RU2089872C1

RU2089872C1 - Gripper for mechanical test of specimen

Info

Publication number: RU2089872C1
Authority: RU
Inventors: Николай Зеликович Брауде; Игорь Николаевич Шканов
Original assignee: Николай Зеликович Брауде; Игорь Николаевич Шканов
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: testing equipment. SUBSTANCE: gripper has case 1, wedge inserts 7,8, clamp 11 with journals 12, 13, tie rod 21, clamping members 15, 16, drive 17 for movement of clamping members. EFFECT: increased reliability by exclusion of axial force during preliminary compression. 3 dwg

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям, а именно к захватам для крепления образцов при механических испытаниях. The invention relates to mechanical tests, namely, grippers for mounting samples during mechanical tests.

Известен захват для крепления образцов при механических испытаниях, содержащий корпус, размещенные в нем вкладыш, два эксцентричных рычага, установленных параллельно друг другу, взаимодействующих одним концом с вкладышем, а другим со стяжным винтом и гайкой (авт. св. СССР N781668, кл. G 01 N 3/04,1980). Known capture for mounting samples during mechanical testing, comprising a housing, a liner placed therein, two eccentric levers mounted parallel to each other, interacting at one end with the liner, and the other with a tightening screw and nut (ed. St. USSR N781668, class G 01 N 3 / 04.1980).

Недостатком захвата является невысокая надежность зажима из-за того, что зажимное усилие, создаваемое стяжным винтом и гайкой, передается на вкладыш и соответственно на образец через промежуточное звено, состоящее из двух эксцентричных рычагов, наличие которых приводит к затруднению контроля усилия сжатия образца в захвате. Недостаточное усилие сжатия при затяжке образца в захвате приводит к его проскальзыванию в процессе испытания, а чрезмерно большое усилие сжатия приводит (особенно при испытании композиционных и полимерных материалов) к созданию неравномерного напряженного состояния и локальному разрушению образца в местах крепления его в захватах. The drawback of the grip is the low clamping reliability due to the fact that the clamping force created by the coupling screw and nut is transmitted to the liner and, accordingly, to the sample through an intermediate link consisting of two eccentric levers, the presence of which makes it difficult to control the compression force of the sample in the grip. Insufficient compression force when tightening the sample in the grip leads to its slipping during the test, and an excessively large compression force leads (especially when testing composite and polymeric materials) to create an uneven stress state and local destruction of the sample at the points of attachment in the grips.

Кроме того, конструкция захвата не обеспечивает самоцентрирования оси образца в процессе закрепления его в захвате и при последующем нагревании, так как взаимное расположение осей образца и захвата зависит от толщины образца, толщины вкладышей и их взаимного расположения в корпусе. In addition, the capture design does not provide self-centering of the axis of the sample during fixing it in the capture and subsequent heating, since the relative position of the axes of the sample and the capture depends on the thickness of the sample, the thickness of the liners and their relative position in the housing.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является захват для испытания плоских образцов, содержащий корпус с продольными симметрично расположенными пазами с наклоненными поверхностями, пару клиновых вкладышей, устройство для поджима образца с выполненными в корпусе двумя дополнительными пазами, перпендикулярными первым, в которых размещены дополнительные вкладыши [1]
Недостаток данного захвата состоит с том, что предварительный поджим образца осуществляется клиновыми вкладышами путем их перемещения в пазах корпуса вдоль оси приложения нагрузки X-X, что одновременно с закреплением образца в захвате приводит к нежелательному, а иногда и недопустимому нагружению его осевой силой вдоль оси X-X в соответствии с условием

где ε

\binom{*}{xx}

продольная деформация образца в направлении оси X-X, вызванная предварительной затяжкой;
ε

\binom{*}{yx}

поперечная деформация образца в направлении оси У-У, вызванная предварительной затяжкой;
α угол наклона клина вкладышей.The closest in technical essence to the invention is a grip for testing flat samples, comprising a housing with longitudinally symmetrical grooves with inclined surfaces, a pair of wedge inserts, a device for compressing the sample with two additional grooves made in the housing, perpendicular to the first, in which additional inserts are placed [ 1]
The disadvantage of this capture is that the preliminary pressing of the sample is carried out by wedge inserts by moving them in the grooves of the housing along the axis of application of the load XX, which simultaneously with the fixing of the sample in the capture leads to undesirable and sometimes unacceptable loading with axial force along the axis XX in accordance with with the condition

where ε

\binom{*}{xx}

longitudinal deformation of the sample in the direction of the axis XX, caused by pre-tightening;
ε

\binom{*}{yx}

lateral deformation of the sample in the direction of the axis U-U, caused by pre-tightening;
α angle of inclination of the wedge of the liners.

Из приведенного условия следует, что если α < 45^°, наиболее часто встречающийся случай, то ε $\binom{*}{xx}$ >ε $\binom{*}{yx}$ . То есть, если при предварительном поджиме образца один из захватов неподвижен, то происходит нагружение образца осевой сжимающей нагрузки, что при испытании тонких образцов приводит к осевой потере устойчивости. Наиболее сильно этот недостаток проявляется при испытании, например, трехслойных металло-композиционных материалов, когда ε $\binom{*}{yx}$ принимает большие значения, определяемые упругими свойствами неметаллической прослойки, а осевая жесткость обеспечивается двумя тонкими металлическими листами.From the above condition it follows that if α <45 ^° , the most common case, then ε $\binom{*}{xx}$ > ε $\binom{*}{yx}$ . That is, if during preliminary pressing of the sample one of the grips is stationary, then the sample is loaded with axial compressive load, which, when testing thin samples, leads to axial loss of stability. This drawback is most pronounced when testing, for example, three-layer metal-composite materials, when ε $\binom{*}{yx}$ takes large values, determined by the elastic properties of the non-metallic layer, and axial stiffness is provided by two thin metal sheets.

Таким образом, чтобы уменьшать нежелательные продольные деформации ε $\binom{*}{xx}$ необходимо уменьшить уровень предварительного нагружения, а следовательно, и поперечных деформаций ε $\binom{*}{yx}$ что приводит к снижению надежности зажима образца.Thus, in order to reduce unwanted longitudinal strains ε $\binom{*}{xx}$ it is necessary to reduce the level of preloading and, consequently, of transverse strains ε $\binom{*}{yx}$ which reduces the clamping reliability of the sample.

Цель изобретения повышение надежности путем исключения осевой силы при предварительном поджатии образца. The purpose of the invention is to increase reliability by eliminating axial force during preliminary compression of the sample.

Указанная цель достигается тем, что захват снабжен скобой с цапфами, внешняя поверхность которых свободно установлена в соосных отверстиях клиновых вкладышей, выполненных перпендикулярно продольной оси захвата, дополнительные вкладыши размещены внутри скобы и установлены в клиновых вкладышах с противоположной стороны наклонных поверхностей параллельно друг другу, взаимодействуя с одной стороны с устройством для поджима образца, а с другой
с подпятником скобы, установленными в цапфах вдоль оси.This goal is achieved by the fact that the grip is equipped with a bracket with pins, the outer surface of which is freely mounted in the coaxial holes of the wedge inserts made perpendicular to the longitudinal axis of the gripper, additional inserts are placed inside the bracket and installed in the wedge inserts on the opposite side of the inclined surfaces parallel to each other, interacting with one side with a device for compressing the sample, and on the other
with thrust bearing brackets mounted in pins along the axis.

На фиг. 1 изображен захват, общий вид; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a capture, a general view; figure 2 is the same side view; in FIG. 3 section aa in figure 1.

Захват содержит корпус 1 с продольными пазами 2 и 3, симметрично расположенными относительно продольной оси захвата 4. Пазы 2 и 3 выполнены в виде цилиндрических поверхностей, наклоненных под углом α к оси 4 и имеющих общую точку пересечения А осей 4, 5 и 6. В пазы 2 и 3 установлена пара симметричных клиновых вкладышей 7 и 8, имеющих свободу перемещения соответственно вдоль осей 5 и 6. Клиновые вкладыши 7 и 8 имеют соосные отверстия 9 и 10, выполненные перпендикулярно оси 4. В эти отверстия при помощи цапф 12 и 13 свободно установлена скоба 11. В клиновые вкладыши 7 и 8 с противоположной стороны пазов 2 и 3 внутри скобы 11 установлены параллельно друг другу равной толщины зажимные элементы 15 и 16, имеющие двустороннюю насечку и прижимающие образец 14. The capture comprises a housing 1 with longitudinal grooves 2 and 3 symmetrically located relative to the longitudinal axis of the capture 4. The grooves 2 and 3 are made in the form of cylindrical surfaces inclined at an angle α to axis 4 and having a common intersection point A of axes 4, 5 and 6. B grooves 2 and 3, a pair of symmetrical wedge liners 7 and 8 is installed, having freedom of movement along the axes 5 and 6. The wedge liners 7 and 8 have coaxial holes 9 and 10, made perpendicular to axis 4. In these holes, using pins 12 and 13 freely bracket 11 is installed. The towers 7 and 8 on the opposite side of the grooves 2 and 3 inside the bracket 11 are mounted parallel to each other of equal thickness clamping elements 15 and 16, having a double-sided notch and pressing the sample 14.

Привод для перемещения зажимных элементов выполнен в виде винта 17, установленного в цапфе 12. Подпятник 18 установлен в цапфе 13 соосно устройству поджима. Одновременно цапфа 13 содержит центровочное устройство, состоящее из штифта 19 и пружины 20. Для крепления захвата в испытательной машине в корпусе 1 смонтированы тяга 21 и регулировочный диск 22, перемещающийся вдоль оси 4 посредством резьбы 23. Корпус 1 имеет окна 24 и 25, в которых размещены устройство для поджима образца 17 и штифт 19 центровочного устройства, а также симметричные относительно оси 4 окна 26 и 27 для вращения регулировочного диска 22. The drive for moving the clamping elements is made in the form of a screw 17 installed in the pin 12. The thrust bearing 18 is installed in the pin 13 coaxially to the clamping device. At the same time, the pin 13 comprises a centering device consisting of a pin 19 and a spring 20. To secure the gripper in the test machine, a rod 21 and an adjustment disk 22 are mounted in the housing 1, moving along the axis 4 by means of the thread 23. The housing 1 has windows 24 and 25, in which a device for pressing the sample 17 and a pin 19 of the centering device are placed, as well as windows 26 and 27 symmetrical about the axis 4 for rotating the adjusting disk 22.

Захват работает следующим образом. Capture works as follows.

Образец 14 устанавливается между дополнительными вкладышами 15 и 16, центрируясь при необходимости нажатием на штифт 19 до совпадения с отверстием в захватной части образца 14 с последующим возвратом штифта 19 в исходное положение с помощью пружины 20. Приводом для перемещения зажимных элементов 17 производится его предварительное крепление путем поджатия образца 14, установленного между зажимными элементами 15 и 16, к подпятнику 18. Далее производится нагружение образца путем приложения осевого усилия вдоль оси 4. В результате образец зажимается в двух сторон клиновыми вкладышами 7 и 8, взаимодействующими с одной стороны с корпусом 1, а с другой с дополнительными вкладышами 15 и 16, прижимающими образец 14. Sample 14 is installed between the additional inserts 15 and 16, centering, if necessary, by pressing the pin 19 until it coincides with the hole in the gripping part of the sample 14 with the subsequent return of the pin 19 to its original position using the spring 20. The drive for moving the clamping elements 17 is pre-mounted by preloading the sample 14, installed between the clamping elements 15 and 16, to the thrust bearing 18. Next, the sample is loaded by applying axial force along axis 4. As a result, the sample is clamped two sides wedge inserts 7 and 8, which interact with one side of the housing 1, and on the other with additional inserts 15 and 16, the pressing specimen 14.

В силу симметрии пазов 2 и 3 и установленных в них клиновых 7 и 8 и дополнительных 15 и 16 вкладышей, а также благодаря возможности перемещения цапф 12 и 13, скобы 11 в отверстиях 9 и 10 происходит самоцентрирование продольной оси образца и продольной оси А захвата. Due to the symmetry of the grooves 2 and 3 and the wedges 7 and 8 and the additional 15 and 16 inserts installed in them, and also due to the possibility of moving the pins 12 and 13, the bracket 11 in the holes 9 and 10, the longitudinal axis of the sample and the longitudinal axis A of the self-centering are self-centering.

По окончании испытания привод для перемещения зажимных элементов 17 возвращается в исходное положение; вращением регулировочного диска 22 возвращается в исходное положение скоба 11 и через цапфы 12 и 13 клиновые вкладыши 7 и 8, при этом головка образца освобождается от контакта с зажимными элементами 15 и 16 и извлекается из захвата. At the end of the test, the drive for moving the clamping elements 17 returns to its original position; the rotation of the adjusting disk 22 returns to its original position bracket 11 and through the pins 12 and 13, the wedge inserts 7 and 8, while the head of the sample is released from contact with the clamping elements 15 and 16 and is removed from the grip.

Наличие дополнительной пары вкладышей, размещенных внутри скобы и установленных в клиновых захватах параллельно друг другу, позволяет обеспечить контролируемое усилие предварительной затяжки образца в захвате, так как усилие от устройства поджима образца передается непосредственно к захватной части образца. Это исключает проскальзывание, создание неравномерного напряженного состояния и образование локального разрушения образца в местах крепления его в захватах в процессе испытания. Вместе с тем зажимные элементы обеспечивают предварительный зажим образца в плоскости, перпендикулярной оси, что исключает нагружение образца нежелательной продольной силой в процессе закрепления и не накладывает дополнительных ограничений на величину предварительного зажимного усилия, что приводит к повышению надежности зажима. The presence of an additional pair of liners placed inside the bracket and installed in the wedge grips parallel to each other, allows for a controlled pre-tightening force of the sample in the gripper, since the force from the sample clamping device is transmitted directly to the gripping part of the sample. This eliminates slippage, the creation of an uneven stress state and the formation of local fracture of the sample at the points of its fastening in the grips during the test. At the same time, the clamping elements provide preliminary clamping of the sample in a plane perpendicular to the axis, which excludes loading of the sample with undesirable longitudinal force during fixing and does not impose additional restrictions on the amount of preliminary clamping force, which leads to an increase in the clamping reliability.

Наличие скобы с цапфами, имеющие свободу перемещения вдоль оси, перпендикулярной оси захвата, обеспечивает самоцентрирование образца вдоль продольной оси независимо от толщины захватной части исследуемого образца и его упруго пластических свойств. The presence of staples with pins having freedom of movement along an axis perpendicular to the capture axis ensures self-centering of the sample along the longitudinal axis, regardless of the thickness of the gripping part of the test sample and its elastically plastic properties.

Таким образом, предлагаемая конструкция захвата обеспечивает однородное и контролируемое усилие предварительного поджима образца, а также осуществляет самоцентрирование образца вдоль продольной оси независимо от толщины образца и его упруго пластических свойств, что в конечном итоге обеспечивает надежный зажим образца. Thus, the proposed gripping design provides a uniform and controlled pre-clamping force of the sample, and also performs self-centering of the sample along the longitudinal axis, regardless of the thickness of the sample and its elastic-plastic properties, which ultimately ensures reliable clamping of the sample.

Claims

A gripper for mechanical testing of samples, comprising a housing with a longitudinal groove having inclined walls symmetrical with respect to the axis of the housing, a pair of wedge liners placed in the groove, a pair of clamping elements and a drive for moving the liners, characterized in that, in order to increase reliability by eliminating axial force at preliminary compression of the sample, in the wedge inserts made coaxial holes perpendicular to the axis of the housing, the gripper is equipped with a clamp covering the clamping elements with trunnions installed with the possibility Strongly movable in coaxial holes wedge inserts, and a drive for moving the clamping members along the axes of the holes and the clamping elements are arranged in parallel with the axis of the housing for engagement with the inner surface of wedge inserts.