專利名稱：用于薄膜材料拉伸力學性能測試的拉伸夾具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量技術中所使用的夾具，更具體地說，本實用新型涉及一種適于在低溫環(huán)境下進行薄膜材料性能測試的拉伸夾具。
背景技術：
拉伸夾具是測量材料的拉伸力學性能的關鍵部件之一。在試驗過程中，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機固定連接，試驗機通過夾具拉伸試樣，測量數(shù)據(jù)通過高精度、高靈敏的儀器連接到計算機上控制采集。最終獲得試樣的拉伸強度、彈性模量、延伸率等力學性能。
隨著薄膜材料的發(fā)展，尤其是薄膜材料在低溫下的應用不斷擴展，研究薄膜材料在低溫下的力學性能就顯得日益重要。目前在測量薄膜材料的拉伸力學性能時，國內(nèi)外試驗機廠提供的薄膜拉伸試驗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，從而與試驗機連接進行拉伸試驗。這種夾具的結構如圖1所示，薄膜試樣1夾持在兩層橡皮墊2和3之間，并整體上設置在一個矩形外殼4內(nèi)，通過一個與外殼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。
這種夾具的缺點是1)夾具不易安裝、試樣對中性能不好；2)當在低溫下測量材料的拉伸性能時，由于低溫環(huán)境的特殊性質(zhì)，帶螺紋的夾具會產(chǎn)生松動，夾具和試樣之間會發(fā)生嚴重打滑現(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
本實用新型的目的在于提供一種適合于在低溫環(huán)境下對薄膜試樣進行拉伸力學性能測試的拉伸夾具。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種用于薄膜材料拉伸力學性能測試的拉伸夾具，包括
兩個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動；在所述軸的凸起塊和橫梁之間設置的壓縮彈簧；對稱分布在所述軸兩側的兩根力桿，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動連接；每根力桿的另一端都分別與一個夾頭連接；每根力桿在其兩端之間都分別與所述橫梁的一端可轉動連接。
所述壓縮彈簧套設于所述軸上。
所述力桿與夾頭可轉動連接。該夾具進一步包括一個滑槽，所述兩個夾頭中的一個與滑槽可固定連接，所述兩個夾頭的另一個可滑動地設置在滑槽內(nèi)。
所述夾頭的用于夾持薄膜試樣的側面為鋸齒形表面。
本實用新型拉伸試驗夾具與國內(nèi)外現(xiàn)使用的夾具相比，結構簡單，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)境下能夠實現(xiàn)多樣品測量，大大節(jié)約了成本。本實用新型的低溫拉伸夾具可用于測量薄膜材料的拉伸強度、彈性模量、斷裂延伸率等常溫及低溫力學性能。


圖1是螺紋旋緊式薄膜拉伸夾具示意圖；圖2是本實用新型的拉伸夾具的結構示意圖；圖3是圖2的拉伸夾具中的軸的結構示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為側視圖；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構示意圖；圖8是圖2的拉伸夾具中的滑槽的結構示意圖；圖9是與圖8的滑槽固定連接的一個夾頭的結構示意圖。
具體實施方案
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述。
圖2是本實用新型的拉伸夾具的整體裝配示意圖。如圖2所示，本實用新型的拉伸夾具基本上是沿軸10呈左右對稱。該夾具包括兩個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動，這將在下面的內(nèi)容中詳細描述。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，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可轉動連接，而連接桿70’的兩端分別與力桿60’和凸起塊13可轉動連接。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的一端可轉動連接。
下面將詳細描述本實用新型的拉伸夾具各個組成部分的結構。
參見圖3所示的軸10并結合圖2。軸10的一端具有一個開孔12，該開孔12在實驗時與拉伸試驗機連接。在開孔12的下方，軸10具有一個止檔塊11，該止檔塊11保證軸10在實驗時與拉伸試驗機連接對中。止檔塊11可以為固定在軸10上的單個元件，也可以與軸10整體成形。止檔塊11的下方固定有一個凸起塊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’的一端可轉動連接。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)伸縮運動。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可轉動連接。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可轉動的連接。通孔71與力桿60的一端可轉動連接。連接桿70’與連接桿70的結構相同，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70一端可轉動連接。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20一端可轉動連接。力桿60的通孔61用于與夾頭30連接。力桿60’與力桿60結構相同，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’并結合圖2。夾頭30具有一個凹口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側面33最好具有鋸齒狀的表面(未示出)，以提供增強的夾持力。
力桿60與夾頭30采用固定連接或可轉動連接的方式。當采用固定連接方式時，夾頭30’與夾頭30結構相同，并且以對稱的方式與力桿60’連接。當力桿60與夾頭30以及力桿60’與夾頭30’之間可轉動連接時，為了防止夾頭打滑，夾頭30和30’最好是設置在一個滑槽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，本實用新型的拉伸夾具在工作時，沿箭頭90和90’的方向壓動力桿60和60’，在連接桿70和70’的帶動下，凸起塊13帶動軸10向下壓縮彈簧50，軸10的一端15在橫梁20的通孔21內(nèi)進一步伸入，或直至穿出該通孔21。同時，夾頭30和30’在力桿60和60’的帶動下在滑槽80內(nèi)分別沿箭頭100和100’方向運動。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向上推動凸起塊13，在連接桿70和70’的帶動下，力桿60和60’沿箭頭90和90’的反方向運動，而夾頭30和30’在力桿60和60’的帶動下在滑槽80內(nèi)分別沿箭頭100和100’的反方向運動，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與試驗機的萬向連接軸固定。最后放置在密閉低溫拉伸實驗容器中進行測量。
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驗過程中出現(xiàn)的打滑問題。
為防止本實用新型的拉伸夾具在使用過程中的各個可轉動連接部位有可能出現(xiàn)滑落而對試驗造成影響，因此在通過如銷釘?shù)染o固件的連接表面設置有墊片，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。
本實用新型中的各部件，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)試驗表明，本實用新型的拉伸夾具可很好的應用于低溫環(huán)境77K的拉伸力學測量，在室溫和低溫下能夠準確、可靠、穩(wěn)定地測量薄膜復合材料的拉伸強度、彈性模量、斷裂延伸率，夾具本身對試驗結果無影響。試樣的工作肩處無損傷，斷裂部位均在標準規(guī)定的標距范圍內(nèi)，變形均勻，表明本夾具夾持部位設計較為合理；同時經(jīng)多個同樣品測試結果顯示，數(shù)據(jù)的重復性較好，可認為夾具本身對測量基本無影響。
權利要求1.一種用于薄膜材料拉伸力學性能測試的拉伸夾具，其特征在于，該拉伸夾具包括兩個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動；在所述軸的凸起塊和橫梁之間設置的壓縮彈簧；對稱分布在所述軸兩側的兩根力桿，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動連接；每根力桿的另一端都分別與一個夾頭連接；每根力桿在其兩端之間都分別與所述橫梁的一端可轉動連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述壓縮彈簧套設于所述軸上。
3.根據(jù)權利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述力桿與夾頭可轉動連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的拉伸夾具，其特征在于，進一步包括一個滑槽，所述兩個夾頭中的一個與滑槽可固定連接，所述兩個夾頭的另一個可滑動地設置在滑槽內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求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面為鋸齒形表面。
專利摘要本實用新型公開了一種用于薄膜材料拉伸力學性能測試的拉伸夾具，該夾具包括兩個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通孔，軸的一端嵌入在該通孔內(nèi)并可沿該孔作伸縮運動。凸起塊和橫梁之間設置有壓縮彈簧。兩根力桿對稱分布在軸兩側，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動連接，每根力桿的另一端都分別與一個夾頭連接，每根力桿在其兩端之間都分別與所述橫梁的一端可轉動連接。本實用新型的拉伸夾具結構簡單，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G01N3/04GK2665698SQ20032011375
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權日2003年12月30日
發(fā)明者付紹云, 潘勤彥 申請人:中國科學院理化技術研究所