CN111337357A - 一种分离式霍普金森扭杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分离式霍普金森扭杆，包括伺服控制扭转电机、斜楔弹簧式离合器、扭杆输入杆、扭力锁定释放装置、扭杆输出杆、旋转阻尼器、模块化标准化支撑平台，所述的伺服控制扭转电机、扭力锁定释放装置、旋转阻尼器通过螺栓固定在模块化标准化支撑平台上，扭转电机与扭杆输入杆通过斜楔弹簧式离合器连接；扭力锁定释放装置位于扭杆输入杆的中段，通过扭力锁定释放装置将扭杆输入杆分为预扭段及未加载段；扭杆输出杆与旋转阻尼器连接。采用伺服控制扭转电机和与其适配的减速箱，可实施高精度低转速扭矩加载，与常规霍普金森扭杆杠杆式加载方式相比，扭转速度和旋转角度可以精确控制，从而有效提高了实验装置的可操作性和实验精度。

Description

一种分离式霍普金森扭杆
技术领域
本发明涉及材料动态力学性能实验设备领域，尤其涉及一种分离式霍普金森扭杆。
背景技术
预贮能型分离式霍普金森扭杆是研究材料在冲击载荷作用下动态剪切性能的实验装置，主要由扭矩加载装置、扭杆输入杆、夹钳、扭杆输出杆等构成，试件位于扭杆输入杆与扭杆输出杆之间。夹钳的夹持作用可将扭杆输入杆分为两段：一段可通过扭矩加载装置施加扭转力矩(称为预扭段)，另一段(未加载段)可通过夹钳阻止其扭转；当夹钳释放时，分别向夹钳两侧传播扭转波，向试件一侧传播扭转波，向另一侧传播卸载波。杠杆式加载是常用的扭矩加载方式，此种方式加载精度较低，实验可操控性不强、重复性差；此外，常规夹钳主要由两个铰接的半圆桥臂和切槽螺栓组成，通过切槽螺栓的拧紧对输入扭杆施加夹紧力，并通过切槽螺栓的拧断释放夹钳；此种夹钳装置夹紧力较难掌控，且切槽螺栓拧断的时机具有较大的随机性，实验效率较低，严重制约了分离式霍普金森扭杆的发展与应用。
发明内容
本发明的目的在于克服常规分离式霍普金森扭杆加载系统及扭矩锁定释放装置可操控性不强、重复性差、实验效率低下等缺陷，提供一种新型分离式霍普金森扭杆，以满足进行材料动态扭转实验的需要。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分离式霍普金森扭杆，包括伺服控制扭转电机、斜楔弹簧式离合器、扭杆输入杆、扭力锁定释放装置、扭杆输出杆、旋转阻尼器、模块化标准化支撑平台，所述的伺服控制扭转电机、扭力锁定释放装置、旋转阻尼器通过螺栓固定在模块化标准化支撑平台上，扭转电机与扭杆输入杆通过斜楔弹簧式离合器连接；扭力锁定释放装置位于扭杆输入杆的中段，通过扭力锁定释放装置将扭杆输入杆分为预扭段及未加载段；扭杆输出杆与旋转阻尼器连接。
优选地，所述的支撑平台包括对中支架、线性导轨、装配式钢结构基座，所述的扭杆输入杆及扭杆输出杆均通过对中支架置于线性导轨上，并可沿高精度线性导轨自由滑动，所述的线性导轨位于装配式钢结构基座的上。
优选地，所述的伺服控制扭转电机适配有减速箱。
优选地，所述的斜楔弹簧式离合器包括电机主轴联轴器、扭杆输入杆联轴器、挡圈、弹簧、斜楔、螺栓，所述的电机主轴联轴器及扭杆输入杆联轴器均具有法兰，电机主轴联轴器的法兰上沿环向均布有若干通孔，所述的挡圈固定于电机主轴联轴器法兰后侧。
优选地，所述的挡圈具有沿圆周均布的通孔，所述的弹簧、斜楔均置于电机主轴联轴器的法兰的通孔中，所述的斜楔能够在通孔中滑动。
优选地，所述的斜楔具有内螺纹，螺栓可穿过挡圈与斜楔连接，并通过挡圈进行限位，所述的弹簧位于挡圈与斜楔之间。
优选地，所述的扭杆输入杆联轴器的法兰上沿环向均匀设置有匹配斜楔的斜面凹槽。
优选地，当所述的扭转电机带动电机主轴联轴器顺时针旋转时，可同时通过斜楔带动扭杆输入杆联轴器进行顺时针旋转，从而对扭杆输入杆预扭段施加扭矩；当扭力锁定释放装置释放夹持力时，分别向扭力锁定释放装置两侧传播扭转波，向扭杆输入杆的未加载段一侧传播扭转加载波，向扭杆输入杆的预扭段一侧传播卸载波，造成预扭段的旋转过冲，所述的扭杆输入杆联轴器可通过其斜面凹槽将斜楔压入电机主轴联轴器法兰通孔中，实现扭杆输入杆联轴器与电机主轴联轴器的分离。
优选地，所述的扭力锁定释放装置包括执行锁定功能的双侧油缸和执行释放功能的双侧高压气室。
本发明提出的一种新型分离式霍普金森扭杆，与常规霍普金森扭杆相比，具有以下发明点：
1.采用伺服控制扭转电机和与其适配的减速箱，可实施高精度低转速扭矩加载，与常规霍普金森扭杆杠杆式加载方式相比，扭转速度和旋转角度可以精确控制，从而有效提高了实验装置的可操作性和实验精度。
2.实验过程中为了防止扭杆输入杆旋转过冲而损伤扭杆加载系统，在扭转电机与扭杆输入杆之间采用斜楔弹簧式离合器连接，扭转电机通过离合器向扭杆输入杆传递扭矩，但在实验过程中扭杆输入杆发生过冲时，离合器可将输入杆与旋转电机分离，避免了扭转电机的损伤。
3.采用电磁阀程控的扭力锁定释放装置，可实现加载过程的稳定锁紧和实验过程高速释放，释放过程为毫秒级，保证了扭转波的自由生成环境，且操作简单、可控性强、极大地提升了实验的稳定性。
附图说明
图1是分离式霍普金森扭杆结构示意图。
图2是本发明扭力释放系统的剖面结构示意图。
图3是本发明的扭力释放系统的结构示意图。
图中：1、伺服控制扭转电机，2、斜楔弹簧式离合器，3、扭杆输入杆，4、扭力锁定释放装置，5、扭杆输出杆，6、旋转阻尼器，7、模块化标准化支撑平台，8、对中支架，9、高精度线性导轨；10、装配式钢结构基座；11、电机主轴联轴器；12、扭杆输入杆联轴器；13、挡圈；14、弹簧；15、斜楔；16、螺栓；17、电机主轴联轴器法兰；18、扭杆输入杆联轴器法兰。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种分离式霍普金森扭杆，主要由伺服控制扭转电机1、斜楔弹簧式离合器2、扭杆输入杆3、扭力锁定释放装置4、扭杆输出杆5、旋转阻尼器6、模块化标准化支撑平台7构成。所述的伺服控制扭转电机1、扭力锁定释放装置4、旋转阻尼器6通过螺栓固定在模块化标准化支撑平台7上；扭转电机1与扭杆输入杆3通过斜楔弹簧式离合器2进行连接；扭力锁定释放装置4位于扭杆输入杆3的中段，可通过锁定将扭杆输入杆3分为预扭段及未加载段；扭杆输出杆5与旋转阻尼器6连接。
如图1所示，所述的模块化标准化支撑平台7主要由对中支架8、高精度线性导轨9、装配式钢结构基座10构成。扭杆输入杆3及扭杆输出杆5均通过对中支架8置于高精度线性导轨9上端，并可沿高精度线性导轨9自由滑动。高精度线性导轨9位于装配式钢结构基座10的上端面。
如图2所示，所述的斜楔弹簧式离合器2由电机主轴联轴器11、扭杆输入杆联轴器12、挡圈13、弹簧14、斜楔15、螺栓16组成。电机主轴联轴器11及扭杆输入杆联轴器12分别具有法兰17及18；电机主轴联轴器法兰17上沿环向均布有若干通孔。挡圈13固定于电机主轴联轴器法兰17后侧；挡圈13具有沿圆周均布的通孔。弹簧14、斜楔15均置于电机主轴联轴器法兰17通孔中，斜楔15可在通孔中滑动；斜楔15具有内螺纹；螺栓16可穿过挡圈13与斜楔15连接，并通过挡圈13进行限位；弹簧14位于挡圈13与斜楔15之间。扭杆输入杆联轴器法兰18上沿环向均匀设置有匹配斜楔15的斜面凹槽。
如图1及2所示，当扭转电机1带动电机主轴联轴器11顺时针旋转时，可同时通过斜楔15带动扭杆输入杆联轴器12进行顺时针旋转，从而对扭杆输入杆3预扭段施加扭矩。而当扭力锁定释放装置4释放夹持力时，分别向扭力锁定释放装置4两侧传播扭转波，向扭杆输入杆3的未加载段一侧传播扭转加载波，向扭杆输入杆3的预扭段一侧传播卸载波，造成预扭段的旋转过冲；扭杆输入杆联轴器12可通过其斜面凹槽将斜楔15压入电机主轴联轴器法兰17通孔中，实现扭杆输入杆联轴器12与电机主轴联轴器11的分离，可避免扭转电机1的损伤。
扭力锁定释放装置4由执行锁定功能的双侧油缸和执行释放功能的双侧高压气室组成，并采用电磁快速阀对各执行模块实施数字化程控。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分离式霍普金森扭杆，其特征在于，包括伺服控制扭转电机、斜楔弹簧式离合器、扭杆输入杆、扭力锁定释放装置、扭杆输出杆、旋转阻尼器、模块化标准化支撑平台，
所述的伺服控制扭转电机、扭力锁定释放装置、旋转阻尼器通过螺栓固定在模块化标准化支撑平台上，扭转电机与扭杆输入杆通过斜楔弹簧式离合器连接；扭力锁定释放装置位于扭杆输入杆的中段，通过扭力锁定释放装置将扭杆输入杆分为预扭段及未加载段；扭杆输出杆与旋转阻尼器连接。
2.如权利要求1所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的支撑平台包括对中支架、线性导轨、装配式钢结构基座，所述的扭杆输入杆及扭杆输出杆均通过对中支架置于线性导轨上，并可沿高精度线性导轨自由滑动，所述的线性导轨位于装配式钢结构基座的上。
3.如权利要求1所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的伺服控制扭转电机适配有减速箱。
4.如权利要求1所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的斜楔弹簧式离合器包括电机主轴联轴器、扭杆输入杆联轴器、挡圈、弹簧、斜楔、螺栓，所述的电机主轴联轴器及扭杆输入杆联轴器均具有法兰，电机主轴联轴器的法兰上沿环向均布有若干通孔，所述的挡圈固定于电机主轴联轴器法兰后侧。
5.如权利要求4所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的挡圈具有沿圆周均布的通孔，所述的弹簧、斜楔均置于电机主轴联轴器的法兰的通孔中，所述的斜楔能够在通孔中滑动。
6.如权利要求5所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的斜楔具有内螺纹，螺栓可穿过挡圈与斜楔连接，并通过挡圈进行限位，所述的弹簧位于挡圈与斜楔之间。
7.如权利要求6所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的扭杆输入杆联轴器的法兰上沿环向均匀设置有匹配斜楔的斜面凹槽。
8.如权利要求7所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，当所述的扭转电机带动电机主轴联轴器顺时针旋转时，可同时通过斜楔带动扭杆输入杆联轴器进行顺时针旋转，从而对扭杆输入杆预扭段施加扭矩；当扭力锁定释放装置释放夹持力时，分别向扭力锁定释放装置两侧传播扭转波，向扭杆输入杆的未加载段一侧传播扭转加载波，向扭杆输入杆的预扭段一侧传播卸载波，造成预扭段的旋转过冲，所述的扭杆输入杆联轴器可通过其斜面凹槽将斜楔压入电机主轴联轴器法兰通孔中，实现扭杆输入杆联轴器与电机主轴联轴器的分离。
9.如权利要求8所述的分离式霍普金森扭杆，其特征在于，所述的扭力锁定释放装置包括执行锁定功能的双侧油缸和执行释放功能的双侧高压气室。
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