一種基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具，包括主箱體、分置在主箱體內兩側的試樣夾持機構和夾持力調整機構、以及連接在主箱體與試驗機主軸形成聯接的轉接法蘭，夾持力調整機構通過杠桿翹板將彈簧上的力傳遞到夾塊上。本實用新型試驗夾具可判讀大小的夾持力，夾持力可調節范圍足夠大，適應不同種類的材料的夾持,可在溫濕環境箱中方便地使用。本實用新型試驗夾具的夾持力不會因試樣本身的微小變形而迅速變小，可有效防止試驗過程中試樣滑脫的現象。適用于不同類型的試樣，用于單軸或多軸拉壓循環試驗、扭轉試驗、松弛試驗，且具有結構簡單，功能齊全，加工方便，經濟適用等優點。
【專利說明】一種基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于材料試驗機夾持試樣的夾具相關領域。
【背景技術】
[0002]為了考慮材料在不同溫度和濕度環境下的力學性能，通常需要將材料試樣置于一個密閉的可以調節溫度和濕度的環境箱中進行測試。這樣的試驗環境必須尋找一種有異于常規試驗的新型夾具，即需要一種結構緊湊功能多樣的夾具。通常室溫環境下的試驗一般采用試驗機自帶的液壓夾具，液壓夾具具有良好的對中性和可調壓力等優點，但是該類夾具體積比較大并需要連接很多液壓油管，很難將其置于一個密閉的溫濕環境箱中。即使能夠將液壓夾具置于環境箱中，也由于其體積較大，影響環境箱中空氣的對流，從而影響溫度場和濕度場的均勻性。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境箱中且簡單易用的優點。但是該類夾具的一個普遍缺點是不能判斷所施加的夾持力的大小，當夾持比較軟的高分子材料或生物材料試樣的時候，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試驗時，通常一個試驗需要幾個小時，試樣的被夾持端會出現蠕變流動變扁或變細，對于普通機械式夾具來說，這樣的變形將導致夾持力突降以致試樣滑脫。另外普通機械式夾具能夠夾持的試樣類型比較單一，導致做不同試驗需要加工或購買不同的夾具，大大增加了試驗成本。由于通常所做的試驗很少考慮濕度的影響，所以普通的機械式夾具生產時大多用的是普通的碳鋼。當進行高濕度試驗時容易該類夾具容易生銹。本實用新型旨在解決上述液壓夾具或普通機械式夾具，在高溫高濕環境下存在的問題。
實用新型內容
[0003]鑒于上述現有技術的不足，本實用新型的目的是構造一種基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具，使之克服現有技術的以上缺點。
[0004]本實用新型的目的是通過如下的設計實現的。
[0005]一種基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具，其特征在于，包括主箱體400、分置在主箱體內腔兩側的試樣夾持機構100和夾持力調整機構200、以及連接在主箱體與試驗機主軸形成聯接的轉接法蘭300 ;試樣夾持機構100由增壓板106、杠桿墊板103以及設置在增壓板106和杠桿墊板103間的雙楔夾塊副107和108構成，兩個對中螺栓116和兩個預緊螺栓114對稱地設置在雙楔夾塊副兩側的增壓板106和杠桿墊板103上；夾持力調整機構200具有彈簧蓋板205，在彈簧蓋板205與杠桿墊板103之間設置有多個彈簧機構213 ；各彈簧機構由固連在杠桿墊板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上的螺帽構成；支點遠端傳力螺栓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的一端聯接，杠桿翹板204的另一端與支點近端傳力螺栓215的一端聯接；支點近端傳力螺栓215的另一端聯接在增壓板106上；杠桿翹板204的支點凸緣216支撐在杠桿墊板103上，支點凸緣216至支點遠端傳力螺栓210的距離遠大于其至支點近端傳力螺栓215的距離。
[0006]本實用新型的工作原理可結合附圖看出，當擰緊增壓螺母217時，支點遠端傳力螺栓210帶動彈簧蓋板205壓縮彈簧，從而支點遠端傳力螺栓上有一個軸向的拉力，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在其上滑動的凸形導槽419，雙楔夾塊副107和108的四個夾塊可以在槽內滑動，四個即兩個外層夾塊和兩個內層夾塊，內層夾塊與外層夾塊之間通過一個傾斜面緊密貼合，因為該斜面的存在，使得夾緊試樣時內層夾塊下壓，外層夾塊上升，從而夾塊與主箱體的凸形導槽緊密結合，使得用該夾具做拉壓循環試驗的時候不會出現當軸力反向時因夾具的間隙導致應力應變曲線突變的現象。內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節對中螺栓和預緊螺栓，使得夾塊夾緊試樣時試樣的中心剛好與夾具的中心重合，從而實現適用于多種尺寸的試樣目的。
[0007]轉接法蘭300可將本實用新型夾具連接在不同的試驗機上。
[0008]與現有技術相比，本實用新型夾具具有明顯的優點，能夠:
[0009]1，在溫濕環境箱中方便地使用；
[0010]2，提供一個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,適應不同種類的材料的夾持；
[0011]3，提供的夾持力不會因試樣本身的微小變形而迅速變小，有效防止試驗過程中試樣滑脫的現象；
[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試驗、扭轉試驗、松弛試驗。
[0014]本實用新型所有主要部件用不銹鋼加工而成，有效防止高濕環境下的生銹問題，而且整個夾具結構非常緊湊，解決了在狹小的環境箱中使用的問題。
[0015]使用時，利用夾具主箱體400的空腔裝上多根彈簧，并用一個彈簧蓋板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。假設有五根彈簧，每根彈簧上的極限彈力為200N，杠桿的放大系數為8，那么施加在夾塊上的極限壓力可達到8000N。通過調節增壓螺母217可以調節彈簧的被壓縮量，即可改變彈力大小，從而可以給試樣提供從ON到8000N范圍內的任意一個夾持壓力值。當試樣有微小的變形時，彈簧也有相應的微小變形，但是彈簧的微小變形不會使其彈力突降，從而保持了適當的夾持力，有效防止試樣的滑脫。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0016]圖1為本實用新型夾具的結構裝配示意爆炸視圖。
[0017]圖2為本實用新型夾具用于試驗時夾持試樣的示意圖。
[0018]圖3為圖2的A-A剖面圖。
[0019]圖4為夾持力調整機構的構成示意圖。
[0020]圖5為夾持力調整機構力的傳遞原理圖。
[0021]圖6為拆除夾持力調整機構之后的夾具主體構成示意圖。[0022]圖7為試驗過程中軸力和扭矩的傳遞示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖，對本實用新型的結構作進一步的詳述。
[0024]圖1通過爆炸視圖的方式，給出了各個部件的裝配關系圖。其中(C)為裝配好的夾具整體示意圖；圖1(b)為展示個部件相對位置關系的正等測爆炸視圖，圖1(a)和圖1(d)分別為圖1(b)的右視圖和俯視圖。
[0025]圖2是用一對本實用新型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(2)的內部結構。
[0027]圖4給出了夾持力調整機構200的構成方式。
[0028]圖5給出了夾持力調整機構200的工作原理示意圖，其中F為每根彈簧上的力的大小，Fl等于所有彈簧的彈力大小之和，F3為力Fl經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Fl與F3的大小之和。
[0029]圖6單獨給出了夾具主體部分由主箱體400和轉接法蘭300和內外兩副夾塊108和107構成。
[0030]圖7表明試驗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。
[0031]【具體實施方式】
[0032]如圖3所示，用一對本實用新型夾具夾持試樣置于環境箱中，通過轉接法蘭300與MTS材料試驗機相連。裝試樣時，先根據試樣的厚度調節對中螺栓116使得試樣的中心與夾具的中心重合，然后輕輕擰預緊螺栓114將夾塊緊貼試樣，最后用扳手擰加壓螺母217得到合適的夾持力。試驗做完后，用扳手松開增壓螺母217即可將夾具松開，將試樣取出。
【權利要求】
1.一種基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具，其特征在于，包括主箱體(400)、分置在主箱體內腔兩側的試樣夾持機構(100)和夾持力調整機構(200)、以及連接在主箱體與試驗機主軸形成聯接的轉接法蘭(300);試樣夾持機構(100)由增壓板(106)、杠桿墊板(103)以及設置在增壓板和杠桿墊板間的雙楔夾塊副(107，108)構成，兩個對中螺栓(116)和兩個預緊螺栓(114)對稱地設置在雙楔夾塊副兩側的增壓板和杠桿墊板上；夾持力調整機構(200)具有彈簧蓋板(205)，在彈簧蓋板(205)與杠桿墊板(103)之間設置有多個彈簧機構(213);各彈簧機構由固連在杠桿墊板(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)上的螺帽構成；支點遠端傳力螺栓(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)的一端聯接，杠桿翹板(204)的另一端與支點近端傳力螺栓(215)的一端聯接；支點近端傳力螺栓的另一端聯接在增壓板(106)上；杠桿翹板(204)的支點凸緣(216)支撐在杠桿墊板(103)上，支點凸緣(216)至支點遠端傳力螺栓(210)的距離遠大于其至支點近端傳力螺栓(215)的距離。
2.根據權利要求1所述之基于杠桿原理的多功能材料試驗夾具，其特征在于，所述主箱體具有可使雙楔夾塊副(107，108)在其上滑動的凸形導槽(419)。
【文檔編號】G01N3/04GK203732359SQ201420008808
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】盧福聰, 康國政, 張建偉, 蔣晗, 劉宇杰 申請人:西南交通大學