果中的人為結 果，這些人為結果可能由試驗程序中不必要的樣品運動所產生。圖2A、2B、3、4A和4B描述了包含本發明的千斤頂組件30的鉗口 27的多個視圖。 圖2A描述了鉗口 27的右前立體圖，而圖2B描述了圖2A所示的鉗口 27的側視圖，圖3描 述了沿圖2B的線B-B截取的鉗口的截面圖。圖4A描述了圖2A所示的鉗口 27的頂視圖， 而圖4B描述了沿圖4A中的線C-C截取的鉗口 27的截面圖。本發明的千斤頂組件30在圖 3和圖4B的截面圖中是特別明顯的。因此，為了增進理解，讀者在下文的論述中應該同時參 考全部這些附圖。本發明的千斤頂組件30包含凸輪50和位於鉗口 27的外殼20中的凹槽內的彈性 推塊60，凸輪橫向地延伸通過外殼的深度(從前到後)的大部分。鉗口外殼是具有兩個向 外延伸的支腿21A*21B的大體V形塊。每個支腿在其遠端具有向內定位的橫向突起，具體 地說是分別用於支腿214和21b的突起2\和24B，兩個突起分別被定位為有效地彼此相對。 每個突起24a和24b分別具有傾斜面26a和26b，向後下方傾斜到支腿本身，因此形成了一對 相對的傾斜面。樣品夾鉗40成形為樣品位於其間的兩個面向外的楔形件的形式。這些楔 形件中的每一個具有向上傾斜的表面，面43a和43B，分別與在鉗口外殼上的向下傾斜的面 26A*26B互補。樣品夾鉗位於鉗口外殼20內，以便其向外傾斜的楔形面43A*43B中的每 一個分別與突起中的一個的相應的傾斜面26a和26b鄰接配合併緊靠其滑動。使用連接到凸輪的頭部52上的手柄或扳手使凸輪圍繞其縱軸線(中心線)在外 殼20內旋轉。視情況而定，頭部52可以適於容納除扳手或手柄之外的任何其他的適當的 已知工具。隨著凸輪旋轉，凸輪的偏心裝置(圖5C中表示為56——下文將論述)推動推塊 60，這依次將力施加到定位件44上。定位件將力經由鎖緊螺母42傳遞到樣品夾鉗40上。 夾鉗40牢牢地容納牢牢地保持樣品18的一端的鐵砧22，此處鐵砧22由一對楔形夾鉗形成。偏心裝置的這種運動將夾鉗和樣品18牢牢地楔進適當的位置處以便後續的變形衝擊。 典型地，樣品是圓形或直線截面的相對短的杆。凸輪的偏心裝置具有的輪廓設計為以180度或更小的旋轉對推塊60施加全力，盡 管不同的凸輪輪廓可以用於以包含上至360度的不同的角度旋轉值將全力施加到推塊上。 有利地，凸輪在鉗口外殼中的位置，即頭部52延伸出外殼的一側並且具有沿圓周圍繞其的 充分的橫向間隙，簡化了擰緊常規的螺旋式千斤頂組件所需的使用者將扭矩施加到凸輪上 以使其旋轉的任務。對於後者來說並且可以從圖1中理解到的，使用者需要適當地使兩個 開口扳手的頭部在鉗口外殼8的支腿之間的相當緊湊的空間內轉動角度。為了擰緊螺旋式 千斤頂組件10，扳手頭部中的一個將與螺釘相配合而另一個扳手頭部將與螺母相配合。然 而，兩個扳手頭部的運動將由這些支腿的物理間距而限定，從而使擰緊該千斤頂組件的任 務受挫。一旦樣品的一端適當地固定在樣品夾鉗40中並且夾鉗適當地位於鉗口外殼內， 然後通過將凸輪50從初始位置旋轉到其相對於推塊60的上止點位置來適當地設定千斤頂 組件30。這擴大(伸長)了千斤頂的長度，依次，這對夾鉗40施加了充足的連續機械力，通 過增加由鉗口外殼20和夾鉗40的每對互補的傾斜面26a和43a、以及26B和43B隨著它們 朝向彼此運動而有效形成的楔形件的鄰接面引起的漸增的摩擦力，將夾鉗以及穿過夾鉗的 樣品18鎖定在相對於鉗口外殼的適當的位置處。在圖5A-5C中描述了凸輪50，此處圖5A描述了凸輪50和鄰接的推塊60的左下立 體圖；圖5B描述了圖5A中所示的凸輪50的頂視圖；以及圖5C描述了圖5A中所示的凸輪 的截面圖，但是為了便於理解，以誇張的形式示出了偏心裝置56。如圖所示，凸輪50形成為連續地包含上圓柱54、漸變偏心裝置56以及下圓柱58， 所述漸變偏心裝置56具有基於其軸向旋轉的預定的提升速度。偏心裝置位於推塊60和外 殼20中的凹槽之間(圓柱54和58為外殼20中的槽28提供支承面)，推塊60和外殼20 中的每一個基本沿其寬度具有相應的淺的具有大體半圓形截面的橫向延伸的槽(推塊中 的槽62和外殼20中的槽28)。凸輪50位於鉗口外殼20內並且分別在推塊60和鉗口外殼 20 二者中的相對的槽62和28內旋轉。推塊60基本上是在其每個端部推動定位件44的長 方形塊，其槽62沿其中跨橫向延伸。推塊定向為垂直於凸輪50的縱軸線並且經由槽62接 觸凸輪的偏心裝置56。推塊60具有經由通孔64插入到外殼20中的螺釘連接的彈簧(彈 簧和螺釘均未具體地示出但是公知的)，以便在凸輪50鬆開時縮回推塊60，因此允許推塊 60跟隨偏心裝置56。隨著凸輪50旋轉到其上止點位置，由於其凸輪輪廓，即其漸變的偏心率的範圍， 其偏心裝置56將鄰接推塊60的半徑並且對推塊60的半徑施加漸增量的力直至到達該上 止點位置，在該位置處偏心圓形葉(eccentric lobe) 56將在推塊的半徑上施加最大力。依 次，這使得彎曲力矩沿推塊特別是在其每個端部處或附近產生。如圖9所示，當凸輪位於其 上止點位置時，偏心裝置在箭頭C所示的位置和方向上產生由偏心裝置56產生的峰值力。 在靠近推塊的端部產生的合成的彎曲力矩由箭頭B表示。推塊由適當的彈性材料製成，與 整個凸輪和鉗口外殼相比推塊具有充分高的彈性模數，以便特別是施加到推塊的兩端的彎 曲力矩，作為凸輪旋轉的結果，使得推塊中的槽62彈性形變並且相對於並圍繞凸輪的偏心 裝置56漸增地且充分地偏轉，因而漸增地繞該圓形葉彎曲並且鎖緊該圓形葉並且將凸輪牢牢地鎖定在其上止點位置處。隨著偏轉增加，推塊和偏心圓形葉的表面之間的接觸表面 積相似地增加，依次，這有利地增加了二者之間的合成摩擦力。一旦全部扭矩施加到凸輪上 以將凸輪放置到其上止點位置，推塊將不僅充分地並且最大地偏轉從而適當地鎖緊偏心裝 置並將凸輪鎖定在適當的位置處，而且推塊60將同時用作彈簧以在夾鉗40上保持恆定的 力，並且將夾鉗40、鐵砧22和樣品18鎖定在鉗口 27中的適當位置處。凸輪可以通過幾種不同方式中的任一種製成。具體地，在一個實施方式中，上圓 柱54和下圓柱58是直圓柱。如上所述，偏心裝置56成形為具有漸變的輪廓，即隨著凸輪 旋轉在推塊60上施加遞增的力。選擇性地，凸輪50可以使用三個直圓柱，中心圓柱的縱軸 線(中心線)與其它兩個圓柱的中心線偏離。優選地，凸輪50由單個整件材料經機器加工 而成或通過其他方法形成。代替由整個元件形成凸輪，凸輪可以由三個獨立的元件形成，例 如，適當地接合在一起的兩個或三個圓柱而形成，如果是前者，則還有偏心元件。凸輪圓形 葉的斜面(ramp)和偏心率或中心圓柱與凸輪的縱軸線的偏移可以調節以通過向凸輪頭部 52施加已知量的輸入扭矩而產生施加到推塊上的理想量的力。如上所述，通過選擇具有適當的彈性模數的材料用於推塊60並且適當地設定推 塊60的長度和截面的尺寸，推塊將在偏心圓形葉施加的負載下充分地偏轉，並用作彈簧和 限制施加到夾鉗40上的力的制動器。隨著偏心裝置旋轉並且漸增地推動推塊的半徑，作 為偏轉的結果推塊中的槽的表面積增加，這依次導致偏心裝置和該槽之間的摩擦增加。當 全部扭矩施加到凸輪上時，推塊充分地偏轉以鎖緊偏心凸輪並且將凸輪鎖定在適當的位置 處。同時，通過這樣，推塊的彎曲用作彈簧以保持夾鉗40上的恆定力。現在注意圖6A-6D和圖7A-7D，這幾幅圖是描述凸輪50和推塊60的側視圖，而圖 8A-8D單獨描述凸輪，具體是偏心裝置56和下圓柱部分58的右側立體圖，其中三組圖全部 分別表示0度(上止點)、60度和120度旋轉的凸輪位置，並且在推塊上全部沒有機械負載， 最後是180度旋轉並且在推塊上施加了全部機械負載。為了簡便，只表示出鉗口外殼20的 一小部分20'並且凸輪抵靠其旋轉。如圖6A所示，由於沒有力通過凸輪50施加，推塊60中的槽62 (見圖5A)不是嚴 格地符合偏心裝置56的表面的形狀。在偏心裝置56和推塊之間的槽62中的接觸交界面 的兩側63上出現了不匹配，即徑向間隙，並且為了便於說明和增進讀者的理解，以誇大的 形式示出了該徑向間隙。典型地，不匹配的量非常小並且在大約0.002英寸(.0508mm)或 更小的數量級，這取決於偏心裝置的尺寸以及用於製造凸輪和推塊的材料。隨著凸輪50在圖7A-7D中的箭頭R給出的方向上逆時針旋轉，推塊60彈性形變 以在推塊中的槽62(見圖5A)內的接觸交界面處圍繞偏心裝置有效地彎曲。隨著所述旋轉 的發生，從零度(圖6A、7A和8A)到180度(圖6D、7D和8D)，在圖9的箭頭C所示的方向 上施加了附加的力。如圖9中的箭頭B所示，夾鉗40抵抗增加的力。這對推塊60施加了 彎曲力矩直至該推塊彈性形變，甚至更緊密匹配偏心裝置56的形狀，如圖6A至圖6D中的 連續的視圖所示。偏心裝置56和推塊60之間的不匹配的初始形狀被設定為適當地容納最 終偏轉，此處是推塊在偏心裝置56的最大拉伸力下的彈性形變，即在圖6D、7D和8D中示出 的凸輪的上止點位置。現在，隨著凸輪旋轉到其上止點位置並且對推塊60施加漸增的力，作為偏轉的結 果，推塊和偏心裝置之間的接觸表面積增加，這依次增加了沿該表面區域的摩擦，因而進一
12步防止凸輪從其擰緊位置鬆開或後退。該漸增的接觸面積允許凸輪和推塊二者處理較大的 力而不使任何元件經受塑性形變，如果發生塑性形變的話，將永久地毀壞該部件因而致使 千斤頂組件的無效性。當凸輪定位為施加最大的力時，如圖9所示凸輪表面的全部或實質 部分將與推塊接觸。推塊的回彈力和尺寸可以選擇為使得當推塊60完全偏轉時，推塊60實際將凸輪 50鎖緊在適當的位置處以防止凸輪50鬆開。此外，推塊可以被設計為當由於凸輪鎖定在適 當的位置處時推塊的鎖緊效應而使凸輪停止旋轉時將特定的預定的量的力施加到樣品夾 鉗40上。由於在偏心裝置側面出現的鎖緊效應，凸輪能夠旋轉的量變得受限。因此，本發 明的千斤頂組件對能夠由凸輪和推塊施加多大的力進行有效的自調節。此外，千斤頂組件 將凸輪鎖定在適當的位置處而無須像大多數常規的凸輪致動裝置一樣使凸輪旋轉「偏心自 鎖」從而將凸輪鎖定在適當的位置處。一旦完成試驗程序，使用扳手來反轉凸輪50的旋轉 因而鬆開凸輪，這依次去除了之前將推塊60和樣品夾鉗40固定在適當的位置處的力。說明性地，凸輪由三個直圓柱形成，並且其定尺寸為使得上圓柱54和下圓柱58以 及偏心裝置56的長度均為1"(大約2. 5cm)。與凸輪的中心線共軸的圓柱54、58中的每 一個具有的直徑均為.75"(大約1. 9cm)。偏心裝置56具有的直徑為.7"(大約1. 8cm) 並且其縱軸線(中心線)與兩個圓柱54、58的縱軸線(中心線)偏移.025"(大約.6mm)。 因此，偏心裝置提供凸輪的中心線的合成偏心距離為.05〃(大約1.3mm) 士.025〃。推 塊60的高度和厚度均為1"(大約2. 5cm)，長度為1.9"(大約4. 8cm)並且槽62的半徑 為.704"(大約1.788cm)。推塊和凸輪二者均由抗屈強度大約是183，000PSI ；彈性模數 是28600Ksi ；並且洛氏硬度(硬度RC)是44的17-4PH H900不鏽鋼製成。推塊60的設計可以按需要變化，以改變當力由偏心裝置施加到推塊上時出現的 偏轉的量。如圖11中所示的推塊60的可選擇實施例的側視圖，推塊70的厚度，特別是在 其中心部分並由標示為A的線之間的尺寸表示的厚度，可以變化以調節在負載下產生的偏 轉的量。通過減小中心部的厚度，增大的偏轉可能沿槽62出現。圖12描述了圖11所示的 推塊70的右上立體圖。此外，用於製造推塊的材料以及其彈性模數也可以變化以調節後續 偏轉的量。選擇材料以提供能夠在全負載下按需彎曲並且當去除負載時能夠返回到其初始 形狀的推塊。也可以通過施加到鉗口 27的峰值力、推塊的截面面積以及推塊的有效長度來 部分地控制推塊的設計選擇。儘管上述以及在附圖中說明的本發明的千斤頂組件具有合併到鉗口外殼20自身 的凸輪和推塊，千斤頂組件可以容易地製造為單獨的組件而凸輪和推塊二者都包含在位於 鉗口外殼中的單獨的外殼內，以便對相關聯的楔形夾鉗提供千斤頂力。這種方法很可能適 於為上述及在圖IA和圖IB中示出的常規螺旋式千斤頂組件構建直接的替換。儘管在此示出並相當詳細地描述了單個優選實施例以及在此使用的包含了本發 明的教導的部件的多種改進，本領域技術人員可以容易地設計出同樣合併了這些教導的多 種其它變化的實施例和改進。
權利要求
一種在材料試驗機中使用的裝置，所述裝置用於將樣品夾鉗(40)牢牢地保持在相對於鉗口外殼的固定位置處，所述裝置包括包含樣品夾鉗的鉗口外殼(20)，所述夾鉗具有與所述鉗口外殼的互補表面(26A，26B)滑動地鄰接的外表面(43A，43B)；以及凸輪千斤頂(30)，其位於所述鉗口外殼的內表面和所述樣品夾鉗的下側之間的空間內，其中所述凸輪千斤頂伸長以產生使樣品夾鉗的表面緊靠所述外殼的互補表面移動的機械力，從而將所述樣品夾鉗摩擦地鎖定在所述鉗口外殼中的固定位置處，所述凸輪千斤頂具有凸輪(50)，其具有偏心裝置(56)，所述偏心裝置(56)包括具有預定的提升速度的接觸表面，並且被定向為繞其縱軸線在所述鉗口外殼中旋轉運動；彈性推塊(60)，其鄰接所述偏心裝置，並具有預定形狀的表面，所述偏心裝置緊靠所述表面旋轉；並且其中，作為所述凸輪旋轉運動到預定的角位置的結果，所述偏心裝置使得所述推塊將所述機械力施加到所述樣品夾鉗上以將所述樣品夾鉗鎖定在固定位置處，並使彎曲力矩在所述推塊中出現，依次，這使得所述推塊的表面經受漸增的彈性形變，使得所述推塊的所述表面繞所述偏心裝置的所述接觸表面漸增地偏轉直至到達所述預定的角位置，從而防止所述凸輪旋轉離開所述預定角位置。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述預定的角位置是所述凸輪相對於所述推塊的上 止點旋轉位置。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述凸輪包括下圓柱(58)、所述偏心裝置以及上圓 柱(54)，所述上圓柱和下圓柱是直圓柱並且與所述凸輪的中心線共軸對準。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述偏心裝置包括直圓柱，所述直圓柱具有的中心 線從所述凸輪的中心線偏離預定距離。
5.如權利要求3所述的裝置，其中所述偏心裝置與所述凸輪共軸並具有預定的漸變輪廓。
6.如權利要求3所述的裝置，其中所述凸輪適於通過裝置的使用者人工旋轉進入所述 上止點位置。
7.如權利要求3所述的裝置，其中當沒有力通過所述偏心裝置施加到所述推塊上時， 所述推塊的表面包括具有基本呈圓形截面的槽(62)。
8.如權利要求7所述的裝置，其中當沒有力通過所述偏心裝置施加到所述推塊上時， 在所述推塊的表面和所述偏心裝置的接觸表面之間存在預定量的徑向間隙(63)。
9.如權利要求8所述的裝置，其中隨著所述凸輪旋轉進入所述預定的角位置，緊靠所 述偏心裝置的接觸表面的所述推塊的表面漸增地變形從而圍繞所述偏心裝置的接觸表面 彎曲並且符合所述偏心裝置的接觸表面直至到達所述上止點位置，在所述上止點位置處所 述推塊的表面符合所述偏心裝置的接觸表面並且緊靠所述接觸表面鎖緊，從而將所述凸輪 有效地鎖定在所述上止點位置處。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述推塊具有中心區域，所述中心區域具有相對於 所述推塊的兩端減小的厚度，從而當所述凸輪旋轉到所述上止點位置時，提供所述推塊的 所述表面緊靠所述偏心裝置的接觸表面的增大的偏轉。2
11.用於在材料試驗機中使用的凸輪千斤頂的裝置，所述裝置用於將樣品夾鉗(40)牢 牢地保持在相對於鉗口外殼的固定位置處，所述試驗機具有包含所述樣品夾鉗的鉗口外 殼(20)，所述夾鉗具有與所述鉗口外殼的互補表面(26A，26B)滑動地鄰接的外表面(43A， 43B)；以及凸輪千斤頂(30)，其位於所述鉗口外殼的內表面和所述樣品夾鉗的下側之間的 空間內，其中所述凸輪千斤頂伸長以產生使樣品夾鉗的表面緊靠所述外殼的互補表面移動 的機械力，從而將所述樣品夾鉗摩擦地鎖定在所述鉗口外殼中的固定位置處，所述凸輪千 斤頂包括凸輪(50)，其具有偏心裝置(56)，所述偏心裝置(56)包括具有預定的提升速度的接觸 表面，並且被定向為繞其縱軸線在所述鉗口外殼中旋轉運動；彈性推塊(60)，其鄰接所述偏心裝置，並具有預定形狀的表面，所述偏心裝置緊靠所述 表面旋轉；並且其中，作為所述凸輪旋轉運動到預定的角位置的結果，所述偏心裝置使得所述推塊將 所述機械力施加到所述樣品夾鉗上以將所述樣品夾鉗鎖定在固定位置處，並使彎曲力矩在 所述推塊中出現，依次，這使得所述推塊的表面經受漸增的彈性形變，使得所述推塊的所述 表面繞所述偏心裝置的所述接觸表面漸增地偏轉直至到達所述預定的角位置，從而防止所 述凸輪旋轉離開所述預定的角位置。
12.如權利要求11所述的裝置，其中所述預定的角位置是所述凸輪相對於所述推塊的 上止點旋轉位置。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述凸輪包括下圓柱(58)、所述偏心裝置以及上 圓柱(54)，所述上圓柱和下圓柱是直圓柱並且與所述凸輪的中心線共軸對準。
14.如權利要求13所述的裝置，其中所述偏心裝置包括直圓柱，所述直圓柱具有的中 心線從所述凸輪的中心線偏離預定距離。
15.如權利要求13所述的裝置，其中所述偏心裝置與所述凸輪共軸並具有預定的漸變 輪廓。
16.如權利要求13所述的裝置，其中所述凸輪適於通過裝置的使用者人工旋轉進入所 述上止點位置。
17.如權利要求13所述的裝置，其中當沒有力通過所述偏心裝置施加到所述推塊上 時，所述推塊的表面包括具有基本呈圓形截面的槽(62)。
18.如權利要求17所述的裝置，其中當沒有力通過所述偏心裝置施加到所述推塊上 時，在所述推塊的表面和所述偏心裝置的接觸表面之間存在預定量的徑向間隙(63)。
19.如權利要求18所述的裝置，其中隨著所述凸輪旋轉進入所述預定的角位置，緊靠 所述偏心裝置的接觸表面的所述推塊的表面漸增地變形從而繞所述偏心裝置的接觸表面 彎曲並且符合所述偏心裝置的接觸表面直至到達所述上止點位置，在所述上止點位置處所 述推塊的表面符合所述偏心裝置的接觸表面並且緊靠所述接觸表面鎖緊，從而將所述凸輪 有效地鎖定在所述上止點位置處。
20.如權利要求19所述的裝置，其中所述推塊具有中心區域，所述中心區域具有相對 於所述推塊的兩端減小的厚度，從而當所述凸輪旋轉到所述上止點位置時，提供所述推塊 的所述表面緊靠所述偏心裝置的接觸表面的增大的偏轉。
21.—種材料試驗機，其具有鉗口外殼，其包含樣品夾鉗(40)，用於將所述樣品夾鉗牢牢地保持在相對於所述鉗口 外殼的固定位置處，所述夾鉗具有與所述鉗口外殼的互補表面(26A，26B)滑動地鄰接的外 表面(43A，43B)；以及凸輪千斤頂(30)，其位於所述鉗口外殼的內表面和所述樣品夾鉗的下側之間的空間 內，其中所述凸輪千斤頂伸長以產生使樣品夾鉗的表面緊靠所述外殼的互補表面移動的機 械力，從而將所述樣品夾鉗摩擦地鎖定在所述鉗口外殼中的固定位置處，所述凸輪千斤頂 具有凸輪(50)，其具有偏心裝置(56)，所述偏心裝置(56)包括具有預定的提升速度的接觸 表面，並且被定向為繞其縱軸線在所述鉗口外殼中旋轉運動；彈性推塊(60)，其鄰接所述偏心裝置，並具有預定形狀的表面，所述偏心裝置緊靠所述 表面旋轉；並且其中，作為所述凸輪旋轉運動到預定的角位置的結果，所述偏心裝置使得所述推塊將 所述機械力施加到所述樣品夾鉗上以將所述樣品夾鉗鎖定在固定位置處，並使彎曲力矩在 所述推塊中出現，依次，這使得所述推塊的表面經受漸增的彈性形變，使得所述推塊的所述 表面繞所述偏心裝置的所述接觸表面漸增地偏轉直至到達所述預定的角位置，從而防止所 述凸輪旋轉離開所述預定的角位置。
22.如權利要求21所述的裝置，其中所述預定的角位置是所述凸輪相對於所述推塊的 上止點旋轉位置。
23.如權利要求22所述的裝置，其中所述凸輪包括下圓柱(58)、所述偏心裝置以及上 圓柱(54)，所述上圓柱和下圓柱是直圓柱並且與所述凸輪的中心線共軸對準。
24.如權利要求23所述的裝置，其中所述偏心裝置包括直圓柱，所述直圓柱具有的中 心線從所述凸輪的中心線偏離預定距離。
25.如權利要求23所述的裝置，其中所述偏心裝置與所述凸輪共軸並具有預定的漸變 輪廓。
26.如權利要求23所述的裝置，其中所述凸輪適於通過裝置的使用者人工旋轉進入所 述上止點位置。
27.如權利要求23所述的裝置，其中當沒有力通過所述偏心裝置施加到所述推塊上 時，所述推塊的表面包括具有基本呈圓形截面的槽(62)。
28.如權利要求27所述的裝置，其中當沒有力通過所述偏心裝置施加到所述推塊上 時，在所述推塊的表面和所述偏心裝置的接觸表面之間存在預定量的徑向間隙(63)。
29.如權利要求28所述的裝置，其中隨著所述凸輪旋轉進入所述預定的角位置，緊靠 所述偏心裝置的接觸表面的所述推塊的表面漸增地變形從而繞所述偏心裝置的接觸表面 彎曲並且符合所述偏心裝置的接觸表面直至到達所述上止點位置，在所述上止點位置處所 述推塊的表面符合所述偏心裝置的接觸表面並且緊靠所述接觸表面鎖緊，從而將所述凸輪 有效地鎖定在所述上止點位置處。
30.如權利要求29所述的裝置，其中所述推塊具有中心區域，所述中心區域具有相對 於所述推塊的兩端減小的厚度，從而當所述凸輪旋轉到所述上止點位置時，提供所述推塊 的所述表面緊靠所述偏心裝置的接觸表面的增大的偏轉。
31.一種在材料試驗機中使用的方法，所述材料試驗機具有鉗口外殼，其包含樣品夾鉗(40)，用於將所述樣品夾鉗牢牢地保持在相對於所述鉗口 外殼的固定位置處，所述夾鉗具有與所述鉗口外殼的互補表面(26A，26B)滑動地鄰接的外 表面(43A，43B)；以及凸輪千斤頂(30)，其位於所述鉗口外殼的內表面和所述樣品夾鉗的下側之間的空間 內，其中所述凸輪千斤頂伸長以產生使樣品夾鉗的表面緊靠所述外殼的互補表面移動的機 械力，從而將所述樣品夾鉗摩擦地鎖定在所述鉗口外殼中的固定位置處，所述凸輪千斤頂 具有凸輪(50)，其具有偏心裝置(56)，所述偏心裝置(56)包括具有預定的提升速度的接觸 表面，並且被定向為繞其縱軸線在所述鉗口外殼中旋轉運動；以及彈性推塊(60)，其鄰接所述偏心裝置，並具有預定形狀的表面，所述偏心裝置緊靠所述 表面旋轉，作為所述凸輪旋轉運動到預定的角位置的結果，所述偏心裝置使得所述推塊將 所述機械力施加到所述樣品夾鉗上以將所述樣品夾鉗鎖定在固定位置處，並使彎曲力矩在 所述推塊中出現，依次，這使得所述推塊的表面經受漸增的彈性形變，使得所述推塊的所述 表面繞所述偏心裝置的所述接觸表面漸增地偏轉直至到達所述預定的角位置，從而防止所 述凸輪旋轉離開所述預定的角位置；其中所述方法包括以下步驟使所述樣品夾鉗位於所述空間內，以使所述樣品夾鉗的外表面與所述鉗口外殼的互補 表面鄰接地接合；以及使所述凸輪從初始位置旋轉到預定的角位置，從而使所述推塊繞所述偏心裝置的所述 接觸表面偏轉，並將所述凸輪鎖定在所述預定的角位置處。
32.如權利要求31所述的方法，其中所述預定的角位置是所述凸輪相對於所述推塊的 上止點旋轉位置。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述旋轉步驟包括由所述材料試驗機的使用者執 行的以下步驟人工地使所述凸輪旋轉進入所述上止點位置。
全文摘要
本發明涉及一種在材料試驗系統中使用的千斤頂組件(30)，其使用凸輪(50)和彈性推塊(60)。具有漸變偏心裝置(56)的所述凸輪位於所述推塊和鉗口外殼之間，並局部地位於所述推塊和鉗口外殼中相應的淺槽內，以便兩個槽有效地跨騎所述凸輪。所述槽容納所述凸輪的軸向旋轉。所述推塊由具有適當的彈性模數的材料形成，以便彎曲力矩，特別是在所述推塊的端部並由所述偏心裝置到其上止點位置的軸向旋轉引起的，使得在所述推塊中的所述槽彈性形變並緊靠且環繞所述偏心裝置漸增並充分地彈性形變，因而漸增地鎖緊所述偏心裝置並將所述凸輪、推塊和樣品夾鉗牢牢地鎖定在它們適當的位置處。
文檔編號G01N3/04GK101883976SQ200880118647
公開日2010年11月10日 申請日期2008年11月21日 優先權日2007年11月30日
發明者諾曼·A·林德曼 申請人:動態系統公司