拉力试验机楔形夹头的简单分析及探讨

更新时间:2017-03-17 来源:拉力试验机关闭

        测定材料的力学性能的主要设备是拉力试验机。在最大负荷为10kN以上的拉力试验机上做抗拉强度试验时,所用的夹头一般为楔形夹头,见图1所示)。任何一种夹头,在夹紧时应该把试件夹紧锁牢,在拆卸试件残体时应该方便、省力。但是楔形夹头(以下简称夹头)在拉力试验中,常常出现“锁死”试件,或者出现试样“打滑”及“崩齿”等现象,给试验工作带来诸多不便。

        “锁死”现象是试样在拉断后,不能或很难取出。“打滑”是试样在拉伸过程中试样与夹口之间出现滑动,影响拉伸实验结果。下面利用理论力学及机械原理方面的力学知识,从理论上简单分析“打滑”及“锁死”现象。

    2拉力试验机楔形夹头“打滑”及“锁死”现象分析

    2.1“打滑”现象分析

        打滑现象经常出现在拉力试验中,表现为试样与夹口之间出现滑动,影响实验结果。现经大量实验证明打滑是由于楔形夹角过大所致。

        若楔形夹角较大,则卡口夹紧行程的扩张量大,试件容易装卡与拆卸,但自锁性能差,试件容易在卡口中“打滑”。

        实际工作中,经常出现图3所示的情况,主要原因是试样沿纵向存在弯曲现象。

        各大拉力试验机厂商都有各自解决打滑现象的方案及办法。国内老式万能试验机解决的办法是采用双夹板策略;济南万测采取了与美国济南万测相近的办法,同时也采用双夹头的办法,但效果都不理想。

        比较成功的是采取了双液压缸平行夹持式夹头,但这种方法带来了系统的复杂性,降低了系统的可靠性,会缩短夹头的使用寿命,同时增加了设备维护的难度,一旦夹头的液压系统出现故障,只能找厂家维修,这就增加了使用成本。

        在既不增加使用成本,又可以比较有效防止打滑的方案,济南万测采用的巧妙而又简洁设计,图4是济南万测夹头示意图,这种设计将夹口和夹板合二为一,利用拉伸弹簧将夹口与液压头连接在一起,同时又可利用弹簧的拉力将夹口与夹体紧密连接在一起,防止试样出现试样弯曲时出现“不对中”现象。

        日常工作中解决“打滑”现象的办法是,尽量正确夹持试样,同时注意保养好夹口的齿形,防止齿形损坏。

    2.2“锁死”现象分析

        “锁死”现象发生在试样拉断后,残余试样无法正常取出。表现为夹口无法顺利张开,故认为“锁死”现象理论上是由于楔形夹角“相对”较小导致。这里从理论力学及机械原理相关知识人手,简单介绍这种现象发生的力学原因。

        楔形夹角较小时,虽然夹头自锁性能好,容易把试件夹紧锁牢,特别是容易把有色金属试件及低硬度钢材试件夹紧锁牢;但是夹得越紧、锁得越牢,试件残体的拆卸就越困难,即出现“锁死”现象。

        “锁死”现象发生时的受力情况见示意图5。实际工作中,“锁死”现象发生时夹口的齿形深深地“嵌人”残余试样当中,根据图5A所示,这时可以把左右两个夹板(包括夹口)连同残余试样,看作一个整体。这样以残余试样与夹板为整体来分析,得出图5B的受力示意图。

        拉力试验机的楔形夹角在设计时已经考虑到“锁死”现象,所设计的楔形夹角已经足够大,可以避免发生“锁死”现象。

        但是在实际工作中,拉力试验机长期频繁使用,夹体与夹板之间因为接触疲劳等原因,出现小的疲劳蚀坑。同时因为保养与维护不够,夹体与夹板之间长期未清除污垢,或者未及时更换二硫化铝等润滑剂。导致夹体与夹板之间的摩擦力相对3结论

        综上所述,“打滑”现象是由于楔形夹角过大所致,“锁死”现象是由于楔形夹角过小所致。

        “打滑”现象是除ZWICK外,几乎所有拉力试验机无法避免的问题。日常工作中,解决“打滑”现象的办法是尽量使试样平直,并正确夹持试样。

        日常工作中,解决“锁死”现象的办法是加强拉力试验机日常维护,尤其是经常维护夹体与夹板之间清洁与润滑。

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