ЗАХВАТ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГИБКИХ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ
GRIPPING DEVICE FOR TESTING FLEXIBLE MATERIALS FOR TENSION

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к захватам для испытания гибких материалов на растяжение.
Известны захваты для испытания гибких материалов, выполненные в виде губок, между которыми с помощью винтового прижима закрепляется испытываемый образец (см. Испытательная техника. Справочник в двух книгах. Кн. 2. /Под ред. проф. В.В.Клюева. Машиностроение. М., 1982, с.557, стр.320-321, рис.11).
Недостатком таких захватов является то, что для удержания образца, особенно из материала, имеющего низкий коэффициент трения, требуется большое усилие прижима губок.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа захват, содержащий зажим и охватываемую гибким образцом улитку, установленные в корпусе захвата (см. Испытательная техника. Справочник в двух книгах. Кн. 2. /Под ред. проф. В.В.Клюева. Машиностроение. М., 1982, с.557, стр.321, рис.13).
В данном захвате указанный выше недостаток отсутствует, так как при охвате поверхности улитки гибким материалом образца (ткань, пленка и т.п.) в зоне контакта возникает дополнительное трение, снижающее необходимое усилие в зажиме.
Недостатком данного захвата является ограниченность возможного угла охвата улитки испытываемым материалом и возможность перекоса образца, особенно при испытании широких полос.
Цель изобретения - повышение надежности крепления образца в захвате и расширение его технических возможностей в части испытания широких полос гибких материалов.
Указанная цель достигается тем, что в захвате для испытания гибких материалов на растяжение, содержащем зажим и охватываемую гибким образцом улитку, установленные в его корпусе, корпус захвата имеет клинообразный паз, в который вставляется улитка, выполненная в виде стержня, имеющего сечение, ограниченное двумя дугами разной длины и сопряженными с ними прямыми, сходящимися под углом, равным углу клина в корпусе, или окружностью, по отношению к которой грани клина корпуса захвата являются касательными, кроме того, захват дополнительно снабжен устройством для предварительного поджатия улитки к клину корпуса захвата.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый захват отличается тем, что корпус захвата имеет клинообразный паз, в который вставляется улитка, выполненная в виде стержня, имеющего сечение, ограниченное двумя дугами разной длины и сопряженными с ними прямыми, сходящимися под углом, равным углу клина в корпусе, или окружностью, по отношению к которой грани клина корпуса захвата являются касательными, захват дополнительно снабжен устройством для предварительного поджатия улитки к клину корпуса захвата.
На фиг.1 изображена конструкция захвата, на фиг.2 (а-в) - варианты профиля сечения улитки, а на фиг.3 (а, б,) - схема действия сил.
Захват (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором выполнен клинообразный паз с углом при вершине α. В паз на всю ширину захвата вставлена улитка 2, представляющая стержень, профиль сечения которого может быть выполнен различным. В вариантах (фиг.2, а, б) профиля сечения улитки сечение ограничено двумя дугами окружностей разной длины и сопряженными с ними прямыми, сходящимися под углом, равным углу α' клина в корпусе.
1
2
1
2
Размер В может быть больше (как на фиг.2,а), меньше или равен (r+r), где r>r.
0
Сопряжение прямых с элементами окружностей осуществляется по касательной (фиг.2,а) или с помощью переходных радиусов r (фиг.2,б).
В общем случае криволинейные части улитки могут представлять собой также элементы других кривых, например, спирали.
0
Вариант (фиг.2,б) отличается тем, что улитка выполнена из стержня круглого сечения, диаметром d, со срезанными под углом α гранями, образующими клин.
В варианте (фиг.2,в) сечение ограничено окружностью диаметром d, по отношению к которой грани клина корпуса захвата являются касательными, здесь улитка представляет собой стержень (валик) круглого сечения.
Улитку 2 (фиг.1) охватывает испытываемый гибкий материал 3.
Для равномерного предварительного поджатия улитки 2 к клину корпуса 1 захвата служит устройство 4, выполненное, например, в виде вала с эксцентриками 5, поворот которого осуществляется рукоятками 6.
Вал 5 устанавливается в планках 7, закрепленных на корпусе 1 болтами 8. Для повышения жесткости корпуса одна из планок может закрывать весь его торец (показана пунктиром). Поджатие осуществляется через планку 9.
Устройство прижима может быть выполнено и в другом виде, например поджатие может осуществляться винтами (на фиг.1 не показано).
Поверхности клина корпуса 1 захвата и улитки 2, непосредственно контактирующие с образцом, могут быть выполнены с рифлением или покрытием, препятствующими скольжению образца в захвате.
Участок корпуса, где из него выходит образец 3, должен быть тщательно обработан, покрыт антифрикционным, например тефлоновым, слоем, или снабжен перекатным роликом 10. Принцип работы захвата основан на сочетании эффекта клинового зажима с использованием Эйлеровой силы трения на дуге охвата.
Из условия равновесия сил, действующих на клин, найдем (фиг.3,а):
Отсюда с учетом  получим:
и
где Р - испытательная нагрузка;
F - сила трения на гранях клина;
f - коэффициент трения испытываемого материала по металлическим поверхностям захвата;
ρ - угол трения;
α - угол при вершине клина.
Анализ формулы 2 приводит к выводу, что для удержания образца в клине (трение по четырем поверхностям) необходимо выполнить условие . Для многих гибких материалов с малым коэффициентом трения f выполнение этого условия связано с конструктивными трудностями. Поэтому целесообразно использовать клин в качестве вспомогательного зажима, приводимого в действие испытательной нагрузкой, а основную функцию удержания образца в захвате обеспечивать с помощью криволинейных участков профиля улитки.
Из условия равновесия сил на улитке при однократном огибании ее материалом образца по формуле Эйлера найдем (фиг.3,б):
где φ - угол охвата.
Таким образом, использование улитки в сочетании с клином позволяет проводить испытания при нагрузке, значительно превышающей силу трения в самом клине.
При многократном огибании гибким материалом профиля улитки имеем  (фиг.2), где n - число охватов (наматываний), т.е. удерживающий эффект захвата многократно усиливается, в том числе и за счет трения слоев материала между собой как на дугах улитки, так и на участке клина.
Полученный результат применим также для улитки, выполненной в виде стержня (валика), сечение которого ограничено окружностью, по отношению к которой грани клина корпуса захвата являются касательными. При многократном охвате такой улитки образцом в зоне контакта с гранями клина корпуса испытываемый материал за счет смятия слоев также принимает форму клина.
Работа захвата осуществляется следующим образом (фиг.1).
На улитку 2 плотно наматывают испытываемый материал 3 в один или несколько слоев, после чего ее сбоку свободно вставляют в клиновой паз корпуса 1 захвата. Поворотом эксцентриков 5 с помощью рукояток 6 через планку 9 осуществляют предварительное поджатие улитки 2 к клину корпуса 1 захвата.
После такого закрепления образца в обоих захватах (верхнем и нижнем), установленных на разрывной машине, можно проводить его испытание на растяжение. Заправку образцов в захваты можно производить также отдельно, с последующей установкой их на машину.
Предлагаемый захват повышает надежность крепления гибких материалов при испытании их на растяжение на разрывных машинах, в том числе при большой ширине образца.