CN204373997U - 一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具 - Google Patents

Abstract

一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，包括上夹头主体、下夹头主体；上夹头主体的上方具有与力传感器连接的连接螺栓；下夹头主体固定在电子拉伸实验机的底座上；上夹头主体与下夹头主体相对应的部位各具有上夹头与下夹头；上夹头的夹持部位相对的部分设有复数个抗撕裂橡胶垫片；下夹头的夹持部位相对的部分设有复数个抗撕裂橡胶垫片；上夹头主体与所述上夹头一体成型，所述上夹头主体的上表面呈鱼腹梁结构。本实用新型保证了受限拉伸时可以使用较大的拉力，同时实现了受限拉伸时橡胶件内部应力的更均匀分布。

Description

一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具

【技术领域】

本实用新型属于机械工具技术领域，具体涉及一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具。

【背景技术】

橡胶制品在工程领域中应用广泛，而且随着各种工况环境人性化的要求、仪器设备精度要求和可靠性要求的提高，减振系统设计的精度要求也在不断提高。如，应用在各种车辆系统和船舶工程中，应用在机床等机械系统中的橡胶减振器等等。某些静力学数据资料和实验及计算方法，是进行该类橡胶减振器(以及多种橡胶高分子材料)实现较精确设计和应用的重要支撑。

我国当前研究情况是：橡胶用品的研制处于经验性较多，而理论和实验设备不足的阶段。橡胶减振器制造业的技术水平、生产规模和产品种类都受制于应用方，而应用方由于知识匮乏，往往提出外型相似，但结构或材料性能要求可能完全错误的制品。传统设计是否合理，需要进一步验证。其实质是由于橡胶材料理论和检测设备的匮乏，造成产品设计周期和设计成本增加，还会影响到据设计理论而产生的创新性研究和应用的发展。

当前的状况是严重缺乏某些橡胶关键实验的实验设备和设计方法，其中应用在动力机械设备中的橡胶减振器，主要起减振耗能作用的是橡胶高分子材料，而橡胶高分子材料的力学行为体现为固体弹性和液体粘性之间的一种力学行为。

橡胶制品在工程领域中应用广泛，而且随着各种工况环境人性化的要求、仪器设备精度要求和可靠性要求的提高，减振系统设计的精度要求也在不断提高。如，应用在各种车辆系统和船舶工程中，应用在机床等机械系统中的橡胶减振器等等。某些静力学数据资料和实验及计算方法，是进行该类橡胶 减振器(以及多种橡胶高分子材料)实现较精确设计和应用的重要支撑。尤其是橡胶的剪切实验，由于多种橡胶特性和实验的边界约束问题无法解决，导致无法实现较高应力水平的剪切基础实验的完成。

橡胶高弹性是它在工程中得到广泛应用的主要原因。而橡胶减振器的使用，需要设计者熟知其各种特性，在所有这些特性中，橡胶材料的剪切静力学行为及特性问题是其设计的关键要素之一。

【发明内容】

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，保证了受限拉伸时可以使用较大的拉力，同时实现了受限拉伸时橡胶件内部应力的更均匀分布。

本实用新型是这样实现的：

一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，包括上夹头主体、下夹头主体；

所述上夹头主体的上方具有与力传感器连接的连接螺栓；所述下夹头主体固定在电子拉伸实验机的底座上；

所述上夹头主体与所述下夹头主体相对应的部位各具有上夹头与下夹头；

所述上夹头主体与所述上夹头一体成型，所述上夹头主体的上表面呈鱼腹梁结构；

所述上夹头、所述下夹头分别包括第一夹持部件、第二夹持部件，所述第一夹持部件具有复数个抗撕裂橡胶垫片，所述第二夹持部件具有并排设置的复数个夹紧螺栓；所述夹紧螺栓的顶头面上黏贴设置有与所述第一夹持部件相对应的复数个抗撕裂橡胶垫片；

所述上下夹头的夹紧螺栓上下对应，每对夹紧螺栓的中心线为平行线，两平行线形成的平面垂直于地面。

进一步地，所述抗撕裂橡胶垫片为平行间隔地排列的5个方形垫片。

进一步地，所述上夹头主体的长：宽：高＝3：1：1.5；所述下夹头主体 的长：宽：高＝3：1：1.5。

进一步地，所述上夹头主体的长、宽、高分别为90cm、30cm、45cm；所述下夹头的主体长、宽、高分别为90cm、30cm、45cm；所述上、下夹头的材料为合金结构钢45Cr，经锻造成型。

本实用新型的优点在于：采用该种新型特殊结构的受限拉伸夹具来进行橡胶剪切实验的替代，通过这种特殊的设计，解决了橡胶高水平剪切应力实验的缺陷，实现了橡胶材料高水平剪切应力的精确测试，提高了测试精度的同时，也得到了橡胶材料剪切替代实验专用夹具的设计关键技术和受限拉伸实验夹具的结构特点，该设备由于需要施加较大的动力等特性要求，设计方法较特殊，结构也新颖，因此是一种新型剪切实验的替代夹具，实现了受限拉伸的特定要求。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

【具体实施方式】

如图1和图2所示，一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，包括上夹头主体1、下夹头主体2；

所述上夹头主体1的上方具有与力传感器连接的连接螺栓3；所述下夹头主体2固定在电子拉伸实验机的底座上；

所述上夹头主体1与所述下夹头主体2相对应的部位各具有上夹头4与下夹头5；

所述上夹头主体1与所述上夹头4一体成型，所述上夹头主体1的上表面呈鱼腹梁结构。

所述上夹头主体1的长、宽、高分别为90cm、30cm、45cm；所述下夹头主体的长、宽、高分别为90cm、30cm、45cm；所述上、下夹头的材料为 合金结构钢45Cr，经锻造成型。

所述上夹头4、所述下夹头5分别包括第一夹持部41(51)、第二夹持部42(52)，所述第一夹持部41(51)具有五个平行排列的方形抗撕裂橡胶垫片6，所述第二夹持部42(52)具有并排设置的五个夹紧螺栓43(53)；所述夹紧螺栓43(53)的顶头面上设置有与所述第一夹持部41(51)相对应的五个方形的抗撕裂橡胶垫片6。

橡胶垫片6同时采用方形垫片五个(或更多，可根据试验拉力的大小适当调节该数目)，平行排列，可以有效减小每个垫片所承受的剪切应力，保证实验正常进行。保证橡胶垫片6不产生撕裂和橡胶试件不产生滑动。

所述上下夹头的夹紧螺栓43和53共五对，每对夹紧螺栓的中心线为平行线，两平行线形成的平面垂直于地面。

为减轻上夹头的重量，又不影响上夹头体的整体强度和刚度，将上夹头主体的上表面设计成对称的结构，该结构采用了等强度梁的结构设计理论，将其上表面设计成鱼腹梁的结构，这种设计的方法，与长方体梁相比较，可在保证上夹头主体水平强度和刚度要求的前提下，可以节约材料大约1/5以上，有效降低了抬升上夹头横梁所需要的提升力。

上下夹头的对应水平边缘部分要求较高精度的水平度0.05-0.1mm/1000mm，夹具的上下夹头的对应水平表面粗糙度为10级Ra 0.2，夹具其余外表面粗糙度为6级Ra 3.2。

上夹头主体与上夹头设计成一体结构，以及下夹头主体和下夹头设计成一体结构，提高整体的强度。

在每个橡胶垫片的对面设计的五个方头螺栓顶头位置，每个螺栓都需黏贴方形橡胶垫片，与夹头上的五个橡胶垫片相对应，用于夹紧橡胶试件。

该设计需保证垂向产生较大拉力，而横向在较大尺寸的情况下，稳定的水平定位，实验时的关键是试件垂向变形均匀，水平下夹头不动，而上夹头均匀向上缓慢移动，拉动橡胶试件均匀向上变形。

所设计的夹具是专用夹具要求有较高的刚度，并且在夹头和减振橡胶连接实验时，橡胶件不能够出现滑动，因此，夹持接触部分粘贴了防滑橡胶垫， 防滑橡胶垫和夹头主体必须牢固粘接为一体。

其静态工程剪切应变数值，可以通过视频摄象测量出宽度方向的尺寸变化，并与其垂直方向的尺寸比较，计算得出γ。由剪应变与剪应力的关系，就可以得到该减振橡胶剪切的实验数据，再按照最小二乘法拟合出本构关系实验曲线。

该专用夹具用于材料实验机上，其中车辆减振橡胶有其上下夹头夹住，减振橡胶保持水平位置，该专用夹具下夹具主体固定在电子拉伸实验机的底座上，专用夹具上夹具的螺栓直接连接力传感器，并连接实验机的上横头。

该产品的操作过程：

首先采用直接切割的方法，在减振橡胶的胚料上直接切割实验用零件，夹持在该夹具的上下夹头上，开通实验机的电源和气泵，按照实验规划进行实验，实验完成后，进行实验数据处理和实验数据分析。并进行数据精度和可靠性计算研究。

该专用夹具用于材料电子拉伸实验机上，其中车辆减振橡胶有其上下夹头夹住，减振橡胶保持水平位置，该专用夹具下夹头主体固定在电子拉伸实验机的底座上，专用夹具上夹头的螺栓直接连接力传感器，并连接电子拉伸实验机的上横头。采用直接切割的方法，在减振橡胶的胚料上直接切割实验用零件，夹持在该夹具的上下夹头上，开通实验机的电源和气泵，按照实验规划进行实验，实验完成后，进行实验数据处理和实验数据分析。并进行数据精度和可靠性计算研究。

车辆减振橡胶的基础试验往往需要进行剪切实验，由于橡胶材料较柔软，邵氏硬度低，需要有边界支撑的辅助材料才能够进行剪切实验。同时需要将金属或木材等辅助材料与橡胶粘合在一起，而通过粘结硫化等工艺后，粘合界面的强度一般只有4MPa～8MPa，而要实现车辆减振橡胶的剪切实验，其剪切力会在该粘合面上产生的应力一般都大于15MPa以上，以此造成粘合面失效，无法实现车辆减振橡胶的剪切实验。在设计车辆减振橡胶的基础试验时，就采用直接的受限拉伸代替剪切实验，本实用新型设计了受限拉伸专用设备，采用直接让夹具与橡胶有多个接触点，接触点上采用了较大面积的薄 橡胶垫片首先粘结在夹具的夹斗上，由于薄橡胶垫片面积很大，能够承受较大的剪切力，同时该接触位置与橡胶试件的接触面积只有粘合面积的1/3左右，保证了受限拉伸时，粘合不失效，同时采用了5个(或更多，可根据试验拉力的大小适当调节该数目)的接触点连接实验用试件，即保证了受限拉伸时可以使用较大的拉力，同时实现了受限拉伸时橡胶件内部应力的更均匀分布，这种实验设备的设计方法为车辆剪切型减振橡胶的基础实验研究提供了更准确的实验设备的支持。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施用例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，其特征在于：包括上夹头主体、下夹头主体；

所述上夹头主体的上方具有与力传感器连接的连接螺栓；所述下夹头主体固定在电子拉伸实验机的底座上；

所述上夹头主体与所述下夹头主体相对应的部位各具有上夹头与下夹头；

所述上夹头主体与所述上夹头一体成型，所述上夹头主体的上表面呈鱼腹梁结构；

所述上夹头、所述下夹头分别包括第一夹持部件、第二夹持部件，所述第一夹持部件具有复数个抗撕裂橡胶垫片，所述第二夹持部件具有并排设置的复数个夹紧螺栓；所述夹紧螺栓的顶头面上黏贴设置有与所述第一夹持部件相对应的复数个抗撕裂橡胶垫片；

所述上下夹头的夹紧螺栓上下对应，每对夹紧螺栓的中心线为平行线，两平行线形成的平面垂直于地面。

2.如权利要求1所述的一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，其特征在于：所述抗撕裂橡胶垫片为平行间隔地排列的5个方形垫片。

3.如权利要求1所述的一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，其特征在于：所述上夹头主体的长：宽：高＝3：1：1.5；所述下夹头主体的长：宽：高＝3：1：1.5。

4.如权利要求3所述的一种橡胶材料剪切替代实验专用夹具，其特征在于：所述上夹头主体的长、宽、高分别为90cm、30cm、45cm；所述下夹头的主体长、宽、高分别为90cm、30cm、45cm；所述上、下夹头的材料为合金结构钢45Cr，经锻造成型。