專利名稱：用于薄膜材料拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)中所使用的夾具，更具體地說，本發(fā)明涉及一種適于在低溫環(huán)境下進(jìn)行薄膜材料性能測試的拉伸夾具。
背景技術(shù)：
拉伸夾具是測量材料的拉伸力學(xué)性能的關(guān)鍵部件之一。在試驗(yàn)過程中，被測材料樣品的兩端分別由拉伸夾具將其固定，然后將夾具與拉伸試驗(yàn)機(jī)固定連接，試驗(yàn)機(jī)通過夾具拉伸試樣，測量數(shù)據(jù)通過高精度、高靈敏的儀器連接到計(jì)算機(jī)上控制采集。最終獲得試樣的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、延伸率等力學(xué)性能。
隨著薄膜材料的發(fā)展，尤其是薄膜材料在低溫下的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，研究薄膜材料在低溫下的力學(xué)性能就顯得日益重要。目前在測量薄膜材料的拉伸力學(xué)性能時(shí)，國內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)廠提供的薄膜拉伸試驗(yàn)夾具通常采用螺紋鎖緊式，其主要通過裝夾表面橡皮墊產(chǎn)生的摩擦力將試樣的兩端部夾緊，從而與試驗(yàn)機(jī)連接進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。這種夾具的結(jié)構(gòu)如圖1所示，薄膜試樣1夾持在兩層橡皮墊2和3之間，并整體上設(shè)置在一個(gè)矩形外殼4內(nèi)，通過一個(gè)與外殼4螺紋連接的螺母5向橡皮墊2施加壓力，以便將薄膜試樣1夾緊。
這種夾具的缺點(diǎn)是1)夾具不易安裝、試樣對中性能不好；2)當(dāng)在低溫下測量材料的拉伸性能時(shí)，由于低溫環(huán)境的特殊性質(zhì)，帶螺紋的夾具會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，夾具和試樣之間會(huì)發(fā)生嚴(yán)重打滑現(xiàn)象；3)該夾具裝夾試樣處的橡皮墊在低溫下變脆，也不適合低溫下使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合于在低溫環(huán)境下對薄膜試樣進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于薄膜材料拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具，包括
兩個(gè)用于在其間夾持薄膜試樣的夾頭；一根軸，該軸具有一凸起塊；一個(gè)橫梁，該橫梁的延伸方向垂直于軸的延伸方向，橫梁在其延伸方向的中間位置具有一個(gè)通孔，所述軸的一端嵌入在該通孔內(nèi)并可沿該孔作伸縮運(yùn)動(dòng)；在所述軸的凸起塊和橫梁之間設(shè)置的壓縮彈簧；對稱分布在所述軸兩側(cè)的兩根力桿，每根力桿的一端都分別通過連接桿與軸的凸起塊連接，所述連接桿的兩端分別與力桿和凸起塊可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；每根力桿的另一端都分別與一個(gè)夾頭連接；每根力桿在其兩端之間都分別與所述橫梁的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
所述壓縮彈簧套設(shè)于所述軸上。
所述力桿與夾頭可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。該夾具進(jìn)一步包括一個(gè)滑槽，所述兩個(gè)夾頭中的一個(gè)與滑槽可固定連接，所述兩個(gè)夾頭的另一個(gè)可滑動(dòng)地設(shè)置在滑槽內(nèi)。
所述夾頭的用于夾持薄膜試樣的側(cè)面為鋸齒形表面。
本發(fā)明拉伸試驗(yàn)夾具與國內(nèi)外現(xiàn)使用的夾具相比，結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便，在低溫下有效地克服了試件打滑的現(xiàn)象，并且在低溫環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)多樣品測量，大大節(jié)約了成本。本發(fā)明的低溫拉伸夾具可用于測量薄膜材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率等常溫及低溫力學(xué)性能。


圖1是螺紋旋緊式薄膜拉伸夾具示意圖；圖2是本發(fā)明的拉伸夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的拉伸夾具中的軸的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為側(cè)視圖；圖4是圖2的拉伸夾具中的橫梁的示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為A-A線的剖視圖，(c)為沿B-B線的剖視圖；圖5是圖2的拉伸夾具中的連接桿的示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為C-C線的剖視圖；圖6是圖2的拉伸夾具中的力桿的示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為D-D線的剖視圖；圖7是圖2的拉伸夾具中的夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖2的拉伸夾具中的滑槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是與圖8的滑槽固定連接的一個(gè)夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖2是本發(fā)明的拉伸夾具的整體裝配示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的拉伸夾具基本上是沿軸10呈左右對稱。該夾具包括兩個(gè)用于在其間夾持薄膜試樣的夾頭30和30’，以及一根帶有凸起塊13的軸10。軸10的一端嵌入一個(gè)橫梁20，該橫梁20的延伸方向垂直于軸10的延伸方向。橫梁20在其延伸方向的中間位置具有一個(gè)通孔21(圖4)，軸10的一端嵌入在該通孔21內(nèi)并可沿該孔作伸縮運(yùn)動(dòng)，這將在下面的內(nèi)容中詳細(xì)描述。在凸起塊13和橫梁20之間的軸上套有一壓縮彈簧50。
如圖2所示，兩根力桿60和60’對稱分布在軸10的兩側(cè)，力桿60和60’的一端分別通過連接桿70和70’與凸起塊13連接。連接桿70的兩端分別與力桿60和凸起塊13可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，而連接桿70’的兩端分別與力桿60’和凸起塊13可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。力桿60、60’的另一端分別與夾頭30、30’連接。力桿60和60’在其兩端之間分別與橫梁20的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的拉伸夾具各個(gè)組成部分的結(jié)構(gòu)。
參見圖3所示的軸10并結(jié)合圖2。軸10的一端具有一個(gè)開孔12，該開孔12在實(shí)驗(yàn)時(shí)與拉伸試驗(yàn)機(jī)連接。在開孔12的下方，軸10具有一個(gè)止檔塊11，該止檔塊11保證軸10在實(shí)驗(yàn)時(shí)與拉伸試驗(yàn)機(jī)連接對中。止檔塊11可以為固定在軸10上的單個(gè)元件，也可以與軸10整體成形。止檔塊11的下方固定有一個(gè)凸起塊13，該凸起塊13最好是與軸10一體成形。凸起塊13上具有一個(gè)孔14，用于容納例如銷釘?shù)染o固件，以便將凸起塊13與連接桿70和70’的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。軸10的另一端15容納于橫梁20的通孔21(圖4)內(nèi)。在圖2中，軸10上套有一個(gè)壓縮彈簧50，位于凸起塊13與橫梁20之間。
參見圖4所示的橫梁20并結(jié)合圖2。在圖4(b)中看的更清楚，橫梁20基本上為“工”形，其中間位置具有一通孔21，用于容納軸10的一端15(圖3)，并且軸10的一端15可在該通孔21內(nèi)伸縮運(yùn)動(dòng)。橫梁20的兩端具有凹口22和22’，分別用于容納力桿60和60’。通孔23和23’設(shè)置在凹口22和22’周圍，用于容納例如銷釘?shù)染o固件，以便將力桿60和60’分別與橫梁20可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。如圖2所示，橫梁20的延伸方向與軸10的方向垂直。
參見圖5所示的連接桿70并結(jié)合圖2。連接桿70的兩端具有通孔71和72。其中通孔72與凸起塊13上的孔14(圖3)相配合，通過如銷子等緊固件使得連接桿70與凸起塊13可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接。通孔71與力桿60的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。連接桿70’與連接桿70的結(jié)構(gòu)相同，并且以對稱的方式與凸起塊13和力桿60’連接。
參見圖6所示的力桿60并結(jié)合圖2。力桿60的兩端具有通孔61和63。在靠近力桿60的中部或者說在通孔61和63之間，力桿60還具有通孔62。力桿60的通孔63與連接桿70的通孔71(圖5)相配合，以便容納如銷釘?shù)染o固件，從而將力桿60與連接桿70一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。力桿60的通孔62容納于與橫梁20的凹口22(圖4)內(nèi)，與橫梁20的通孔23(圖4)相配合以容納如銷釘?shù)染o固件，從而將力桿60與橫梁20一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。力桿60的通孔61用于與夾頭30連接。力桿60’與力桿60結(jié)構(gòu)相同，并且以對稱的方式與連接桿70’、橫梁20和夾頭30’連接。
參見圖7所示的夾頭30、30’并結(jié)合圖2。夾頭30具有一個(gè)凹口32，用于容納力桿60的一端。穿過凹口32的盲孔31與力桿60的通孔61(圖6)相配合以容納如銷釘?shù)染o固件，從而將力桿60的一端與夾頭30連接。夾頭30用于夾持薄膜試樣的一個(gè)側(cè)面33最好具有鋸齒狀的表面(未示出)，以提供增強(qiáng)的夾持力。
力桿60與夾頭30采用固定連接或可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的方式。當(dāng)采用固定連接方式時(shí)，夾頭30’與夾頭30結(jié)構(gòu)相同，并且以對稱的方式與力桿60’連接。當(dāng)力桿60與夾頭30以及力桿60’與夾頭30’之間可轉(zhuǎn)動(dòng)連接時(shí)，為了防止夾頭打滑，夾頭30和30’最好是設(shè)置在一個(gè)滑槽80內(nèi)，并且將夾頭30’的底部與滑槽80固定連接。如圖8所示的滑槽80，具有通孔81和82。相應(yīng)地，圖9所示的夾頭30’還具有孔35’和36’，孔35’和36’分別與滑槽80的通孔81和82相配合，以容納如螺釘?shù)染o固件，從而將夾頭30’固定在滑槽80上。
如圖2所示，本發(fā)明的拉伸夾具在工作時(shí)，沿箭頭90和90’的方向壓動(dòng)力桿60和60’，在連接桿70和70’的帶動(dòng)下，凸起塊13帶動(dòng)軸10向下壓縮彈簧50，軸10的一端15在橫梁20的通孔21內(nèi)進(jìn)一步伸入，或直至穿出該通孔21。同時(shí)，夾頭30和30’在力桿60和60’的帶動(dòng)下在滑槽80內(nèi)分別沿箭頭100和100’方向運(yùn)動(dòng)。然后將薄膜試樣(未示出)放置在兩夾頭30和30’之間，放松力桿60和60’，彈簧50向上推動(dòng)凸起塊13，在連接桿70和70’的帶動(dòng)下，力桿60和60’沿箭頭90和90’的反方向運(yùn)動(dòng)，而夾頭30和30’在力桿60和60’的帶動(dòng)下在滑槽80內(nèi)分別沿箭頭100和100’的反方向運(yùn)動(dòng)，最后將薄膜試樣(未示出)夾緊。
待夾具裝好試樣后，用銷子將軸10上的通孔12與試驗(yàn)機(jī)的萬向連接軸固定。最后放置在密閉低溫拉伸實(shí)驗(yàn)容器中進(jìn)行測量。
可選用不同的彈簧50，以調(diào)節(jié)夾頭30和30’夾持力度的大小，夾頭部位的鋸齒形表面可有效的防止樣品在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的打滑問題。
為防止本發(fā)明的拉伸夾具在使用過程中的各個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接部位有可能出現(xiàn)滑落而對試驗(yàn)造成影響，因此在通過如銷釘?shù)染o固件的連接表面設(shè)置有墊片，并在墊片表面采用彈簧擋圈將其嵌入銷釘凹陷部位來固定。
本發(fā)明中的各部件，包括帶有凸起塊13的軸10、橫梁20、連接桿70和70’、力桿60和60’、夾頭30和30’、滑槽80，均可采用耐低溫的不銹鋼1Cr18Ni9Ti材料來制備。
經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明的拉伸夾具可很好的應(yīng)用于低溫環(huán)境77K的拉伸力學(xué)測量，在室溫和低溫下能夠準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定地測量薄膜復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率，夾具本身對試驗(yàn)結(jié)果無影響。試樣的工作肩處無損傷，斷裂部位均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)距范圍內(nèi)，變形均勻，表明本夾具夾持部位設(shè)計(jì)較為合理；同時(shí)經(jīng)多個(gè)同樣品測試結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好，可認(rèn)為夾具本身對測量基本無影響。
權(quán)利要求
1.一種用于薄膜材料拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具，其特征在于，該拉伸夾具包括兩個(gè)用于在其間夾持薄膜試樣的夾頭；一根軸，該軸具有一凸起塊；一個(gè)橫梁，該橫梁的延伸方向垂直于軸的延伸方向，橫梁在其延伸方向的中間位置具有一個(gè)通孔，所述軸的一端嵌入在該通孔內(nèi)并可沿該孔作伸縮運(yùn)動(dòng)；在所述軸的凸起塊和橫梁之間設(shè)置的壓縮彈簧；對稱分布在所述軸兩側(cè)的兩根力桿，每根力桿的一端都分別通過連接桿與軸的凸起塊連接，所述連接桿的兩端分別與力桿和凸起塊可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；每根力桿的另一端都分別與一個(gè)夾頭連接；每根力桿在其兩端之間都分別與所述橫梁的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述壓縮彈簧套設(shè)于所述軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述力桿與夾頭可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉伸夾具，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)滑槽，所述兩個(gè)夾頭中的一個(gè)與滑槽可固定連接，所述兩個(gè)夾頭的另一個(gè)可滑動(dòng)地設(shè)置在滑槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述夾頭的用于夾持薄膜試樣的側(cè)面為鋸齒形表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于薄膜材料拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具，該夾具包括兩個(gè)用于在其間夾持薄膜試樣的夾頭和一根具有一凸起塊的軸；一個(gè)橫梁，其延伸方向垂直于軸的延伸方向，橫梁在其延伸方向的中間位置具有一個(gè)通孔，軸的一端嵌入在該通孔內(nèi)并可沿該孔作伸縮運(yùn)動(dòng)。凸起塊和橫梁之間設(shè)置有壓縮彈簧。兩根力桿對稱分布在軸兩側(cè)，每根力桿的一端都分別通過連接桿與軸的凸起塊連接，連接桿的兩端分別與力桿和凸起塊可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，每根力桿的另一端都分別與一個(gè)夾頭連接，每根力桿在其兩端之間都分別與所述橫梁的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。本發(fā)明的拉伸夾具結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便，在低溫下有效地克服了試件打滑的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G01N3/04GK1635355SQ20031011309
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者付紹云, 潘勤彥 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所