CN103712854B - 一种基于杠杆原理的多功能材料试验夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于杠杆原理的多功能材料试验夹具，包括主箱体400、分置在主箱体400内两侧的试样夹持机构100和夹持力调整机构200、以及连接在主箱体与试验机主轴形成联接的转接法兰300，夹持力调整机构通过杠杆翘板204将弹簧上的力传递到夹块上。本发明试验夹具可判读大小的夹持力，夹持力可调节范围足够大，适应不同种类的材料的夹持,可在温湿环境箱中方便地使用。本发明试验夹具的夹持力不会因试样本身的微小变形而迅速变小，可有效防止试验过程中试样滑脱的现象。适用于不同类型的试样，用于单轴或多轴拉压循环试验、扭转试验、松弛试验，且具有结构简单，功能齐全，加工方便，经济适用等优点。

Description

一种基于杠杆原理的多功能材料试验夹具

技术领域

本发明属于材料试验机夹持试样的夹具相关领域。

背景技术

为了考虑材料在不同温度和湿度环境下的力学性能，通常需要将材料试样置于一个密闭的可以调节温度和湿度的环境箱中进行测试。这样的试验环境必须寻找一种有异于常规试验的新型夹具，即需要一种结构紧凑功能多样的夹具。通常室温环境下的试验一般采用试验机自带的液压夹具，液压夹具具有良好的对中性和可调压力等优点，但是该类夹具体积比较大并需要连接很多液压油管，很难将其置于一个密闭的温湿环境箱中。即使能够将液压夹具置于环境箱中，也由于其体积较大，影响环境箱中空气的对流，从而影响温度场和湿度场的均匀性。并且液压夹具不宜置于高温中使用。目前也有各类机械式夹具，大多使用螺纹紧固的原理，该类夹具具有可以置于环境箱中且简单易用的优点。但是该类夹具的一个普遍缺点是不能判断所施加的夹持力的大小，当夹持比较软的高分子材料或生物材料试样的时候，容易将试样夹坏或夹不紧。高分子材料在高温下做蠕变或循环试验时，通常一个试验需要几个小时，试样的被夹持端会出现蠕变流动变扁或变细，对于普通机械式夹具来说，这样的变形将导致夹持力突降以致试样滑脱。另外普通机械式夹具能够夹持的试样类型比较单一，导致做不同试验需要加工或购买不同的夹具，大大增加了试验成本。由于通常所做的试验很少考虑湿度的影响，所以普通的机械式夹具生产时大多用的是普通的碳钢。当进行高湿度试验时容易该类夹具容易生锈。本发明旨在解决上述液压夹具或普通机械式夹具，在高温高湿环境下存在的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的是构造一种基于杠杆原理的多功能材料试验夹具，使之克服现有技术的以上缺点。

本发明的目的是通过如下的设计实现的。

一种基于杠杆原理的多功能材料试验夹具，其特征在于，包括主箱体400、分置在主箱体内腔两侧的试样夹持机构100和夹持力调整机构200、以及连接在主箱体与试验机主轴形成联接的转接法兰300；试样夹持机构100由增压板106、杠杆垫板103以及设置在增压板106和杠杆垫板103间的双楔夹块副107和108构成，两个对中螺栓116和两个预紧螺栓114对称地设置在双楔夹块副两侧的增压板106和杠杆垫板103上；夹持力调整机构200具有弹簧盖板205，在弹簧盖板205与杠杆垫板103之间设置有多个弹簧机构213；各弹簧机构由固连在杠杆垫板103上的螺杆、套置在各螺杆上的弹簧、以及将螺杆固定在弹簧盖板205上的螺帽构成；支点远端传力螺栓210穿过弹簧盖板205和杠杆垫板103后通过增压螺母217与杠杆翘板204的一端联接，杠杆翘板204的另一端与支点近端传力螺栓215的一端联接；支点近端传力螺栓215的另一端联接在增压板106上；杠杆翘板204的支点凸缘216支撑在杠杆垫板103上，支点凸缘216至支点远端传力螺栓210的距离远大于其至支点近端传力螺栓215的距离。

本发明的工作原理可结合附图看出，当拧紧增压螺母217时，支点远端传力螺栓210带动弹簧盖板205压缩弹簧，从而支点远端传力螺栓上有一个轴向的拉力，其大小等于所有被压缩的弹簧的弹力之和（图3中的力F₁），在已知弹簧刚度的条件下可以计算该力的大小。主箱体具有可使双楔夹块副107和108在其上滑动的凸形导槽419，双楔夹块副107和108的四个夹块可以在槽内滑动，四个即两个外层夹块和两个内层夹块，内层夹块与外层夹块之间通过一个倾斜面紧密贴合，因为该斜面的存在，使得夹紧试样时内层夹块下压，外层夹块上升，从而夹块与主箱体的凸形导槽紧密结合，使得用该夹具做拉压循环试验的时候不会出现当轴力反向时因夹具的间隙导致应力应变曲线突变的现象。内层夹块可以方便的更换，使得该夹具能够夹持多种形状的试样，所夹试样的尺寸不同可以调节对中螺栓和预紧螺栓，使得夹块夹紧试样时试样的中心刚好与夹具的中心重合，从而实现适用于多种尺寸的试样目的。

转接法兰300可将本发明夹具连接在不同的试验机上。

与现有技术相比，本发明夹具具有明显的优点，能够：

1，在温湿环境箱中方便地使用；

2，提供一个可判读大小的夹持力，可提供的夹持力的大小的范围足够大，适应不同种类的材料的夹持；

3，提供的夹持力不会因试样本身的微小变形而迅速变小，有效防止试验过程中试样滑脱的现象；

4，有易更换的夹块，适用于不同类型的试样；

5，用于单轴或多轴拉压循环试验、扭转试验、松弛试验。

本发明所有主要部件用不锈钢加工而成，有效防止高湿环境下的生锈问题，而且整个夹具结构非常紧凑，解决了在狭小的环境箱中使用的问题。

使用时，利用夹具主箱体400的空腔装上多根弹簧，并用一个弹簧盖板205和起到杠杆作用的杠杆翘板204将所有弹簧上的力放大后施加在夹块上，从而可以通过观察弹簧盖板在主箱体中的位置判断弹簧被压缩的量，结合弹簧的刚度和杠杆的放大比就可算出施加在试样上的夹持力的大小。假设有五根弹簧，每根弹簧上的极限弹力为200N，杠杆的放大系数为8，那么施加在夹块上的极限压力可达到8000N。通过调节增压螺母217可以调节弹簧的被压缩量，即可改变弹力大小，从而可以给试样提供从0N到8000N范围内的任意一个夹持压力值。当试样有微小的变形时，弹簧也有相应的微小变形，但是弹簧的微小变形不会使其弹力突降，从而保持了适当的夹持力，有效防止试样的滑脱。

附图说明：

图1为本发明夹具的结构装配示意爆炸视图。

图2为本发明夹具用于试验时夹持试样的示意图。

图3为图2的A-A剖面图。

图4为夹持力调整机构的构成示意图。

图5为夹持力调整机构力的传递原理图。

图6为拆除夹持力调整机构之后的夹具主体构成示意图。

图7为试验过程中轴力和扭矩的传递示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的结构作进一步的详述。

图1通过爆炸视图的方式，给出了各个部件的装配关系图。其中(c)为装配好的夹具整体示意图；图1(b)为展示个部件相对位置关系的正等测爆炸视图，图1(a)和图1(d)分别为图1(b)的右视图和俯视图。

图2是用一对本发明的夹具夹持试样的示意图。

图3通过剖面图的方式展示了图(2)的内部结构。

图4给出了夹持力调整机构200的构成方式。

图5给出了夹持力调整机构200的工作原理示意图，其中F为每根弹簧上的力的大小，F₁等于所有弹簧的弹力大小之和，F₃为力F₁经过杠杆放大之后的力，该力等于加到夹块上的力。F₂是杠杆支座反力，其大小等于F₁与F₃的大小之和。

图6单独给出了夹具主体部分由主箱体400和转接法兰300和内外两副夹块108和107构成。

图7表明试验过程中试样上的力直接通过主箱体400传递到法兰300上，N和M分别表示轴力和扭矩。

具体实施方式

如图3所示，用一对本发明夹具夹持试样置于环境箱中，通过转接法兰300与MTS材料试验机相连。装试样时，先根据试样的厚度调节对中螺栓116使得试样的中心与夹具的中心重合，然后轻轻拧预紧螺栓114将夹块紧贴试样，最后用扳手拧加压螺母217得到合适的夹持力。试验做完后，用扳手松开增压螺母217即可将夹具松开，将试样取出。

Claims (2)

1.一种基于杠杆原理的多功能材料试验夹具，其特征在于，包括主箱体(400)、分置在主箱体内腔两侧的试样夹持机构(100)和夹持力调整机构(200)、以及连接在主箱体与试验机主轴形成联接的转接法兰(300)；试样夹持机构(100)由增压板(106)、杠杆垫板(103)以及设置在增压板和杠杆垫板间的双楔夹块副(107和108)构成，两个对中螺栓和两个预紧螺栓对称地设置在双楔夹块副两侧的杠杆垫板和增压板上，其中，两个对中螺栓位于杠杆垫板上,两个预紧螺栓位于增压板上；夹持力调整机构(200)具有弹簧盖板(205)，在弹簧盖板(205)与杠杆垫板(103)之间设置有多个弹簧机构(213)；各弹簧机构由固连在杠杆垫板(103)上的螺杆、套置在各螺杆上的弹簧、以及将螺杆固定在弹簧盖板(205)上的螺帽构成；支点远端传力螺栓(210)穿过弹簧盖板(205)和杠杆垫板(103)后通过增压螺母(217)与杠杆翘板(204)的一端联接，杠杆翘板(204)的另一端与支点近端传力螺栓(215)的一端联接；支点近端传力螺栓的另一端联接在增压板(106)上；杠杆翘板(204)的支点凸缘(216)支撑在杠杆垫板(103)上，支点凸缘(216)至支点远端传力螺栓(210)的距离远大于其至支点近端传力螺栓(215)的距离。

2.根据权利要求1所述之基于杠杆原理的多功能材料试验夹具，其特征在于，所述主箱体具有可使双楔夹块副(107和108)在其上滑动的凸形导槽(419)。