CN112577813B - 一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，包括承载盘、凸轮盘和连接件，承载盘和凸轮盘通过连接件连接，连接件包括螺栓、平垫片和螺母，定位元件设置在承载盘内，定位元件包括内环体、从动杆、弹簧和滚轮，承载盘和凸轮盘相对可转动，使得滚轮在凸轮盘的凸起结构表面滚动，进而驱动从动杆压缩弹簧，同时从动杆的内端靠拢并对试件进行定位，之后通过连接件松开，弹簧恢复形变使得从动杆恢复初始状态；该装置能够克服试件与入射杆与透射杆不同轴心而产生误差的缺点，从而得到更为准确的测试数据。

Description

一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置

技术领域

本发明涉及实验装置技术领域，具体而言，涉及一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置。

背景技术

霍普金森压杆技术最初是Hopkinson在1914所提出的，当时是用来测量冲击载荷下的脉冲波形。

分离式霍普金森压杆是将压杆分为两截，一个为入射杆，一个为透射杆。将试件放在两个杆的中间，在冲击载荷的作用下，测量材料的应力-应变关系。这个技术最早是Hopkinson在1914年所提出的，在1949年经由Kolsky的改进，才得以出现分离式霍普金森压杆技术的雏形。所以这个技术叫做分离式霍普金森压杆，或者叫做Kolsky杆。之后在国内外研究人员的共同努力下，这项技术愈发成熟，成为了为得到材料在102～104s-1应变率范围内应力应变关系的最主要的试验手段。

现有技术的分离式霍普金森压杆，在使用过程中，不方便对试件进行定位，实验结果可能因入射杆与透射杆不同轴而产生误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其能够克服试件与入射杆与透射杆不同轴心而产生误差的缺点，从而得到更为准确的测试数据。

本发明的实施例是这样实现的：

一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其包括装有定位元件的承载盘、实现各尺寸试件定位的凸轮盘和连接件，承载盘和凸轮盘通过连接件连接，连接后，承载盘相对于凸轮盘可转动，凸轮盘将定位元件封闭在承载盘内，定位元件包括内环体、从动杆、弹簧和滚轮，内环体呈环形且固定在承载盘内，使得承载盘的两侧贯通，内环体的环形面设置有至少两个对称分布的通孔，从动杆的内端通过通孔连接至内环体的环形内，从动杆的外端位于内环体的环形外且套设有弹簧，从动杆的外端端部通过压缩弹簧，使得从动杆相对于内环体可来回移动，从动杆的外端端部连接有滚轮，凸轮盘内侧面设置有与滚轮数量一致的凸起结构，承载盘和凸轮盘连接后，滚轮卡在相邻凸起结构之间，通过承载盘相对于凸轮盘转动，使得滚轮在凸起结构的挤压下压缩弹簧，多个从动杆的内端同步进行移动，以对位于定位装置中心处的试件进行定位。

在本发明较佳的实施例中，上述从动杆的内端为弧形面，以便于对试件进行定位，从动杆的外端设置有沟槽，以连接卡入滚轮，滚轮的滚动方向与承载盘相对于凸轮盘的转动方向相同。

在本发明较佳的实施例中，上述凸轮盘和承载盘的边缘处设置有至少两条呈对称分布且重合的弧形槽，连接件穿过凸轮盘的弧形槽和承载盘的弧形槽而将凸轮盘和承载盘连接。

在本发明较佳的实施例中，上述凸起结构的高度大于等于从动杆从压缩弹簧开始到多个从动杆内端接触时，从动杆移动的距离。

在本发明较佳的实施例中，上述凸起结构设置有中部高两边低的弧形面，以便于滚轮在弧形面上可自由连续滚动。

在本发明较佳的实施例中，上述凸轮盘的中部设置有贯穿两侧的圆孔，圆孔的直径与内环体的内径相同。

在本发明较佳的实施例中，上述连接件包括螺栓、平垫片和螺母，螺栓通过弧形槽将承载盘和凸轮盘连接后，其另一端通过平垫片和螺母与承载盘固定。

在本发明较佳的实施例中，上述从动杆设置有三个，弧形槽设置有两个，从动杆呈辐射状均匀布置在内环体，两个弧形槽分别对称设置在凸轮盘和承载盘上。

在本发明较佳的实施例中，上述凸轮盘、承载盘、内环体和从动杆的材料都为铝合金。

在本发明较佳的实施例中，上述分离式霍普金森压杆包括组装成型的：氮气瓶、底座、发射装置、冲击杆、炮管、入射杆、透射杆、支架、吸收杆和缓冲装置，定位装置连接在入射杆和透射杆位置相对的端部，内环体和凸轮盘的圆孔内径，和入射杆、透射杆的直径相匹配，使得入射杆的端部卡在内环体，透射杆的端部卡在凸轮盘的圆孔处。

本发明的有益效果是：

本发明通过承载盘将入射杆连接，通过凸轮盘将透射杆连接，使得入射杆和透射杆保持在同一轴向上，承载盘相对于凸轮盘可转动，通过相对转动，使得从动杆压缩弹簧并相对于内环体移动，从动杆的内端靠拢而将试件进行定位，转动时，从动杆的外端通过滚轮在凸轮盘的凸起结构表面滚动而驱动从动杆压缩弹簧运动，最后再利用连接件将承载盘和凸轮盘固定；该装置能够克服试件与入射杆与透射杆不同轴心而产生误差的缺点，从而得到更为准确的测试数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明定位装置的爆炸示意图；

图2为本发明定位装置的剖视图；

图3为本发明分离式霍普金森压杆及定位装置使用示意图；

图标：1-承载盘；2-凸轮盘；3-凸起结构；4-内环体；5-从动杆；6-弹簧；7-滚轮；8-螺栓；9-平垫片；10-螺母；11-氮气瓶；12-底座；13-发射装置；14-冲击杆；15-炮管；16-入射杆；17-透射杆；18-支架；19-吸收杆；20-缓冲装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其包括装有定位元件的承载盘1、实现各尺寸试件定位的凸轮盘2和连接件，承载盘1和凸轮盘2通过连接件连接，连接件包括螺栓8、平垫片9和螺母10，定位元件包括内环体4、从动杆5、弹簧6和滚轮7，本实施例的凸轮盘2、承载盘1、内环体4和从动杆5的材料都为铝合金，从动杆5设置有三个，三个从动杆5呈辐射状对称分布，滚轮7连接至从动杆5，弹簧6设置在从动杆5，从动杆5连接在内环体4，凸轮盘2的内侧面设置有凸起结构3，通过承载盘1相对于凸轮盘2可转动，使得滚轮7在凸起结构3表面滚动，使得从动杆5相对于内环体4可来回移动，从而将位于承载盘1和凸轮盘2中心处的试件进行固定，以精确定位。

请参照图2，承载盘1和凸轮盘2连接后形成定位装置的主体结构，承载盘1的一侧设置有与内环体4内径相同的圆孔，承载盘1的另一侧向内凹设形成安装定位元件的空间，承载盘1凹设后在边缘处形成一圈环形结构，在该边缘处的环形结构上设置有贯穿承载盘1两侧的弧形槽，弧形槽设置有两条且位置关于承载盘1的中心对称，弧形槽的长度为1/6的承载盘1边缘的长度，两条弧形槽位于同一圆心的圆形上，该弧形槽用于与凸轮盘2连接；内环体4呈环形且固定在承载盘1内，内环体4与承载盘1的连接处正好为承载盘1的圆孔边缘，该设置使得承载盘1的两侧贯通；内环体4的环形面设置有三个呈对称分布的通孔，通孔贯穿内环体4的内部和外部，从动杆5具有内端和外端，从动杆5的内端直径和外端直径都大于其中部直径，从动杆5的中部直径与通孔的大小相匹配，使得三个从动杆5呈辐射状布置在内环体4上，从动杆5的内端通过通孔连接至内环体4的环形内，从动杆5的内端为弧形面，以便于对试件进行定位，从动杆5的外端位于内环体4的环形外且从动杆5的中部套设有弹簧6，弹簧6位于内环体4的外壁和从动端的外端之间，从动杆5的外端端部通过压缩弹簧6，使得从动杆5相对于内环体4可来回移动，从动杆5的外端端部设置有沟槽，且在沟槽处的从动杆5外端端部位置相对处设置有两个轴孔，以连接卡入滚轮7，滚轮7的轮轴固定在轴孔内，滚轮7的滚动方向的设置为凸起结构3的弧形面排布方向，即与承载盘1相对于凸轮盘2的转动方向相同，承载盘1和凸轮盘2连接后，滚轮7卡在相邻凸起结构3之间，通过承载盘1相对于凸轮盘2转动，使得滚轮7在凸起结构3的挤压下压缩弹簧6，三个从动杆5的内端同步进行移动，以对位于定位装置中心处的试件进行定位。

凸轮盘2的边缘处也设置有两条呈对称分布的弧形槽，该弧形槽与承载盘1的弧形槽位置重合，螺栓8穿过凸轮盘2的弧形槽和承载盘1的弧形槽而将凸轮盘2和承载盘1连接，螺栓8通过弧形槽将承载盘1和凸轮盘2连接后，其另一端通过平垫片9和螺母10与承载盘1固定；连接后，承载盘1相对于凸轮盘2可转动，凸轮盘2将定位元件封闭在承载盘1内，凸轮盘2的中部设置有与贯穿两侧的圆孔，该圆孔的直径与内环体4的内径相同，即与承载盘1的圆孔大小相同，承载盘1与凸轮盘2连接时，凸轮盘2的圆孔边缘压住内环体4的端部；凸轮盘2内侧面设置有与滚轮7数量一致的凸起结构3，即设置有三个凸起结构3，该三个凸起结构3均匀地分布在凸轮盘2的内侧面，凸起结构3与凸轮盘2为一体成型，凸起结构3的高度等于从动杆5从压缩弹簧6开始到多个从动杆5内端接触时从动杆5移动的距离，凸起结构3的高度小于承载盘1内的空间的宽度，该凸起结构3在凸轮盘2的径向方向上具有中部高两边低的弧形面，以便于滚轮7在弧形面上可自由连续滚动，凸轮盘2与承载盘1连接时，相邻凸起结构3将从动杆5和滚轮7卡住，限制了从动杆5的转动角度。

请参照图3，分离式霍普金森压杆包括组装成型的：氮气瓶11、底座12、发射装置13、冲击杆14、炮管15、入射杆16、透射杆17、支架18、吸收杆19和缓冲装置20，氮气瓶11位于底座12盘，氮气瓶11通过通气管连接至发射装置13的一端，发射装置13通过支架18固定在底座12顶部，发射装置13为弹射冲击杆14的现有设备，冲击杆14位于炮管15内，炮管15的管口针对入射杆16，多个支架18间隔固定在底座12上，入射杆16和透射杆17分别连接在支架18的顶部，使得入射杆16和透射杆17位于同一轴向上，透射杆17的另一端设置有吸收杆19，吸收杆19的末端设置有缓冲装置20，缓冲装置20固定在底座12上；定位装置连接在入射杆16和透射杆17位置相对的端部，内环体4和凸轮盘2的圆孔内径，和入射杆16、透射杆17的直径相匹配，使得入射杆16的端部卡在内环体4内，透射杆17的端部卡在凸轮盘2的圆孔处，通过定位装置而将入射杆16和透射杆17定位成功，而试件预先固定在定位装置内，使用时，先松开螺母10，旋转凸轮盘2收起从动杆5，随后将试件放在三根从动杆5的内端之间，之后旋转凸轮盘2，将试件夹紧，试件夹紧后，旋转螺母10，将凸轮盘2与承载盘1锁死固定，保持夹紧状态，之后再将承载盘1的侧面的圆孔放入入射杆16，待夹紧试件后，移动整个装置，将试件的左面贴近入射杆16的端面，再将透射杆17移动至试件的右端面上，在进气完成之前，保持整个装置不移动，进气完成后，在发射子弹之前拧松螺母10，旋转凸轮盘2在压缩弹簧6的作用下使从动杆5回位，待从动杆5回位后，拧紧螺母10，并将整个装置移到透射杆17一端，之后发射子弹，由于保持入射杆16和透射杆17位于同一轴向上，这样在实验时，尽量避免了入射杆16和透射杆17发生位置偏移，减少了实验误差。

综上所述，本发明实例通过承载盘将入射杆连接，通过凸轮盘将透射杆连接，使得入射杆和透射杆保持在同一轴向上，承载盘相对于凸轮盘可转动，通过相对转动，使得从动杆压缩弹簧并相对于内环体移动，从动杆的内端靠拢而将试件进行定位，转动时，从动杆的外端通过滚轮在凸轮盘的凸起结构表面滚动而驱动从动杆压缩弹簧运动，最后再利用连接件将承载盘和凸轮盘固定；该装置能够克服试件与入射杆与透射杆不同轴心而产生误差的缺点，从而得到更为准确的测试数据。

通过承载盘与入射杆和透射杆的同轴心，进而使得承载盘上的三根同时运动的从动杆的轴心始终与入射杆和透射杆同轴心，定位精确。且利用凸轮机构实现三轴定心，可以实现任意尺寸的定位，适用范围广，利用凸轮盘的转动实现定位，操作简单

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，包括装有定位元件的承载盘、实现各尺寸试件定位的凸轮盘和连接件，所述承载盘和凸轮盘通过连接件连接，连接后，所述承载盘相对于凸轮盘可转动，所述凸轮盘将定位元件封闭在承载盘内，所述定位元件包括内环体、从动杆、弹簧和滚轮，所述内环体呈环形且固定在承载盘内，使得承载盘的两侧贯通，所述内环体的环形面设置有至少两个对称分布的通孔，所述从动杆的内端通过通孔连接至内环体的环形内，所述从动杆的外端位于内环体的环形外且套设有弹簧，所述从动杆的外端端部通过压缩弹簧，使得从动杆相对于内环体可来回移动，所述从动杆的外端端部连接有滚轮，所述凸轮盘内侧面设置有与滚轮数量一致的凸起结构，所述承载盘和凸轮盘连接后，所述滚轮卡在相邻凸起结构之间，通过承载盘相对于凸轮盘转动，使得滚轮在凸起结构的挤压下压缩弹簧，多个从动杆的内端同步进行移动，以对位于定位装置中心处的试件进行定位；

所述从动杆的内端为弧形面，以便于对试件进行定位，所述从动杆的外端设置有沟槽，以连接卡入滚轮，所述滚轮的滚动方向与承载盘相对于凸轮盘的转动方向相同；

所述凸轮盘和承载盘的边缘处设置有至少两条呈对称分布且重合的弧形槽，所述连接件穿过凸轮盘的弧形槽和承载盘的弧形槽而将凸轮盘和承载盘连接；

所述分离式霍普金森压杆包括组装成型的：氮气瓶、底座、发射装置、冲击杆、炮管、入射杆、透射杆、支架、吸收杆和缓冲装置，所述定位装置连接在入射杆和透射杆位置相对的端部，所述内环体和凸轮盘的圆孔内径，和入射杆、透射杆的直径相匹配，使得入射杆的端部卡在内环体，透射杆的端部卡在凸轮盘的圆孔处。

2.根据权利要求1所述的一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，所述凸起结构的高度大于等于从动杆从压缩弹簧开始到多个从动杆内端接触时，从动杆移动的距离。

3.根据权利要求2所述的一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，所述凸起结构设置有中部高两边低的弧形面，以便于滚轮在弧形面上可自由连续滚动。

4.根据权利要求1所述的一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，所述凸轮盘的中部设置有贯穿两侧的圆孔，所述圆孔的直径与内环体的内径相同。

5.根据权利要求4所述的一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，所述连接件包括螺栓、平垫片和螺母，所述螺栓通过弧形槽将承载盘和凸轮盘连接后，其另一端通过平垫片和螺母与承载盘固定。

6.根据权利要求5所述的一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，所述从动杆设置有三个，所述弧形槽设置有两个，所述从动杆呈辐射状均匀布置在内环体，两个所述弧形槽分别对称设置在凸轮盘和承载盘上。

7.根据权利要求6所述的一种用于分离式霍普金森压杆试件定位装置，其特征在于，所述凸轮盘、承载盘、内环体和从动杆的材料都为铝合金。

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