CN112067431B - 一种自对中夹层结构侧向压缩试验夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料测试领域，具体涉及一种自对中夹层结构侧向压缩试验夹持装置。本发明的夹持装置，包括横向夹持组件20、纵向夹持组件30和上端夹持组件50，具有自动中功能且可以方便快捷地进行安装的试验装置对于夹层结构的侧向压缩试验非常有意义，可以在提升试验效率的同时大幅降低试验误差。

Description

一种自对中夹层结构侧向压缩试验夹持装置

技术领域

本发明属于材料测试领域，具体涉及一种自对中夹层结构侧向压缩试验夹持装置，用于测量夹层结构侧向压缩性能的试验夹持装置。

背景技术

夹层结构的压缩试验，主要用于测定夹层结构材料在沿夹层结构平面方向(即侧向)压缩载荷下的压缩强度。夹层结构侧向压缩强度既可用于结构设计也可用于制定材料规范。目前国内的侧向压缩试验标准主要有GB/T 1454-2005、GJB 130.10-1986和QJ 1124-1987，国外主要有ASTM C364。以上试验方法标准，其试验原理均是相同的，即：夹层结构经受沿夹层平面方向单调增加的压缩载荷，通过夹持端或粘贴在端部的支持块将力传递到夹层面板上，以测定夹层结构的性能。目前最常见的一种侧向压缩平台是侧向压缩试验要求试验件上下两端的两个压缩平台中试验件下端的平台为为固定平台，试验件上端的平台为万向球面平台。试验件夹持装置包括上下两部分，对应分别与上下两个平台固定连接，每部分均包括一个U型的钢板、两个方条形的夹板和两个用于紧定夹板的螺钉，扭紧螺钉可以使夹板夹紧试验件的上下两端

侧向压缩试验方法由于上压缩平台为球形万向压缩平台，因此对试验件在压缩平台中安装位置的对中度要求较高。如果试验件没有位于压缩平台的正中，考虑到球形平台的不稳定形，在试验加载过程中，很容易出现加载偏心，试验件的弯曲百分比过大，导致所测定的试验件压缩强度误差较大。因此如何保障试验件安装的对中度对于本试验的结果影响很大。为了使得试验件尽可能的对中安装，过去的做法是：通过卡尺测量的方式，保证试验件安装在试验件夹持装置的正中，然后在下压缩平台上划线或者安装限位条，以保证试验件夹持装置可以放置在压缩平台的正中，通过以上两步来保障试验的对中性。

过去的这种方法一方面安装效率低，需要不断的用卡尺测量调整，特别是当所测试的试验件厚度变化较大时，不但需要调整试验件在试验夹持装置中的位置，还需要调整压缩平台上的划线或限位条位置，以适应试验件厚度的变化；而且由于主要靠人工测量来保障试验的对中度，试验误差也较大。因此非常必要改变现在的夹层结构试验装置。

发明内容

本发明的目的：提供一种用于测量夹层结构侧向压缩性能的试验夹持装置，可以在压缩平台所在的平面内，以方便快捷的方式为待测试验件提供两个方向的对中约束，保障试验件的中轴线与试验机加载轴线重合，降低试验误差。

本发明设计一种具有自动中功能且可以方便快捷地进行安装的试验装置对于夹层结构的侧向压缩试验非常有意义，可以在提升试验效率的同时大幅降低试验误差。

本发明的技术方案：提供一种自对中夹层结构侧向压缩试验夹持装置，所述夹持装置包括横向夹持组件20、纵向夹持组件30和上端夹持组件50；试验时，上端夹持组件50与球形万向压缩平台1接触，上端夹持组件50用于夹持试验件的上端；

横向夹持组件20的下端与试验机的固定压缩平台连接；横向夹持组件20包括两个横向夹持支座201、两端螺纹旋向相反的丝杠202和丝杠位置调节件203；

所述丝杠位置调节件203的底端与固定压缩平台连接，顶端支撑试验件5；两个横向夹持支座201位于试验件5的横向两侧；丝杠202的中部穿设于丝杠位置调节件203并与丝杠位置调节件203滑动连接，调整丝杠位置调节件203的位置，以调整丝杠中心的位置；丝杠202的两端穿设于所述横向夹持支座201并与横向夹持支座201螺纹连接；旋转丝杆202带动试验件两侧的横向夹持支座201在试验件横向方向对中夹持试验件；

纵向夹持组件30与横向夹持组件的上端连接；纵向夹持组件30包括两个纵向夹持支座301、至少两个偏心轮302、两个相互啮合的齿轮303和两个连杆304；

所述纵向夹持支座301与横向夹持支座201连接，并位于试验件5的横向两侧；至少两个偏心轮302分别位于试验件的纵向两侧，并对应分别与两个连杆304连接；两个连杆304的端部分别穿设于两个纵向夹持支座301，且两个连杆的同一端分别与齿轮303连接；齿轮303传动，带动两个偏心轮302等角度反向旋转，以在试验件宽度方向对中夹持试验件。

进一步地，所述横向夹持组件20还包括内螺纹旋向相反的两个螺纹套筒204，螺纹套筒204套设于丝杠202的两端，并分与两个横向夹持支座201固定连接；螺纹套筒204穿设于两个横向夹持支座201。

进一步地，所述横向夹持组件20还包括平面底座205，丝杠位置调节件203的底端与平面底座205连接；平面底座205与固定压缩平台连接。

进一步地，所述横向夹持组件20还包括U型支持底座206，U型支持底座206的底端与丝杠位置调节件203接触，顶端支撑试验件5。

进一步地，所述丝杠202的端部连接有扭动旋钮207，便于旋转丝杠202。

进一步地，所述连杆304的端部设置有把手305，便于旋转连杆，以带动齿轮传动。

进一步地，球形万向压缩平台1包括转接头10、调节环11、卡环12、螺钉13、钢球14和压缩平台15；

转接头10的底端与调节环11螺纹连接；转接头10的底面设置有球窝，与钢球14贴合；卡环12的截面为L型结构，卡环12与调节环11下端通过螺钉13连接；压缩平台15的顶面设置有球窝，与钢球14贴合；压缩平台15与螺钉13连接。

进一步地，上端夹持组件50包括U型的钢板51、两个方条形的夹板52和两个用于紧定夹板的螺钉53；夹板52位于试验件的两侧，并位于钢板51的U型槽内；扭紧螺钉以使夹板夹紧试验件的上端。

本发明的技术效果：

本发明只需要扭动试验夹持装置上的旋钮和把手便可以实现试验件沿横向和纵向两个方向的对中约束，方便快捷，试验安装效率高；

通过丝杠和齿轮的精密机械设计来实现同步对中夹持，对中度比传统卡尺测量和限位条更高；

同步对中夹持适用于任何厚度的试验件，比传动对中调节方式适用性更广；

提供了一种通过一个调节环便可以实现万向活动压缩和固定压缩状态自由切换的球形万向压缩平台，比传动多钉连接球形万向压缩平台更方便快捷。

附图说明

图1为本发明自对中夹层结构侧向压缩试验装置的正视图；

图2为本发明自对中夹层结构侧向压缩试验装置的侧视图；

图3为本发明自对中夹层结构侧向压缩试验装置的等轴测视图；

图4为横向夹持组件的剖视图；

图5为纵向夹持组件的示意图；

图6为球形万向压缩平台组件的剖视图；

图7为试验装置未安装试验件的状态示意图；

图8为试验装置安装试验件的状态示意图。

具体实施方式

本发明提供一种具有自对中功能的夹层结构侧向压缩试验夹持装置，该装置不需要通过安装限位条或者尺寸测量等方式便可以实现在压缩平台所在平面的两个方向的自对中，保障试验件的中心线与试验机加载轴线对齐，方便快捷、精度高，从而大幅降低试验安装效率和试验误差。下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例，图1为本发明自对中夹层结构侧向压缩试验装置的正视图、图2为本发明自对中夹层结构侧向压缩试验装置的侧视图、图3为本发明自对中夹层结构侧向压缩试验装置的等轴测视图；结合图1、图2和图3所示，本实施例的夹持装置，包括横向夹持组件20、纵向夹持组件30和上端夹持组件50。

试验件上端夹持组件50包括U型的钢板51、两个方条形的夹板52和两个用于紧定夹板的螺钉53；夹板52位于试验件的两侧，并位于钢板51的U型槽内；扭紧螺钉以使夹板夹紧试验件的上端。

图4为横向夹持组件的剖视图，试验件横向夹持组件20采用的是丝杠式同步对中夹紧机构方案，其剖视图如图4所示。其主要构成包括：两个横向夹持支座201，一个两端螺纹旋向相反的丝杠202，一个扭动旋钮207，内螺纹旋向相反的两个螺纹套筒204，一个U型支持底座206，一个平面底座205，一个丝杠位置调节件203，以及一些连接螺钉。

所述丝杠位置调节件203的底端与固定压缩平台连接，顶端支撑试验件5；两个横向夹持支座201位于试验件5的横向两侧。丝杠202的中部穿设于丝杠位置调节件203，调整丝杠位置调节件203的位置，以调整丝杠中心的位置，调节对中度。丝杠202的两端穿设于所述横向夹持支座201并与横向夹持支座201螺纹连接。旋转丝杆202带动试验件两侧的横向夹持支座201在横向方向对中夹持试验件。

进一步地，螺纹套筒204套设于丝杠202的两端，并分与两个横向夹持支座201固定连接；螺纹套筒204穿设于两个横向夹持支座201。丝杠位置调节件203的底端与平面底座205连接；平面底座205与固定压缩平台连接。U型支持底座206的底端与丝杠位置调节件203接触，顶端支撑试验件5。丝杠202的端部连接有扭动旋钮207，便于旋转丝杠202。

本实施例，丝杠位置调节件上面有两个槽孔，可以将其通过螺钉固定在平面底座上面，调整丝杠位置调节件的位置可以调整丝杠中心的位置，调节丝杠中心与试验机轴线的位置，调节横向夹持组件的对中度。

工作时，当向一个方向扭动旋钮，可以带动丝杠的旋转运动；由于丝杠两端的螺纹旋向相反，以丝杠的旋转会带动两个横向夹持支座的相向运动，从而对中的夹紧试验件，调整旋钮的扭矩，可以改变夹持支座对试验件的夹持力。试验结束后，反向扭动旋钮，可以将试验件松开。

横向夹持组件20由主要有两大作用；一是支持试验件的下表面，用于承受试验件所传递的压缩载荷；二是用于夹持试验件的下端部，从而达到试验测试标准所要求的端部夹持效果，其夹持是自对中的，不需要任何尺寸测量便可以达到对中夹持的效果。

图5为纵向夹持组件的示意图，图5中纵向夹持组件30的主要构成包括：两个纵向夹持支座301、至少两个偏心轮302、两个相互啮合的齿轮303和两个连杆304。所述纵向夹持支座301与横向夹持支座201连接，并分别位于试验件5的横向两侧；至少两个偏心轮302分别位于试验件的纵向两侧，并对应分别与两个连杆304连接；两个连杆304的端部分别穿设于两个纵向夹持支座301，且两个连杆的同一端分别与齿轮303连接；齿轮303传动，带动两个偏心轮302等角度反向旋转，以在宽度方向对中夹持试验件。

本实施例，两个相同的偏心轮302，两个偏心轮302通过连杆304相对安装在纵向夹持支座3上面，可以在纵向夹持支座上面的安装孔中自由的转动，两个偏心轮的一端各与一个齿轮固定，其中一个偏心轮的另一个端头还安装有一个把手305。两个相同的齿轮，固定在偏心轮的一端，两个齿轮互相咬合，可以实现传动。纵向夹持支座301可以通过螺钉固定在前面的横向夹持组件的试验件横向夹持支座。把手，安装在一个偏心轮的一端。

工作时，转动把手可以带动一个偏心轮和齿轮的旋转，一个齿轮的旋转又会带动另外一个齿轮的等角度反向旋转，从而带动另一个偏心轮的等角度反向旋转。当旋转到一定角度，两个偏心轮的表面与试验件接触，实现对试验件沿宽度方向的对中约束。

纵向夹持组件30主要向试验件提供沿宽度方向的对中约束。纵向夹持组件主要通过安装方向相反的偏心轮和一对齿轮来提供纵向的对中约束。纵向夹持组件的对中夹持原理为：通过一对完全相同的齿轮的传动，提供反向等角度的转动，带动偏心轮实现对中夹紧。

图6为球形万向压缩平台组件的剖视图；球形万向压缩平台1用于向试验件施加可以随试验件变形而方向不断变化的压缩载荷，其剖视图如图6所示。球形万向压缩平台1由六种零件组件，包括转接头10、调节环11、卡环12、螺钉13、钢球14和压缩平台15。

转接头10为圆柱状结构，上半部分有一个螺纹孔，螺纹孔位于圆柱上表面的正中心，用于将整个球形压缩平台组件与试验机连接。转接头10的下底面有一个球型的窝，用于与钢球14贴合。转接头10的下部分圆柱面上存在螺纹，可以用于与调节环11的连接。调节环11，为环状结构，调节环的上部分螺接在转接头10上面，下半部分通过卡槽将卡环12挂在它上面。螺钉13，用于将卡环12固定在压缩平台15上面。卡环12，通过一个L型环状结构，挂在调节环11的下部分。压缩平台15，其上面正中位置存在一个球形窝，用于与钢球14贴合；其下表面为平面，用于向试验件施加压缩载荷。钢球14为球形硬质钢球，与转接头10和压缩平台15的两个球形窝贴合。

工作时，当向下扭动调节环11，可以将转接头10、压缩平台15和硬质钢球14三者脱离，转接头10减少对硬质钢球14的夹持力，硬质钢球14减少对卡环12的支撑力，可以使调节环11和卡环12之间存在适当的间隙。这时候转接头10可以贴合着硬质钢球14的表面，绕着硬质钢球14运动。此时整个球形万向压缩平台处于活动状态，压缩平台可以随着试验件的变形不断调整方向。当向上扭动调节环11时，调节环11带动卡环12向上运动，卡环12又带动压缩平台15向上运动，当扭动到一定位置时，调节环11、压缩平台15和硬质钢球14三者紧密贴合，压缩平台无法自由转动，整个球形万向压缩平台变为了固定压缩平台。通过调整调节环的位置可以使本压缩平台在固定状态和万向活动状态快捷的切换。

本发明的工作过程：

采用本发明进行夹层结构的侧向压缩试验时，在试验前，需要将本试验装置与试验机连接，具体方法为：将图6所示的球形万向压缩平台组件与试验机的可运动横梁连接，连接方式为通过螺纹将转接头10螺接在试验机上，然后扭动调节环11使球形万向压缩平台处于万向活动状态；将图4所示的试验件横向夹持组件与试验机的固定横梁或固定压缩平台相连接，连接方式为通过位于平面底座正中心的螺纹将试验件横向夹持组件连接在试验机上。

本发明的侧向压缩装置与试验机连接完成后，便可以将试验件安装在本试验装置中，具体方法包括以下内容：

图7为试验装置未安装试验件的状态示意图，如图7所示，扭动试验件横向夹持组件的旋钮，使得两个横向夹持支座分开，以便于安装试验件；搬动横向夹持组件的把手，使得两个偏心轮之间的距离合适，以便于安装试验件。

图8为试验装置安装试验件的状态示意图，如图8所示，将试验件放置在本试验装置中，用手将试验件的下表面与横向夹持组件的U型支持底座的上表面紧密贴合，搬动纵向夹持组件的把手，使得纵向夹持组件的两个偏心轮将试验件沿宽度方向将试验件对中的约束轻轻约束即可，避免后面纵向夹持时试验件无法沿横向移动；旋转试验件横向夹持组件的旋钮，使得两个横向夹持支座将试验件夹紧。经过以上步骤，可以将试验件沿横向和纵向对中的夹持在试验装置中。

最后在试验件的上端安装上端夹持装置，完成整个试验件的安装，试验时，上端夹持装置与压缩平台15接触。如果要求夹持试验件的夹持力保持一致，可以采用扭矩扳手扭紧试验件横向夹持组件的旋钮。

Claims (8)

1.一种自对中夹层结构侧向压缩试验夹持装置，其特征在于，所述夹持装置包括横向夹持组件(20)、纵向夹持组件(30)和上端夹持组件(50)；试验时，上端夹持组件(50)与球形万向压缩平台(1)接触，上端夹持组件(50)用于夹持试验件的上端；

横向夹持组件(20)的下端与试验机的固定压缩平台连接；横向夹持组件(20)包括两个横向夹持支座(201)、两端螺纹旋向相反的丝杠(202)和丝杠位置调节件(203)；

所述丝杠位置调节件(203)的底端与固定压缩平台连接，顶端支撑试验件(5)；两个横向夹持支座(201)位于试验件(5)的横向两侧；丝杠(202)的中部穿设于丝杠位置调节件(203)并与丝杠位置调节件(203)滑动连接，调整丝杠位置调节件(203)的位置，以调整丝杠中心的位置；丝杠(202)的两端穿设于所述横向夹持支座(201)并与横向夹持支座(201)螺纹连接；旋转丝杆(202)带动试验件两侧的横向夹持支座(201)在试验件横向方向对中夹持试验件；

纵向夹持组件(30)与横向夹持组件的上端连接；纵向夹持组件(30)包括两个纵向夹持支座(301)、至少两个偏心轮(302)、两个相互啮合的齿轮(303)和两个连杆(304)；

所述纵向夹持支座(301)与横向夹持支座(201)连接，并位于试验件(5)的横向两侧；至少两个偏心轮(302)分别位于试验件的纵向两侧，并对应分别与两个连杆(304)连接；两个连杆(304)的端部分别穿设于两个纵向夹持支座(301)，且两个连杆的同一端分别与齿轮(303)连接；齿轮(303)传动，带动两个偏心轮(302)等角度反向旋转，以在试验件宽度方向对中夹持试验件。

2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述横向夹持组件(20)还包括内螺纹旋向相反的两个螺纹套筒(204)，螺纹套筒(204)套设于丝杠(202)的两端，并分与两个横向夹持支座(201)固定连接；螺纹套筒(204)穿设于两个横向夹持支座(201)。

3.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述横向夹持组件(20)还包括平面底座(205)，丝杠位置调节件(203)的底端与平面底座(205)连接；平面底座(205)与固定压缩平台连接。

4.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述横向夹持组件(20)还包括U型支持底座(206)，U型支持底座(206)的底端与丝杠位置调节件(203)接触，顶端支撑试验件(5)。

5.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述丝杠(202)的端部连接有扭动旋钮(207)，便于旋转丝杠(202)。

6.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述连杆(304)的端部设置有把手(305)，便于旋转连杆，以带动齿轮传动。

7.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，球形万向压缩平台(1)包括转接头(10)、调节环(11)、卡环(12)、螺钉(13)、钢球(14)和压缩平台(15)；

转接头(10)的底端与调节环(11)螺纹连接；转接头(10)的底面设置有球窝，与钢球(14)贴合；卡环(12)的截面为L型结构，卡环(12)与调节环(11)下端通过螺钉(13)连接；压缩平台(15)的顶面设置有球窝，与钢球(14)贴合；压缩平台(15)与螺钉(13)连接。

8.根据权利要求7所述的夹持装置，其特征在于，上端夹持组件(50)包括U型的钢板(51)、两个方条形的夹板(52)和两个用于紧定夹板的螺钉(53)；夹板(52)位于试验件的两侧，并位于钢板(51)的U型槽内；扭紧螺钉以使夹板夹紧试验件的上端。