1.气动夹具分析
在金属材料拉伸力学性能测试时，准确的试验数据和试验结果取决于夹具对试样可靠的夹持方式［1］。为实现夹具夹持牢靠、减小夹块与试样打滑，拉伸试验中广泛使用斜楔式夹紧方式，利用斜面移动时所产生的推力实现夹紧试样，图 1 所示为手动式楔形夹具结构简图。手动楔形夹具具有初始夹紧力小、夹持力随着试样所受拉伸力的增加而增大的特点，能有效避免试样打滑现象，故在材料拉伸试验中得到广泛应用［2］。在手动式楔形夹具夹持试样过程中，对夹块施加一个轴向推力，在此推力的作用下，夹块沿轴向运动，进而对试样施加夹紧力。手动式楔形夹具通过夹块上下运动来调整试样安装空间，调整范围小，试样尺寸系列差别较大时需频繁更换夹块。同时，夹块轴向运动夹紧试样时，会对试样产生一个轴向附加力，使试样在试验开始之前就承受外力，这影响了试验数据的准确性。随着试样材料以及
试验方法的不同，影响程度也不相同，但严重时，附加轴向力能够对试样内部组织结构造成破坏，使试验数据不准确，对试验结果的危害非常大［3］。而且，这种手动式楔形夹具夹紧缓慢，影响生产效率。本文对材料试验机手动楔形夹具的不足进行分析，研制出一种气动平推式楔形夹具。
2. 气动平推楔形夹具结构
气动平推楔形夹具夹紧机构仍然采用楔形结构，继承了斜楔式夹具夹持力可以随着试样所受拉伸力的增加而增大，能有效避免试样打滑，对试样实施夹紧可靠的特点。在夹紧方式上，
气动平推式楔形夹具对试样平移夹紧，操作简单方便。相比楔形夹具，夹持范围大，而且楔块对试样平移夹紧没有轴向附加力，结构示意图如图 2 所示。
将此夹具应用在拉伸试验机上，在拉伸试验中，首先将试件夹紧在上夹头内，再将下夹头移动到试验机合适的位置，然后夹紧试件下端［4］，最后施加试验力，完成拉伸试验。该夹具主要包括驱动单元、传动机构、夹紧机构及夹具体等零部件。夹紧力由驱动单元即气动马达提供，传动机构及夹紧机构在夹具体内对称布置，将驱动单元与夹紧机构通过传动机构相连，将动力传递给夹紧机构，使夹紧机构在夹具体内分别向中间或两端平移运动，实现试样的夹紧与放松。
2. 1 气动平推楔形夹具夹紧机构
气动平推楔形夹具夹紧机构包括楔块及楔块体，楔块通过定位销、锁紧销、锁紧销 2、螺纹销及压缩弹簧紧贴在楔块体上，如图 3 所示。楔块体上开槽，螺纹销、压缩弹簧、锁紧销及锁紧销 2 均顺序布置在槽内，螺纹销与压缩弹簧、压缩弹簧与锁紧销之间面接触，并且确保锁紧销与螺纹销之间不接触，保留足够间隙，以缓冲试样断裂瞬间夹块受到的冲击。锁紧销及锁紧销 2 之间锥面接触，锁紧销2 与楔块螺纹连接，螺纹销与楔块体螺纹连接。试验时，通过旋紧螺纹销推动压缩弹簧，进一步推动锁紧销压紧锁紧销 2，使楔块紧贴在楔块体上。
为实现气动平推楔形夹具平移夹紧功能，并确保夹紧装置能在传递较大的夹紧力时不至发生破坏，必须找到一种高刚度、且可将旋转运动转换为直线运动的元件来将力传递到夹块上。由于试样在被夹紧的过程中两端夹块相向运动所需的直线位移很小，因此该元件应具有在短距离直线运动中可保持高精度的特点。为了避免夹紧过程中夹紧速度过快对试样产生的冲击，因此该元件还应具有保持低速传动的能力。另外，气动平推楔形夹具夹紧试样后，气动马达停止旋转，所以该元件还应具有自锁的能力，使试样在进行拉伸试验时，始终保持夹紧的状态。基于以上原因，本文采用梯形丝杠螺母副作为夹紧装置的传动元件，通过此传动元件
将传动机构传递过来的力和运动传递给夹块，实现对试样的夹紧与放松。
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