一種基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具，包括主箱體400、分置在主箱體400內(nèi)兩側(cè)的試樣夾持機(jī)構(gòu)100和夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)200、以及連接在主箱體與試驗(yàn)機(jī)主軸形成聯(lián)接的轉(zhuǎn)接法蘭300，夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)通過杠桿翹板204將彈簧上的力傳遞到夾塊上。本發(fā)明試驗(yàn)夾具可判讀大小的夾持力，夾持力可調(diào)節(jié)范圍足夠大，適應(yīng)不同種類的材料的夾持,可在溫濕環(huán)境箱中方便地使用。本發(fā)明試驗(yàn)夾具的夾持力不會(huì)因試樣本身的微小變形而迅速變小，可有效防止試驗(yàn)過程中試樣滑脫的現(xiàn)象。適用于不同類型的試樣，用于單軸或多軸拉壓循環(huán)試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、松弛試驗(yàn)，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能齊全，加工方便，經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料試驗(yàn)機(jī)夾持試樣的夾具相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為了考慮材料在不同溫度和濕度環(huán)境下的力學(xué)性能，通常需要將材料試樣置于一個(gè)密閉的可以調(diào)節(jié)溫度和濕度的環(huán)境箱中進(jìn)行測(cè)試。這樣的試驗(yàn)環(huán)境必須尋找一種有異于常規(guī)試驗(yàn)的新型夾具，即需要一種結(jié)構(gòu)緊湊功能多樣的夾具。通常室溫環(huán)境下的試驗(yàn)一般采用試驗(yàn)機(jī)自帶的液壓夾具，液壓夾具具有良好的對(duì)中性和可調(diào)壓力等優(yōu)點(diǎn)，但是該類夾具體積比較大并需要連接很多液壓油管，很難將其置于一個(gè)密閉的溫濕環(huán)境箱中。即使能夠?qū)⒁簤簥A具置于環(huán)境箱中，也由于其體積較大，影響環(huán)境箱中空氣的對(duì)流，從而影響溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的均勻性。并且液壓夾具不宜置于高溫中使用。目前也有各類機(jī)械式夾具，大多使用螺紋緊固的原理，該類夾具具有可以置于環(huán)境箱中且簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)。但是該類夾具的一個(gè)普遍缺點(diǎn)是不能判斷所施加的夾持力的大小，當(dāng)夾持比較軟的高分子材料或生物材料試樣的時(shí)候，容易將試樣夾壞或夾不緊。高分子材料在高溫下做蠕變或循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，通常一個(gè)試驗(yàn)需要幾個(gè)小時(shí)，試樣的被夾持端會(huì)出現(xiàn)蠕變流動(dòng)變扁或變細(xì)，對(duì)于普通機(jī)械式夾具來說，這樣的變形將導(dǎo)致夾持力突降以致試樣滑脫。另外普通機(jī)械式夾具能夠夾持的試樣類型比較單一，導(dǎo)致做不同試驗(yàn)需要加工或購(gòu)買不同的夾具，大大增加了試驗(yàn)成本。由于通常所做的試驗(yàn)很少考慮濕度的影響，所以普通的機(jī)械式夾具生產(chǎn)時(shí)大多用的是普通的碳鋼。當(dāng)進(jìn)行高濕度試驗(yàn)時(shí)容易該類夾具容易生銹。本發(fā)明旨在解決上述液壓夾具或普通機(jī)械式夾具，在高溫高濕環(huán)境下存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是構(gòu)造一種基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具，其特征在于，包括主箱體400、分置在主箱體內(nèi)腔兩側(cè)的試樣夾持機(jī)構(gòu)100和夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)200、以及連接在主箱體與試驗(yàn)機(jī)主軸形成聯(lián)接的轉(zhuǎn)接法蘭300 ;試樣夾持機(jī)構(gòu)100由增壓板106、杠桿墊板103以及設(shè)置在增壓板106和杠桿墊板103間的雙楔夾塊副107和108構(gòu)成，兩個(gè)對(duì)中螺栓116和兩個(gè)預(yù)緊螺栓114對(duì)稱地設(shè)置在雙楔夾塊副兩側(cè)的增壓板106和杠桿墊板103上；夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)200具有彈簧蓋板205，在彈簧蓋板205與杠桿墊板103之間設(shè)置有多個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)213 ；各彈簧機(jī)構(gòu)由固連在杠桿墊板103上的螺桿、套置在各螺桿上的彈簧、以及將螺桿固定在彈簧蓋板205上的螺帽構(gòu)成；支點(diǎn)遠(yuǎn)端傳力螺栓210穿過彈簧蓋板205和杠桿墊板103后通過增壓螺母217與杠桿翹板204的一端聯(lián)接，杠桿翹板204的另一端與支點(diǎn)近端傳力螺栓215的一端聯(lián)接；支點(diǎn)近端傳力螺栓215的另一端聯(lián)接在增壓板106上；杠桿翹板204的支點(diǎn)凸緣216支撐在杠桿墊板103上，支點(diǎn)凸緣216至支點(diǎn)遠(yuǎn)端傳力螺栓210的距離遠(yuǎn)大于其至支點(diǎn)近端傳力螺栓215的距離。
[0006]本發(fā)明的工作原理可結(jié)合附圖看出，當(dāng)擰緊增壓螺母217時(shí)，支點(diǎn)遠(yuǎn)端傳力螺栓210帶動(dòng)彈簧蓋板205壓縮彈簧，從而支點(diǎn)遠(yuǎn)端傳力螺栓上有一個(gè)軸向的拉力，其大小等于所有被壓縮的彈簧的彈力之和(圖3中的力F1),在已知彈簧剛度的條件下可以計(jì)算該力的大小。主箱體具有可使雙楔夾塊副107和108在其上滑動(dòng)的凸形導(dǎo)槽419，雙楔夾塊副107和108的四個(gè)夾塊可以在槽內(nèi)滑動(dòng)，四個(gè)即兩個(gè)外層夾塊和兩個(gè)內(nèi)層夾塊，內(nèi)層夾塊與外層夾塊之間通過一個(gè)傾斜面緊密貼合，因?yàn)樵撔泵娴拇嬖冢沟脢A緊試樣時(shí)內(nèi)層夾塊下壓，外層夾塊上升，從而夾塊與主箱體的凸形導(dǎo)槽緊密結(jié)合，使得用該夾具做拉壓循環(huán)試驗(yàn)的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)當(dāng)軸力反向時(shí)因夾具的間隙導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變曲線突變的現(xiàn)象。內(nèi)層夾塊可以方便的更換，使得該夾具能夠夾持多種形狀的試樣，所夾試樣的尺寸不同可以調(diào)節(jié)對(duì)中螺栓和預(yù)緊螺栓，使得夾塊夾緊試樣時(shí)試樣的中心剛好與夾具的中心重合，從而實(shí)現(xiàn)適用于多種尺寸的試樣目的。
[0007]轉(zhuǎn)接法蘭300可將本發(fā)明夾具連接在不同的試驗(yàn)機(jī)上。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明夾具具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，能夠:
[0009]I，在溫濕環(huán)境箱中方便地使用；
[0010]2，提供一個(gè)可判讀大小的夾持力，可提供的夾持力的大小的范圍足夠大,適應(yīng)不同種類的材料的夾持；
[0011]3，提供的夾持力不會(huì)因試樣本身的微小變形而迅速變小，有效防止試驗(yàn)過程中試樣滑脫的現(xiàn)象；
[0012]4，有易更換的夾塊，適用于不同類型的試樣；
[0013]5，用于單軸或多軸拉壓循環(huán)試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、松弛試驗(yàn)。
[0014]本發(fā)明所有主要部件用不銹鋼加工而成，有效防止高濕環(huán)境下的生銹問題，而且整個(gè)夾具結(jié)構(gòu)非常緊湊，解決了在狹小的環(huán)境箱中使用的問題。
[0015]使用時(shí)，利用夾具主箱體400的空腔裝上多根彈簧，并用一個(gè)彈簧蓋板205和起到杠桿作用的杠桿翹板204將所有彈簧上的力放大后施加在夾塊上，從而可以通過觀察彈簧蓋板在主箱體中的位置判斷彈簧被壓縮的量，結(jié)合彈簧的剛度和杠桿的放大比就可算出施加在試樣上的夾持力的大小。假設(shè)有五根彈簧，每根彈簧上的極限彈力為200N，杠桿的放大系數(shù)為8，那么施加在夾塊上的極限壓力可達(dá)到8000N。通過調(diào)節(jié)增壓螺母217可以調(diào)節(jié)彈簧的被壓縮量，即可改變彈力大小，從而可以給試樣提供從ON到8000N范圍內(nèi)的任意一個(gè)夾持壓力值。當(dāng)試樣有微小的變形時(shí)，彈簧也有相應(yīng)的微小變形，但是彈簧的微小變形不會(huì)使其彈力突降，從而保持了適當(dāng)?shù)膴A持力，有效防止試樣的滑脫。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1為本發(fā)明夾具的結(jié)構(gòu)裝配示意爆炸視圖。
[0017]圖2為本發(fā)明夾具用于試驗(yàn)時(shí)夾持試樣的示意圖。
[0018]圖3為圖2的A-A剖面圖。
[0019]圖4為夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)的構(gòu)成示意圖。
[0020]圖5為夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)力的傳遞原理圖。
[0021]圖6為拆除夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)之后的夾具主體構(gòu)成示意圖。[0022]圖7為試驗(yàn)過程中軸力和扭矩的傳遞示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳述。
[0024]圖1通過爆炸視圖的方式，給出了各個(gè)部件的裝配關(guān)系圖。其中(C)為裝配好的夾具整體示意圖；圖1(b)為展示個(gè)部件相對(duì)位置關(guān)系的正等測(cè)爆炸視圖，圖1(a)和圖1(d)分別為圖1(b)的右視圖和俯視圖。
[0025]圖2是用一對(duì)本發(fā)明的夾具夾持試樣的示意圖。
[0026]圖3通過剖面圖的方式展示了圖⑵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0027]圖4給出了夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)200的構(gòu)成方式。
[0028]圖5給出了夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)200的工作原理示意圖，其中F為每根彈簧上的力的大小，F(xiàn)1等于所有彈簧的彈力大小之和，F(xiàn)3為力F1經(jīng)過杠桿放大之后的力，該力等于加到夾塊上的力。F2是杠桿支座反力，其大小等于F1與F3的大小之和。
[0029]圖6單獨(dú)給出了夾具主體部分由主箱體400和轉(zhuǎn)接法蘭300和內(nèi)外兩副夾塊108和107構(gòu)成。
[0030]圖7表明試驗(yàn)過程中試樣上的力直接通過主箱體400傳遞到法蘭300上，N和M分別表示軸力和扭矩。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖3所示，用一對(duì)本發(fā)明夾具夾持試樣置于環(huán)境箱中，通過轉(zhuǎn)接法蘭300與MTS材料試驗(yàn)機(jī)相連。裝試樣時(shí)，先根據(jù)試樣的厚度調(diào)節(jié)對(duì)中螺栓116使得試樣的中心與夾具的中心重合，然后輕輕擰預(yù)緊螺栓114將夾塊緊貼試樣，最后用扳手?jǐn)Q加壓螺母217得到合適的夾持力。試驗(yàn)做完后，用扳手松開增壓螺母217即可將夾具松開，將試樣取出。
【權(quán)利要求】
1.一種基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具，其特征在于，包括主箱體(400)、分置在主箱體內(nèi)腔兩側(cè)的試樣夾持機(jī)構(gòu)(100)和夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)(200)、以及連接在主箱體與試驗(yàn)機(jī)主軸形成聯(lián)接的轉(zhuǎn)接法蘭(300);試樣夾持機(jī)構(gòu)(100)由增壓板(106)、杠桿墊板(103)以及設(shè)置在增壓板和杠桿墊板間的雙楔夾塊副(107)和(108)構(gòu)成，兩個(gè)對(duì)中螺栓(116)和兩個(gè)預(yù)緊螺栓(114)對(duì)稱地設(shè)置在雙楔夾塊副兩側(cè)的增壓板和杠桿墊板上；夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)(200)具有彈簧蓋板(205)，在彈簧蓋板(205)與杠桿墊板(103)之間設(shè)置有多個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)(213);各彈簧機(jī)構(gòu)由固連在杠桿墊板(103)上的螺桿、套置在各螺桿上的彈簧、以及將螺桿固定在彈簧蓋板(205)上的螺帽構(gòu)成；支點(diǎn)遠(yuǎn)端傳力螺栓(210)穿過彈簧蓋板(205)和杠桿墊板(103)后通過增壓螺母(217)與杠桿翹板(204)的一端聯(lián)接，杠桿翹板(204)的另一端與支點(diǎn)近端傳力螺栓(215)的一端聯(lián)接；支點(diǎn)近端傳力螺栓的另一端聯(lián)接在增壓板(106)上；杠桿翹板(204)的支點(diǎn)凸緣(216)支撐在杠桿墊板(103)上，支點(diǎn)凸緣(216)至支點(diǎn)遠(yuǎn)端傳力螺栓(210)的距離遠(yuǎn)大于其至支點(diǎn)近端傳力螺栓(215)的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于杠桿原理的多功能材料試驗(yàn)夾具，其特征在于，所述主箱體具有可使雙楔夾塊副(107)和(108)在其上滑動(dòng)的凸形導(dǎo)槽(419)。
【文檔編號(hào)】G01N3/04GK103712854SQ201410004988
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】盧福聰, 康國(guó)政, 張建偉, 蔣晗, 劉宇杰 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)