单双面剪切试验装置的设计

　　0 引言

　　工程实际中，为了避免机器设备因超负荷带来的不必要的经济损失，常采用一些保护装置或零件，如保险螺栓、安全销等。这些零件虽小，但对设备正常运行起着重要作用。以安全销为例，同样尺寸的安全销，材料不同，剪切性能不同，其使用寿命也不同。选择安全销要恰到好处，该失效时必须失效，以保护整机，但若剪切强度太低，会经常失效，造成频繁更换安全销而影响机器效率。此外，近年来因进口设备的整体价格降低，许多企业的进口设备数量有所增加，但是其配件和易耗品的价格却居高不下，以日本进口的某品牌电子式万能材料试验机为例，其进口安全销与自制安全销价格之比达到 25∶1，成为许多进口设备安全销国产化的一个重要原因。而安全销国产化的一个重要环节就是进行剪切性能的对比测试。

　　目前多数剪切试验在万能试验机上进行，试样置于剪切夹具上，加载形式有单剪和双剪 2 种。本文重点讨论剪切夹具的设计。

　　1 单双面剪切试验装置的设计

　　常见的安全销或保险螺栓都是圆形截面，因此，设计 1 套符合国标要求的万能剪切试验装置。其综合性能优于 GB/T 13683—1992 中推荐的典型的销剪切试验夹具[1]( 如图 1) 、燕尾槽剪切试验夹具[2]( 如图 2) 以及铝合金双剪夹具[3]，经济性能和使用范围优于燕尾槽剪切试验夹具。燕尾槽剪切夹具的特点: 导向性能好，属于专用夹具，只能用于一种公称直径销的单剪试验，无法进行双剪试验，加载载荷为拉载荷; 使用过程中夹具安装简单快捷，适合大批量同一公称直径的销剪切试验。

　　1) 载荷方向选取。无论单剪还是双剪，都没有规定加载载荷方向。一般万能试验机有 2 个载荷方向，活动横梁相对于固定端靠近 ( 压载荷) 或者远离 ( 拉载荷) 。为了降低加载前的空行程，减小因多级传递造成的误差，降低夹具与试验机连接的复杂性，综合本试验室的特点，选择加载方式为压载荷。万能试验机上压头压盘的更换较方便，可根据压缩试样的尺寸和材料选择不同规格的压盘，因此，只需设计接口与压盘相同的剪切块。压载荷更容易实现 2 个剪切面相距较远时的双面剪切。常用的金属销公称直径为0. 8 ～ 25 mm，剪切面与端面的距离不小于 1 倍的销径，双剪时 2 剪切面间的距离不小于 2 倍的销径。当销的直径较大时，剪切夹具的宽度也较大，如果采用拉载荷，拉伸夹具的夹块也会较大。此外，载荷较大时拉伸夹具的夹块和剪切夹具易产生夹不紧、滑移现象，限制了加载载荷的大小。而采用压载荷时，工作空间较大，不受夹具的影响。