CN210401093U - 一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，包括拉伸试件、通孔式荷重传感器、压紧板、压紧螺钉与螺母，拉伸试件放置于两块压紧板限位槽间，使用压紧螺钉穿过通孔式载荷传感器并安装在压紧板上，在另一块压紧板背部使用螺母将两块压紧板压紧。根据荷重传感器信号输出的显示结果，调节压紧螺钉的预紧力，达到拉伸试件预期的压缩载荷量。而后，将试验装置夹持在拉伸机上以测得压缩载荷下，柔性接头弹性件材料的剪切模量。本实用新型采用的压剪联合加载试验装置，具有结构简单、操作方便、压缩载荷可实时调控等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，属于固体火箭发动机柔性喷管柔性接头弹性件材料的性能试验测试技术领域。
背景技术
柔性喷管是固体火箭发动机推力矢量技术的一种重要方式，具有致偏能力强、结构简单、响应快、自密封等优点，广泛用于导弹及助推器上。柔性喷管的核心部件是柔性接头，它由同球心的多层弹性件与增强件交替组合而成，在伺服机构的驱动下发生剪切变形，达到推力矢量调节的目的。柔性接头的弹性力矩在柔性喷管驱动力矩中占主导地位，而弹性力矩主要与弹性件材料工作条件下的剪切模量成正比。
弹性件的剪切模量在正常工况下由四板法(参照GB/T12830)测定，现有柔性接头弹性件材料压剪联合加载装置由双缸加压法测定，试件的压缩力由气压缸/液压缸提供，并且两个气缸活塞必须同步运动，试验装置复杂、结构尺寸大、不易操作。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，解决现有柔性接头弹性件材料压剪联合加载装置复杂、结构尺寸大、不易操作等问题，且本使用新型结构简单、操作方便、载荷易调节的简易试验装置。
本实用新型解决的技术方案为：一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，包括：拉伸试件(1)、通孔式荷重传感器(3)、压紧板(2)、压紧螺钉(4)、垫片(5)和螺母(6)；
压紧板(2)为两个，分别为第一压紧板和第二压紧板；第一压紧板和第二压紧板上分别设置两个通孔；
垫片(5)、通孔式荷重传感器(3)、第一压紧板、第二压紧板和螺母(6)依次穿在压紧螺钉(4)的螺柱上；垫片(5)位于压紧螺钉(4)的螺帽与通孔式荷重传感器(3)之间；通孔式荷重传感器位于垫片(5)与第一压紧板之间；第一压紧板和第二压紧板之间设置拉伸试件(1)；
通孔式荷重传感器(3)测量拉伸试件(1)受到的压紧载荷。
压紧板(2)内设有限位槽，对拉伸试件(1)进行限位。
拉伸试件(1)受到的压缩载荷由压紧螺钉和螺母配合的预紧力提供，螺钉预紧力的大小能够调节即压缩载荷大小可调；
通孔式荷重传感器(3)为中间有一通孔的通孔式荷重传感器，用于测量压紧螺钉的预紧力，同时传感器具有信号输出功能。
拉伸试件(1)放置于两块压紧板间，用于固定拉伸试件。
第一压紧板和第二压紧板上分别设置的两个通孔的位置对应，使压紧螺钉(4)穿过第一压紧板和第二压紧板的两个通孔后，穿过两个通孔后的压紧螺钉(4)平行，即第一压紧螺钉的螺柱与第二压紧螺钉的螺柱平行。
通孔式荷重传感器(3)的一端顶住垫片(5)，另一端顶住第一压紧板。
螺母(6)通过顶住第二压紧板，使第一压紧板与第二压紧板对拉伸试件(1)施加压缩载荷。
拉伸试件(1)两端设置有万能拉伸机夹持端。
拉伸试件(1)，包括上层、下层和中间层，上层、下层为金属材料，中间层为柔性接头弹性件材料，上层、中间层、下层依次设置固连。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
(1)本实用新型的压剪联合加载装置由压紧螺钉、压紧板、螺母等常用工装零件构成，结构简单，易于操作。
(2)本实用新型的压剪联合加载装置在螺钉压紧面使用了通孔式荷重传感器，可通过控制螺钉压紧程度，调节螺钉预紧力实现试件压缩载荷大小可调。
(3)本实用能够准确获得弹性件材料工作条件下的剪切模量，能够模拟发动机燃烧室工作压强即压缩载荷，对拉伸试件进行压剪联合加载以测得弹性件材料在收到预设定压缩载荷的剪切模量。
(4)本实用新型的压剪联合加载装置可用于对作为拉伸试件的固体火箭发动机柔性喷管的柔性接头进行压剪联合加载，实现符合工况下的剪切模量测试。
(5)本实用新型的压剪联合加载装置通过对现有四板剪切法试验件进行改进，结合单轴拉伸机可获得复杂载荷下的剪切模量数据，实用性高。
附图说明
图1是本实用新型一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置的原理示意图。
图2是本实用新型试验装置结构示意图。
图3是本实用新型联合加载装置压紧板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。
本实用新型一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，包括拉伸试件、通孔式荷重传感器、压紧板、压紧螺钉与螺母，拉伸试件放置于两块压紧板限位槽间，使用压紧螺钉穿过通孔式载荷传感器并安装在压紧板上，在另一块压紧板背部使用螺母将两块压紧板压紧。根据荷重传感器信号输出的显示结果，调节压紧螺钉的预紧力，达到拉伸试件预期的压缩载荷量。而后，将试验装置夹持在拉伸机上以测得压缩载荷下，柔性接头弹性件材料的剪切模量。本实用新型采用的压剪联合加载试验装置，具有结构简单、操作方便、压缩载荷可实时调控等特点。
参见示出本实用新型实施例的附图，下面将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本实用新型的范围。附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
本实用新型的压剪联合加载装置可用于固体火箭发动机推力矢量技术中柔性接头弹性件复杂载荷下剪切模量的测定。柔性接头在固体火箭发动机工作时不仅受发动机高压燃气载荷，摆动时弹性件还存在较大环向应力。柔性接头驱动力矩作为柔性喷管重要性能指标，与剪切模量的大小相关。因此，需准确获得弹性件材料工作条件下的剪切模量，为设计初期伺服系统方案提供合理的设计输入，同时指导后续结构迭代优化。
为获得弹性件材料工作条件下的剪切模量，模拟发动机燃烧室工作压强即压缩载荷，通过本实用新型的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置进行压剪联合加载试验以测得弹性件材料的剪切模量，即根据发动机燃烧室工作压强，通过调整压紧螺钉，对拉伸试件施加压缩载荷(即压缩力)，使所有压紧螺钉上安装的通孔式荷重传感器显示的压缩载荷(即压缩力)之和的值与发动机燃烧室工作压强(即压强形成的压力)相同，用来模拟发动机燃烧室工作压强，再通过对拉伸试件的中间层(即采用柔性接头弹性件材料的中间层)进行拉伸，测量拉伸试件在模拟受到发动机燃烧室工作压强的情况下的剪切模量性能。
本实用新型一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，包括拉伸试件、通孔式荷重传感器、压紧板、压紧螺钉与螺母，拉伸试件放置于两块压紧板限位槽间，使用压紧螺钉穿过通孔式载荷传感器并安装在压紧板上，在另一块压紧板背部使用螺母将两块压紧板压紧；根据荷重传感器信号输出的显示结果，调节压紧螺钉的预紧力，达到拉伸试件预期的压缩载荷量。而后，将试验装置夹持在拉伸机上以测得压缩载荷下，柔性接头弹性件材料的剪切模量。本实用新型采用的压剪联合加载试验装置，具有结构简单、操作方便、压缩载荷可实时调控等特点。
本实用新型的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，优选还包括有压缩力实时显示设备，压缩载荷实时显示设备连接通孔式荷重传感器的输出，用于实时显示通孔式荷重传感器(3)输出的结果，即显示压紧螺钉预紧力。
压紧螺钉(4)为两个，分别为第一压紧螺钉和第二压紧螺钉，第一压紧螺；螺母(6)为两个，分别为第一螺母和第二螺母；第一螺母和第二螺母分别与压紧螺钉(4)配合；第一压紧螺钉与第一螺母螺纹配合；第二压紧螺钉与第二螺母螺纹配合。
如图1所示描述了本实用新型的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置的原理示意图，图2详细描述了本试验装置结构示意图。如图2所示，试验装置包括拉伸试件、通孔式荷重传感器、压紧板、压紧螺钉与螺母。拉伸试件放置于两块压紧板限位槽间，使用压紧螺钉穿过通孔式荷重传感器并安装在压紧板上，在另一块压紧板背部使用螺母将两块压紧板压紧，压紧板优选的结构如图3所示。如图1所示，荷重传感器具有信号输出功能，由显示设备显示压缩载荷。根据载荷显示结果，调节压紧螺钉的预紧力，以达到拉伸试件的预期压缩载荷量。而后，将试验装置夹持在拉伸机上以测得压缩载荷下，柔性接头弹性件材料的剪切模量。
所述压缩载荷由压紧螺钉的预紧力提供，螺钉预紧力的大小可调即压缩载荷大小可调。所述传感器为中间有一通孔的通孔式荷重传感器，用于测量压紧螺钉的预紧力，同时传感器具有信号输出功能，用于实时显示螺钉预紧力。所述拉伸试件放置于两块压紧板间，压紧板内加工有限位槽，用于固定拉伸试件。
拉伸试件(1)由金属件与橡胶弹性件组成，金属件、弹性件及拉伸试件基本尺寸可参考GB/T12830《硫化橡胶与金属粘合剪切强度测试方法—四板法》，因该标准中拉伸试件的橡胶厚度较厚为5mm，大压缩载荷下，橡胶易破坏，影响测试准确度，同时柔性接头弹性件橡胶层厚度约0.8～1.5mm。因此，拉伸试件中橡胶厚度推荐值为1.0～2.5mm，其余结构尺寸如金属板尺寸与试件整体尺寸与标准一致。
压紧板(2)为有厚度的板材结构，为精确固定拉伸试片，压紧板内加工有尺寸合适的矩形限位凹槽，同时为方便加工在矩形凹槽对角上加工有延伸槽。为使压紧板内试件受力均匀，压紧板两通孔应均布于压紧板对称面上，且相距距离不应过大，避免试件受压力过小；也不应过小，易造成应力集中，压力分布不均。
通孔式荷重传感器(3)宜优先选用输出精度高、刚性好、抗偏载能力强的LZ-TH通孔式荷重传感器，同时，考虑到压缩载荷较大，通孔直径应不小于20mm；
压紧螺钉(4)为方便安装的内六角圆柱头螺钉，推荐使用性能等级大于70的不锈钢高强螺钉，同时为确保螺钉能提供较大的压缩载荷，大扭矩下不破坏螺钉规格应大于M16。
实现测量精度提高的进一步方案：例如：设压紧螺钉施加预紧力为F，则拉伸试件(1)受压缩力为2F。拉伸试件(1)中4个弹性件橡胶层分别为长L1、宽度为W1，厚度为H1，弹性件橡胶弹性模量为E；
满足2F/(E*2*L1*W1)*H1<0.1的优选约束条件，可以实现测试精度的进一步提高。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于包括：拉伸试件(1)、通孔式荷重传感器(3)、压紧板(2)、压紧螺钉(4)、垫片(5)和螺母(6)；
压紧板(2)为两个，分别为第一压紧板和第二压紧板；第一压紧板和第二压紧板上分别设置两个通孔；
垫片(5)、通孔式荷重传感器(3)、第一压紧板、第二压紧板和螺母(6)依次穿在压紧螺钉(4)的螺柱上；垫片(5)位于压紧螺钉(4)的螺帽与通孔式荷重传感器(3)之间；通孔式荷重传感器位于垫片(5)与第一压紧板之间；第一压紧板和第二压紧板之间设置拉伸试件(1)；
通孔式荷重传感器(3)测量拉伸试件(1)受到的压紧载荷。
2.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：压紧板(2)内设有限位槽，对拉伸试件(1)进行限位。
3.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：拉伸试件(1)受到的压缩载荷由压紧螺钉和螺母配合的预紧力提供，螺钉预紧力的大小能够调节即压缩载荷大小可调。
4.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：通孔式荷重传感器(3)为中间有一通孔的通孔式荷重传感器，用于测量压紧螺钉的预紧力，同时传感器具有信号输出功能。
5.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：拉伸试件(1)放置于两块压紧板间，用于固定拉伸试件。
6.根据权利要求3或4所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：第一压紧板和第二压紧板上分别设置的两个通孔的位置对应，使压紧螺钉(4)穿过第一压紧板和第二压紧板的两个通孔后，穿过两个通孔后的压紧螺钉(4)平行，即第一压紧螺钉的螺柱与第二压紧螺钉的螺柱平行。
7.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：通孔式荷重传感器(3)的一端顶住垫片(5)，另一端顶住第一压紧板。
8.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：螺母(6)通过顶住第二压紧板，使第一压紧板与第二压紧板对拉伸试件(1)施加压缩载荷。
9.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：拉伸试件(1)两端设置有万能拉伸机夹持端。
10.根据权利要求1所述的一种柔性接头弹性件材料的压剪联合加载试验装置，其特征在于：拉伸试件(1)，包括上层、下层和中间层，上层、下层为金属材料，中间层为柔性接头弹性件材料。
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|---|---|---|---|---|
| CN114166533A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-03-11 | 东风汽车底盘系统有限公司 | 一种复合材料副簧模拟装车台架试验装置及试验方法 |
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