受拉构件的等强度夹持原理

夹持或锚固是机械工程和结构工程中一种对受拉构件进行约束的常见方式,是一种借助摩擦力对受拉构件的位置或运动进行限制、固定的形式。研究夹持段的强度并保证夹持有效,对机构或结构的正常工作是至关重要的。从一般拉伸构件工作的夹持条件出发,依据工作过程中夹持压力、摩擦特性、夹持段的几何尺寸等因素之间约束关系建立夹持段的力学模型。借助模型和摩擦极限状态的平衡原理、材料的等强度原理,导出脆性材料、塑性材料的夹持段的断面几何尺寸、夹持压力、工作轴力之间的微分方程。讨论不同形式的边界条件,给出圆断面与矩形断面受拉构件在不同条件下的夹持压力分布、断面分布以及夹持段长度的计算表达。

拉伸试验的夹持原理

针对常见的延性金属拉伸实验的柱面试样,通过进行拉伸试样的受力和失效形式分析,导出拉伸试验时试样夹持段和夹具必须满足的基本条件,并结合实际试样的两种典型的拉伸试验,材料屈服强度试验和极限强度试验,给出了初始预紧压力、系统摩擦特性参数和试样的几何尺寸、材料性能参数之间必须满足的制约关系。目的是建立夹持原理的确定性分析模型,为试验标准制定、试验设备和试样的设计、试验操作提供依据。同时,为随机分析做前期准备。

三爪卡盘机构及其夹紧力模型分析

三爪卡盘的夹紧可靠特性和夹紧力大小与其机构及结构参数有关。通过对三爪卡盘机构组成、传动原理及夹持特性的分析,分别采用几何法和数值计算法来建立端面螺纹的几何模型、螺旋线方程和夹持力模型,研究影响卡盘夹紧力与夹持可靠性的结构因素和相关参数,探讨其关键问题。结果表明,利用阿基米德螺旋线的等速性设计卡盘机构的三爪来实现对工件的自定心夹紧在理论上具有合理性;低速和高速卡盘夹紧力的计算分别按静态力和动态静力平衡法建立模型比较可靠,夹持可靠性的关键是满足自锁条件,即螺旋升角小于最小摩擦角(λ<φmin),螺旋副导程与螺纹直径之比应满足S/d<πμmin;卡盘结构参数对夹紧力影响相对较小,高速时的惯性力使卡盘的实际夹紧力减小、可靠性降低。改善螺旋副表面质量和润滑条件可增大夹紧力,适当增大预夹紧力可减小惯性力的影响和提高夹持可靠性。