CN104913990B - 一种摇臂式小质量冲击试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲击试验设备领域的摇臂式冲击试验机，包括：支持装置、冲击锤组件和标尺组件，冲击锤装置与支持装置连接，标尺组件与支持装置连接，其中冲击锤装置上设有应变片，标尺组件上设有电磁铁和固定铁块。工作时，利用电磁铁与固定铁块之间的电磁力将摇臂定位，利用冲击锤装置锤头本身的响应计算冲击接触力。与低速冲击试验机相比，本发明锤头质量小，实现了小质量的冲击测试；锤头不受其他部件的干扰，空气阻力干扰小，测量结果更加准确；通过标尺横梁上下滑动控制冲击力度，测试结果更加可靠；操作方便，精度高。

Description

一种摇臂式小质量冲击试验机

技术领域

本发明涉及一种小质量冲击试验机，尤其是涉及一种摇臂式小质量冲击试验机。

背景技术

复合材料层压结构广泛应用在航空结构中，对于冲击载荷却十分敏感，非常容易产生纤维断裂、分层和基体开裂等损伤，从而大大降低结构的承载能力，在航空结构工程中，需要进行大量的含损伤复合结构承载性能测试工作，因而需要进行相应的冲击阻抗性能测试或者损伤预制。

对于航空器结构，冲击载荷通常分为大质量冲击和小质量冲击，大质量冲击包括维修中工具坠落等情况；小质量冲击包括飞机起降过程中碎石冲击、冰雹冲击等情况。ASTM测量标准D7136/D7136M-05规定了一类复合材料冲击的落锤试验方法，可用锤头与落锤之间的传感器测量接触力，只适用于大质量冲击测试，而模拟小质量冲击必须采用质量很小的锤头，这样就不易于安装力传感器，因此只能用锤头本身的响应计算冲击接触力，并且冲击过程中，锤头应该不受其他部件的干扰。

公开号为103983307A的中国专利公开了一种可变冲击参数的小质量冲击试验测试系统，包括冲头发射组件、试验件夹持及角度调节组件、支撑组件、试验数据测试及处理系统，冲头发射组件、试验件夹持及角度调节组件和试验数据测试及处理系统均安装在支撑组件上，该装置实现了小质量物体的多角度冲击，获取了冲头接触力矢量以及位移矢量实时数据，然而该装置中应变片安装在试验件的表面，而非测量冲击头的响应，且每次冲击均需要手动拉动弹簧拉杆压缩冲头发射弹簧来发射冲头，冲击头的行程较长，释放和冲击过程中冲头不可控，因此不宜在冲头上布置传感器和导线，给冲头响应的测量带来困难，该装置布置形式占用空间也较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够进行小质量物体冲击测试、实现接触力测量并且冲击力度可控的摇臂式小质量冲击试验机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种摇臂式小质量冲击试验机，其特征在于，包括支持装置、冲击锤组件和标尺组件，试验件放置在支持装置上，所述的冲击锤组件和标尺组件分别与支持装置连接。

所述的支持装置包括底板和夹钳，所述的夹钳将试验件固定在底板上。

所述的冲击锤组件包括锤头、应变片、冲头销、摇臂、固定铁片、撞击支座和弹簧装置，所述的应变片贴在锤头表面，锤头嵌套在摇臂一端，冲头销设置在锤头外侧并与摇臂紧配合，防止锤头脱离摇臂飞出，所述的固定铁片固定连接在摇臂上，摇臂另一端与弹簧装置连接，弹簧装置和撞击支座固定在底板上，弹簧装置的弹性形变使摇臂向试验件运动并与撞击支座撞击。

所述的弹簧装置包括衬套、扭簧、弹簧支座、弹簧支杆和弹簧支脚固定支座，所述的弹簧支杆两端与弹簧支座连接，所述的衬套套设在弹簧支杆上，所述的扭簧嵌套在衬套上，扭簧的一个端部与弹簧支脚固定支座连接，另一个端部支脚与摇臂连接；所述的弹簧支座和弹簧支脚固定支座固定连接在底板上。

所述的摇臂中部设有凹槽，凹槽与扭簧的一个端部支脚接触，摇臂一端与弹簧装置的衬套连接。

所述的标尺组件包括标尺座、标尺竖梁、标尺架和标尺横梁，所述的标尺座固定连接在底板上，标尺座、标尺竖梁、标尺架依次连接，其中标尺架设有两个，呈平行设置，两个标尺架上设有对应的滑槽，所述的标尺横梁两端插入标尺架滑槽处，通过螺栓控制标尺横梁沿滑槽移动或固定在标尺架上。

所述的标尺横梁中央设有电磁铁，电磁铁通电后，与固定铁片通过电磁力连接。

工作过程如下：标尺横梁沿标尺架滑槽移到指定位置，用螺栓固定；电磁铁接通，上提摇臂，电磁铁吸住固定铁片，扭簧压缩；关闭电磁铁电源，固定铁片与电磁铁分离，扭簧释放，通过摇臂上的凹槽带动摇臂运动；摇臂运动到水平位置，接触撞击支座停止运动，此后，锤头继续运动，与摇臂发生脱离，冲击试验件，摇臂在冲击过程中不会干扰锤头的运动，如图3所示；冲击过程中，通过应变片采集应变信号，经过对应变信号的处理即得出冲击接触力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)锤头质量小，利用锤头本身的响应计算冲击接触力，实现了小质量的冲击测试。

(2)锤头不受其他部件的干扰，空气阻力干扰小，测量结果更加准确。

(3)通过标尺横梁上下滑动控制冲击力度，且可以通过固定标尺横梁来实现相同冲击力度的重复测试，测试结果更加可靠。

(4)利用电磁铁与固定铁块之间的电磁力将摇臂定位，无需人工固定摇臂，操作更加方便，精度更高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为冲击锤组件示意图；

图3为锤头脱离示意图；

图4为图3的A部放大图；

图中，1为底板，2为弹簧支杆，3为弹簧支座，4为扭簧，5为衬套，6为夹钳，7为撞击支座，8为试验件，9为弹簧支脚固定支座，10为标尺座，11为标尺竖梁，12为标尺架，13为标尺横梁，14为电磁铁，15为固定铁片，16为摇臂，17为锤头，18为应变片，19为冲头销，20为支持装置，21为冲击锤组件，22为标尺组件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本发明摇臂式小质量冲击试验机包括支持装置20、冲击锤组件21和标尺组件22。

其中，支持装置20包括底板1和夹钳6，夹钳6将试验件8固定在底板1上，本实施例中，试验件8为方形材料，夹钳6有4个，分别固定试验件8的四个角。

如图2所示，冲击锤组件21包括锤头17、应变片18、冲头销19、摇臂16、固定铁片15、撞击支座7和弹簧装置，应变片18贴在锤头17表面，锤头17嵌套在摇臂16一端，冲头销19设置在锤头17外侧并与摇臂16紧配合，防止锤头17脱离摇臂16飞出，固定铁片15固定连接在摇臂16上，摇臂16另一端与弹簧装置连接，弹簧装置和撞击支座7固定在底板1上，弹簧装置的弹性形变使摇臂16向试验件8运动并与撞击支座7撞击。

弹簧装置包括衬套5、扭簧4、弹簧支座3、弹簧支杆2和弹簧支脚固定支座9，弹簧支杆2两端与弹簧支座3连接，衬套5套设在弹簧支杆2上，扭簧4嵌套在衬套5上，扭簧4的一个端部与弹簧支脚固定支座9连接，另一个端部支脚与摇臂16连接；弹簧支座3和弹簧支脚固定支座9固定连接在底板1上。摇臂16中部设有凹槽，凹槽与扭簧4的一个端部支脚接触，摇臂16一端与弹簧装置的衬套5连接。当摇臂16绕弹簧支座2向上运动时，扭簧4的一个端部支脚随之运动，并通过凹槽给摇臂16反向的弹性作用力。

标尺组件22包括标尺座10、标尺竖梁11、标尺架12和标尺横梁13，标尺座10固定连接在底板1上，标尺座10、标尺竖梁11、标尺架12依次连接，其中标尺架12设有两个，呈平行设置，两个标尺架12上设有对应的滑槽，标尺横梁13两端插入标尺架12滑槽处，通过螺栓控制标尺横梁13沿滑槽移动或固定在标尺架12上，标尺横梁13中央设有电磁铁14。电磁铁14通电后，与固定铁片15通过电磁力连接，将摇臂16悬空并固定；电磁铁14断电后，电磁力消失，扭簧4的弹性作用力使得摇臂16脱离电磁铁14而向下运动。

使用本摇臂式小质量冲击试验机工作过程如下：标尺横梁13沿标尺架12滑槽移到指定位置，用螺栓固定；电磁铁14接通，上提摇臂16，电磁铁14吸住固定铁片，扭簧4压缩；关闭电磁铁14电源，固定铁片15与电磁铁14分离，扭簧4释放，通过摇臂16上凹槽，带动摇臂16运动；摇臂16运动到水平位置，接触撞击支座7停止运动，此后，锤头17继续运动，与摇臂16发生脱离，冲击试验件8，摇臂16在冲击过程中不会干扰锤头17的运动，如图3-4所示；冲击过程中，通过应变片18采集应变信号，经过对应变信号的处理即得出冲击接触力。

Claims (2)

1.一种摇臂式小质量冲击试验机，其特征在于，包括支持装置(20)、冲击锤组件(21)和标尺组件(22)，试验件(8)放置在支持装置(20)上，所述的冲击锤组件(21)和标尺组件(22)分别与支持装置(20)连接；

所述的支持装置(20)包括底板(1)和夹钳(6)，所述的夹钳(6)将试验件(8)固定在底板(1)上；

所述的冲击锤组件(21)包括锤头(17)、应变片(18)、冲头销(19)、摇臂(16)、固定铁片(15)、撞击支座(7)和弹簧装置，所述的应变片(18)贴在锤头(17)表面，锤头(17)上开设有竖向槽，通过该竖向槽，锤头(17)穿在摇臂(16)上，冲头销(19)设置在锤头(17)外侧并与摇臂(16)紧配合，防止锤头(17)脱离摇臂(16)飞出，所述的固定铁片(15)固定连接在摇臂(16)上，摇臂(16)另一端与弹簧装置连接，弹簧装置和撞击支座(7)固定在底板(1)上，弹簧装置的弹性形变使摇臂(16)向试验件(8)运动并与撞击支座(7)撞击；由于锤头(17)上开设有竖向槽，当摇臂(16)向下挥动时，摇臂(16)位于锤头(17)竖向槽的底部，推动锤头(17)与摇臂(16)一起运动，当摇臂(16)运动到水平位置，接触撞击支座(7)，停止运动，锤头(17)继续在摇臂(16)上向下运动；

所述的弹簧装置包括衬套(5)、扭簧(4)、弹簧支座(3)、弹簧支杆(2)和弹簧支脚固定支座(9)，所述的弹簧支杆(2)两端与弹簧支座(3)连接，所述的衬套(5)套设在弹簧支杆(2)上，所述的扭簧(4)嵌套在衬套(5)上，扭簧(4)的一个端部与弹簧支脚固定支座(9)连接，另一个端部支脚与摇臂(16)连接；所述的弹簧支座(3)和弹簧支脚固定支座(9)固定连接在底板(1)上；

所述的标尺组件(22)包括标尺座(10)、标尺竖梁(11)、标尺架(12)和标尺横梁(13)，所述的标尺座(10)、标尺竖梁(11)、标尺架(12)依次连接，且标尺座(10)、标尺竖梁(11)和标尺架(12)均为平行设置的两个，两个平行设置的标尺座(10)固定连接在底板(1)上，两个平行设置的标尺竖梁(11)分别固定在两个标尺座(10)上，两个平行设置的标尺架(12)分别固定在两个标尺竖梁(11)上，两个标尺架(12)上设有对应的滑槽，所述的标尺横梁(13)两端插入标尺架(12)滑槽处，标尺横梁(13)可沿滑槽移动，通过螺栓将标尺横梁(13) 固定在标尺架(12)的某一位置上；

标尺横梁(13)中央设有电磁铁(14)，电磁铁(14)通电后，电磁铁(14)与固定铁片(15)通过电磁力连接，将摇臂( 16) 悬空并固定；电磁铁( 14) 断电后，电磁力消失，电磁铁(14)与固定铁片(15)分离，扭簧( 4) 的弹性作用力使得摇臂(16)向下运动。

2.根据权利要求1所述的一种摇臂式小质量冲击试验机，其特征在于，所述的摇臂(16)中部设有凹槽，凹槽与扭簧(4)的一个端部支脚接触，摇臂(16)一端与弹簧装置的衬套(5)连接。