CN103674692A - 一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料力学性能测试用的夹具，涉及一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具。本发明可以提高三、四点弯曲测试效率，特别是显著提高四点弯曲测试效率。在满足国内外测试标准的前提下，通过采取夹具通用化、变速调节跨距、数显跨距、支座设置标尺和双向对中五种技术措施提高试验准备工作的效率。一套夹具就可完成三、四点弯曲试验，消除了夹具更换时间，三点弯曲试验时，先让上夹具的两个压头座接触，然后安装合适的压头即可。

Description

一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具

技术领域

本发明属于材料力学性能测试用的夹具，涉及一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具。

背景技术

复合材料的弯曲性能可用于质量控制与制定规范、并可能用于设计。在复合材料研发、出厂检验和入厂复验时都需要进行弯曲性能测试，按加载方式的不同，分为三点弯曲和四点弯曲，试样中的应力状态不同可能导致结果的差异。从应力状态的观点来看，四点弯曲更可取。在国内外复合材料力学性能测试中，两种方法均大量采用，但因三点弯曲更容易进行，故应用更多。

测试弯曲性能时，试验人员需要根据试样厚度计算并调节测试夹具的跨距。在实际操作过程中，需要先调节跨距，再测量跨距，往往需要重复多次才能达到测试标准规定的精度。现有的弯曲测试夹具，通常只能测试三点弯曲或四点弯曲性能，不能通用，还存在以下问题：一般需要先后调节各支座（或压头）的位置，即使能够同时调节两个支座（或压头）位置，也不能实现变速调节；安置试样时不好定位；不能数字化显示跨距的。因此，测试效率较低。

发明内容

本发明的目的是提出一种夹具跨距调节快、定位准确、试样定位容易、测量跨距方便的一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具。本发明的技术解决方案是，夹具由上夹具和下夹具组成，

（一）上夹具

上夹具包括：调整平台、跨距调节装置、跨距测量装置、组合压头。

所述调整平台包括前后调节板和左右调节板，左右调节板的上表面设有一个滑轨，底板下表面通过滑轨与左右调节板配合，前后调节板的上表面设有滑轨，左右调节板通过该滑轨与前后调节板配合；跨距调节装置包括手柄、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、丝杠支架、滑动块、丝杠螺母、丝杠、挡板、导轨、齿轮箱和锁紧螺栓，导轨与底板上表面通过螺栓连接，底版的两个侧面通过螺栓与两个挡板连接，导轨的上表面垂直安装两个丝杠支架，滑动块与丝杠螺母通过螺栓连接，两丝杠螺母分别安装在丝杠两侧，丝杠的中部留有1-20mm的退刀槽，退刀槽的一侧为左旋螺纹，另一侧为右旋螺纹，丝杠两端分别穿过两丝杠支架，其中一端延伸至齿轮箱内，并与齿轮箱内的第一齿轮和第二齿轮通过销钉连接，齿轮箱内的第三齿轮和第四齿轮通过销钉与手柄轴连接,第一齿轮与第三齿轮及第二齿轮与第四齿轮的传动比为1～20；齿轮箱与挡板通过螺栓连接；跨距测量装置为带数显功能的标尺，标尺的固定端与左压头底连接，标尺的自由端与右压头底连接；组合包括压头底和压头，两个组合压头分别安装在两个丝杠螺母的下表面，压头与压头底通过螺栓连接；

（二）下夹具

下夹具包括：调整平台、跨距调节装置、跨距测量装置、组合支座。

所述调整平台包括前后调节板和左右调节板，左右调节板的上表面设有一个滑轨，底板下表面通过滑轨与左右调节板配合，前后调节板的上表面设有滑轨，左右调节板通过该滑轨与前后调节板配合；跨距调节装置包括手柄、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、丝杠支架、滑动块、丝杠螺母、丝杠、挡板、导轨、齿轮箱和锁紧螺栓，导轨与底板上表面通过螺栓连接，底版的两个侧面通过螺栓与两个挡板连接，导轨的上表面垂直安装两个丝杠支架，滑动块与丝杠螺母通过螺栓连接，两丝杠螺母分别安装在丝杠两侧，丝杠的中部留有1-20mm的退刀槽，退刀槽的一侧为左旋螺纹，另一侧为右旋螺纹，丝杠两端分别穿过两丝杠支架，其中一端延伸至齿轮箱内，并与齿轮箱内的第一齿轮和第二齿轮通过销钉连接，齿轮箱内的第三齿轮和第四齿轮通过销钉与手柄轴连接,第一齿轮与第三齿轮及第二齿轮与第四齿轮的传动比为1～20；齿轮箱与挡板通过螺栓连接；跨距测量装置为带数显功能的标尺，标尺的固定端与左支座底连接，标尺的自由端与右支座底连接；组合支座包括支座底和支座，支座与支座底通过螺栓连接，支座的外侧设有标度尺。

所述的跨距测量装置为带数显功能的标尺，标尺为容栅尺、磁栅尺或光栅尺。

所述的丝杠左、右旋螺纹间设置的退刀槽，其宽度范围为1-20mm。

所述的齿轮箱设置在丝杠的一端或两端。

所述的两个组合压头的压头底接触，两个压头底的下端安装一个压头。

本发明具有的优点和有益效果，

本发明可以提高三、四点弯曲测试效率，特别是显著提高四点弯曲测试效率。在满足国内外测试标准的前提下，通过采取夹具通用化、变速调节跨距、数显跨距、支座设置标尺和双向对中五种技术措施提高试验准备工作的效率。一套夹具就可完成三、四点弯曲试验，消除了夹具更换时间，三点弯曲试验时，先让上夹具的两个压头座接触，然后安装合适的压头即可。此外，该夹具也可用于复合材料层间剪切及夹层结构长梁弯曲性能测试；利用齿轮传动变速调节跨距，先粗调，后精调。粗调采用大传动比齿轮组，加快调节速度，提高效率，精调采用小传动比齿轮组，提高调节精度；传统的夹具进行跨距调节时，需要先设置跨距，再测量跨距，往往要反复多次才能得到满足精度要求的跨距，本发明可数字化实时显示跨距，使跨距调节一步到位；支座侧面设有长度刻度，替代了传统的限位销，无需预先安置限位销，从而使试样安置更加快捷；传统夹具只有支座能够沿单方向调整，本发明夹具的上、下夹具调整平台可沿两个相互垂直的方向调整和定位，确保加载线、压头和支座的对中要求，避免不对中对测试数据造成的不利影响，保证数据质量。

本发明夹具可显著提高四点弯曲的测试效率。对于高强中模碳纤维（如T700H，T800）增强的树脂基复合材料，采用三点弯曲方法时，破坏往往发生在压头下方的受压面上，导致弯曲强度严重偏低，数据分散性大，无法获得真实的性能值，而四点弯曲方法则可以很好避免上述问题的发生，提供相对稳定和真实的性能值。本发明解决了跨距调节繁琐难题，使四点弯曲测试过程简便易行，可以实现四点弯曲性能的大批量测试。

附图说明

图1是本发明上夹具或下夹具总体结构示意图（不带跨距测量装置）；

图2是本发明上夹具或下夹具俯视图（带跨距测量装置）；

图3是图1中A-A剖面图

具体实施方式

为了解决上述存在的技术问题，本发明通过下述技术方案予以实现。

一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具，由上夹具和下夹具组成，上夹具和下夹具结构形式相同。上夹具包括：调整平台、跨距调节装置、跨距测量装置、组合压头，下夹具包括：调整平台、跨距调节装置、跨距测量装置、组合支座。

跨距调节装置包括手柄1、齿轮2、齿轮3、齿轮10、齿轮11、丝杠支架4、滑动块5、丝杠螺母8、丝杠9、挡板12、导轨14、齿轮箱19、锁紧螺栓18和手柄轴20；调整平台包括底板13、前后调节板15和左右调节板16；组合压头(或组合支座)包括压头（或支座）6和压头底（或支座底）7；跨距测量装置的主体是标尺17。

下面结合附图1、附图2和附图3对本发明作进一步描述。

在进行复合材料三、四点弯曲试验前，先安装上夹具和下夹具。对上夹具，先用螺栓将预制螺纹孔的前后调节板15安装在试验机上端的连接装置上，选择测试方法规定的压头6，用螺栓将其固定在压头底7上。调节前后调节板15，使其前后滑动，确保在前后方向上，压头加载中心线与试验机加载线重合，然后拧紧螺栓使前后调节板15固定。调节左右调节板16，使其左右滑动，确保在左右方向上，压头加载中心线与试验机加载线重合，然后拧紧螺栓使左右调节板16固定。下夹具的安装过程与上夹具相同，不再赘述。

调节跨距时，对三点弯曲测试，拉动手柄轴20，使齿轮10和齿轮2啮合，摇动手柄1，手柄1带动手柄轴20和齿轮箱19内的齿轮3转动，齿轮3与丝杠上的齿轮2配合，可加速丝杠9转动，进而加快两个丝杠螺母8的相向或背向移动，实现粗调，当两压头底接近时，向前推动手柄轴20，使齿轮3和齿轮11啮合，摇动手柄1，可减速或等速调节跨距，实现精调，直至两压头底7接触，选择测试方法规定的压头21，用螺栓将其固定在两个压头底7上。对四点弯曲测试，先选择测试方法规定的压头6，用螺栓将其固定在两个压头底7上。跨距测量装置17的固定端与压头底7连接，自由端与两一个压头底连接；利用上述方法使两个压头接触后，打开数显表并清零，根据数显表的读数，先粗调后精调跨距至合适位置。旋转锁紧螺栓18，防止测试时丝杠9转动并消除间隙。下夹具的调节参照上述过程，调整完毕后，将试样安置在支座6上，根据支座侧面的刻度线对其定位，完毕即可开始试验。

Claims (5)

1.一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具，其特征是，夹具由上夹具和下夹具组成：

（一）上夹具

上夹具包括：调整平台、跨距调节装置、跨距测量装置、组合压头，

所述调整平台包括底板、前后调节板和左右调节板，左右调节板的上表面设有一个滑轨，底板下表面通过滑轨与左右调节板配合，前后调节板的上表面设有滑轨，左右调节板通过该滑轨与前后调节板配合；跨距调节装置包括手柄、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、丝杠支架、滑动块、丝杠螺母、丝杠、挡板、导轨、齿轮箱和锁紧螺栓，导轨与底板上表面通过螺栓连接，底版的两个侧面通过螺栓与两个挡板连接，导轨的上表面垂直安装两个丝杠支架，滑动块与丝杠螺母通过螺栓连接，两丝杠螺母分别安装在丝杠两侧，丝杠的中部留有1-20mm的退刀槽，退刀槽的一侧为左旋螺纹，另一侧为右旋螺纹，丝杠两端分别穿过两丝杠支架，其中一端延伸至齿轮箱内，并与齿轮箱内的第一齿轮和第二齿轮通过销钉连接，齿轮箱内的第三齿轮和第四齿轮通过销钉与手柄轴连接,第一齿轮与第三齿轮及第二齿轮与第四齿轮的传动比为1～20；齿轮箱与挡板通过螺栓连接；跨距测量装置为带数显功能的标尺，标尺的固定端与左压头底连接，标尺的自由端与右压头底连接；组合压头包括压头底和压头，两个组合压头分别安装在两个丝杠螺母的下表面，压头与压头底通过螺栓连接；

（二）下夹具

下夹具包括：调整平台、跨距调节装置、跨距测量装置、组合支座，

所述调整平台包括前后调节板和左右调节板，左右调节板的上表面设有一个滑轨，底板下表面通过滑轨与左右调节板配合，前后调节板的上表面设有滑轨，左右调节板通过该滑轨与前后调节板配合；跨距调节装置包括手柄、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、丝杠支架、滑动块、丝杠螺母、丝杠、挡板、导轨、齿轮箱和锁紧螺栓，导轨与底板上表面通过螺栓连接，底版的两个侧面通过螺栓与两个挡板连接，导轨的上表面垂直安装两个丝杠支架，滑动块与丝杠螺母通过螺栓连接，两丝杠螺母分别安装在丝杠两侧，丝杠的中部留有1-20mm的退刀槽，退刀槽的一侧为左旋螺纹，另一侧为右旋螺纹，丝杠两端分别穿过两丝杠支架，其中一端延伸至齿轮箱内，并与齿轮箱内的第一齿轮和第二齿轮通过销钉连接，齿轮箱内的第三齿轮和第四齿轮通过销钉与手柄轴连接,第一齿轮与第三齿轮及第二齿轮与第四齿轮的传动比为1～20；齿轮箱与挡板通过螺栓连接；跨距测量装置为带数显功能的标尺，标尺的固定端与左支座底连接，标尺的自由端与右支座底连接；组合支座包括支座底和支座，支座与支座底通过螺栓连接，支座的外侧设有标度尺。

2.根据权利要求1所述的一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具，其特征是，所述的跨距测量装置为带数显功能的标尺，标尺为容栅尺、磁栅尺或光栅尺。

3.根据权利要求1所述的一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具，其特征在于，所述的丝杠左、右旋螺纹间设置的退刀槽，其宽度范围为1-20mm。

4.根据权利要求1所述的一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具，其特征在于，所述的齿轮箱设置在丝杠的一端或两端。

5.根据权利要求1所述的一种材料三、四点弯曲性能测试通用夹具，其特征在于，所述的两个组合压头的压头底接触，两个压头底的下端安装一个压头。

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