一种基于霍普金森杆的复合加载装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于霍普金森杆的复合加载装置，该装置包括固定架、限位机构、扭杆、扭杆制动机构、扭矩加载机构和轴压机构，扭杆的第二端朝向轴压机构，扭杆的外侧面设有转动齿；扭杆制动机构用于限制扭杆的转动；沿长度方向，扭杆制动结构与扭杆的外侧面的连接处位于转动齿和限位机构之间；扭矩加载机构用于向扭杆施加扭矩，包括驱动齿轮和用于驱动驱动齿轮的驱动机构，驱动齿轮与转动齿啮合；当扭矩加载机构向扭杆施加的扭矩达到试验预设值时，扭杆制动机构解除对扭杆的转动限制。该基于霍普金森杆的复合加载装置通过驱动齿轮与转动齿的啮合向扭杆施加扭矩，可以实现对扭杆的大扭矩加载，其适用性更广。其适用性更广。其适用性更广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于霍普金森杆的复合加载装置


[0001]本申请涉及材料动态力学性能试验的试验设备领域，尤其涉及一种基于霍普金森杆的复合加载装置。

技术介绍

[0002]在现有技术的动态力学性能测试中，基于霍普金森杆的复合加载装置的扭矩加载机构包括直线驱动机构和齿条，直线驱动机构能够驱动齿条直线移动，齿条与扭杆的转动齿啮合。在向扭杆施加扭矩时，直线驱动机构驱动齿条沿直线移动，使得齿条带动扭杆的转动齿转动以向扭杆施加扭矩。目前试验中存在的问题是由于齿条的长度是有限制的，因此转动齿的旋转角度会因为受到齿条长度的限制而只能旋转一定的角度，从而导致扭矩加载机构向扭杆施加的最大扭矩受到很大限制，无法实现较大扭矩的加载。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中上述不足，本专利技术提供了一种基于霍普金森杆的复合加载装置，可以解决现有技术中，基于霍普金森杆的复合加载装置无法向扭杆施加较大扭矩的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于霍普金森杆的复合加载装置，包括：固定架、限位机构、扭杆、扭杆制动机构、扭矩加载机构和轴压机构，其中，
[0005]所述限位机构安装在所述固定架上；
[0006]所述扭杆沿长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述扭杆的第一端与所述限位机构可共同夹持试样，所述扭杆的第二端朝向所述轴压机构，所述扭杆的外侧面设有转动齿；
[0007]所述轴压机构用于向所述扭杆施加轴向压力；
[0008]所述扭杆制动机构与所述扭杆的外侧面固定连接，用于限制所述扭杆的转动；沿长度方向，所述扭杆制动结构与所述扭杆的外侧面的连接处位于所述转动齿和所述限位机构之间；
[0009]所述扭矩加载机构用于向所述扭杆施加扭矩，包括驱动齿轮和用于驱动所述驱动齿轮的驱动机构，所述驱动齿轮与所述转动齿啮合；
[0010]当所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩达到试验预设值时，所述扭杆制动机构解除对所述扭杆的转动限制，以使所述扭杆产生扭转波并传导至所述试样。
[0011]在本专利技术一个可选的实施例中，所述驱动机构包括永磁同步电机，所述永磁同步电机的输出轴与所述驱动齿轮连接；所述基于霍普金森杆的复合加载装置还包括与所述永磁同步电机连接的控制机构，所述控制机构用于控制所述永磁同步电机输出轴的转速；
[0012]利用所述基于霍普金森杆的复合加载装置进行试验时，所述控制机构控制所述永磁同步电机的输出轴的转速为ω，磁同步电机的输出轴的转速为ω，
[0013]其中，T0为所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩的所述试验预设值，U为电机
电压，X
d
为电机的直轴电抗，X
q
为电机的交轴电抗，E0为电机的空载反电动势，A为电机的转矩角，p为电机极对数，m为电压波动幅值。
[0014]在本专利技术一个可选的实施例中，还包括加载齿轮、齿轮制动机构和扭矩测量器；所述加载齿轮固定在所述扭杆的外侧面，所述加载齿轮包括所述转动齿；所述扭矩测量器用于测量所述加载齿轮向所述扭杆施加的加载扭矩值，并将用于表征所述加载扭矩值的信号传递给所述制动机构；当所述加载扭矩值达到所述试验预设值时，所述齿轮制动机构对所述加载齿轮进行制动。
[0015]在本专利技术一个可选的实施例中，所述齿轮制动机构包括制动齿轮和用于制动所述制动齿轮的齿轮制动器，其中，所述制动齿轮与所述加载齿轮啮合，所述齿轮制动器与所述扭矩测量器电连接；当所述加载扭矩值达到所述试验预设值时，所述齿轮制动器控制所述制动齿轮对所述加载齿轮进行制动。
[0016]在本专利技术一个可选的实施例中，所述齿轮制动器为磁粉制动器，当所述磁粉制动器对所述制动齿轮进行制动时，其所输入的励磁电流I通过下述公式计算确定：
[0017]其中，D
m
为磁粉制动器的制动外径；μ0为气隙磁导率；μδ为磁粉磁导率；L
m
为磁粉制动器线圈宽度；R
δ
为间隙及磁粉总磁阻；R
i
为铁磁阻；N为线圈匝数；L为电感量；S
δ
为磁粉填充区域垂直于磁路的有效面积；S为拉式变换后的复频率；T0为所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩的所述试验预设值。
[0018]在本专利技术一个可选的实施例中，所述扭杆制动机构包括第一钳体、第二钳体、连接件和顶推机构；所述第一钳体和所述第二钳体的两端沿竖直方向设置，所述第一钳体的第一端固定于所述固定架，所述第二钳体的第二端可移动地设置于所述固定架；所述第一钳体和所述第二钳体的远离所述固定架的第二端均与所述连接件固定连接；所述第一钳体和所述第二钳体用于共同夹持所述扭杆的周向侧面；
[0019]当所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩未达到所述试验预设值时，所述顶推机构沿宽度方向对所述第二钳体施加第一顶推力，以使所述第一钳体和所述第二钳体共同限制所述扭杆的转动；其中，所述宽度方向与所述竖直方向和所述长度方向均垂直；
[0020]当所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩达到所述试验预设值时，所述顶推机构沿所述宽度方向对所述第二钳体施加第二顶推力，以使所述连接件断开并解除对扭杆的转动限制；其中，所述第二顶推力的值大于所述第一顶推力的值。
[0021]在本专利技术一个可选的实施例中，所述连接件位于所述第一钳体和第二钳体之间的部分设有连接颈缩部；沿所述宽度方向，所述连接颈缩部的横截面积小于所述连接件其他部位的横截面积。
[0022]在本专利技术一个可选的实施例中，所述第一钳体设有与所述扭杆的第一侧面配合的第一卡紧面，所述第二钳体设有与所述扭杆的第二侧面配合的第二卡紧面；当所述第一钳体和所述第二钳体夹紧所述扭杆时，所述第一卡紧面和所述第二卡紧面相对所述扭杆的轴线对称；
[0023]所述第一钳体和第二钳体的第二端的端面均同时平行于所述长度方向和所述宽
度方向，所述第一钳体的第二端的端面所在平面到所述扭杆的轴线的最小距离与所述第二钳体的第二端的端面所在平面到所述扭杆的轴线的最小距离相等；所述连接件的下表面贴合于所述第一钳体的第二端的端面和所述第二钳体的第二端的端面。
[0024]在本专利技术一个可选的实施例中，所述第二钳体与所述顶推机构抵接部位为与所述宽度方向垂直的平面；所述第二顶推力的值F2根据下述公式计算确定：
[0025][0026]其中，L1为所述第一钳体的第二端的端面所在平面与所述扭杆的轴线之间的最小距离；L2为所述第一钳体的第二端的端面所在平面与所述第二钳体与所述顶推机构抵接部位的中心点之间的最小距离；A1为沿所述宽度方向所述连接颈缩部的横截面积；R
m1
为所述连接件的材料的抗拉强度。
[0027]在本专利技术一个可选的实施例中，所述第一顶推力的值F1根据下述公式计算确定
[0028]其中，T0为所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩的所述试验预设值；l为所述扭杆被所述第一钳体所夹持的侧面的轴向长度；μ为所述扭杆被夹持的侧面与所述第一钳体之间的静摩擦系数；α为所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于霍普金森杆的复合加载装置，其特征在于，包括：固定架、限位机构、扭杆、扭杆制动机构、扭矩加载机构和轴压机构，其中，所述限位机构安装在所述固定架上；所述扭杆沿长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述扭杆的第一端与所述限位机构可共同夹持试样，所述扭杆的第二端朝向所述轴压机构，所述扭杆的外侧面设有转动齿；所述轴压机构用于向所述扭杆施加轴向压力；所述扭杆制动机构与所述扭杆的外侧面固定连接，用于限制所述扭杆的转动；沿长度方向，所述扭杆制动结构与所述扭杆的外侧面的连接处位于所述转动齿和所述限位机构之间；所述扭矩加载机构用于向所述扭杆施加扭矩，包括驱动齿轮和用于驱动所述驱动齿轮的驱动机构，所述驱动齿轮与所述转动齿啮合；当所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩达到试验预设值时，所述扭杆制动机构解除对所述扭杆的转动限制，以使所述扭杆产生扭转波并传导至所述试样。2.根据权利要求1所述的基于霍普金森杆的复合加载装置，其特征在于，所述驱动机构包括永磁同步电机，所述永磁同步电机的输出轴与所述驱动齿轮连接；所述基于霍普金森杆的复合加载装置还包括与所述永磁同步电机连接的控制机构，所述控制机构用于控制所述永磁同步电机输出轴的转速；利用所述基于霍普金森杆的复合加载装置进行试验时，所述控制机构控制所述永磁同步电机的输出轴的转速为ω，ω＝其中，T0为所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩的所述试验预设值，U为电机电压，X
d
为电机的直轴电抗，X
q
为电机的交轴电抗，E0为电机的空载反电动势，A为电机的转矩角，p为电机极对数，m为电压波动幅值。3.根据权利要求1所述的基于霍普金森杆的复合加载装置，其特征在于，还包括加载齿轮、齿轮制动机构和扭矩测量器；所述加载齿轮固定在所述扭杆的外侧面，所述加载齿轮包括所述转动齿；所述扭矩测量器用于测量所述加载齿轮向所述扭杆施加的加载扭矩值，并将用于表征所述加载扭矩值的信号传递给所述制动机构；当所述加载扭矩值达到所述试验预设值时，所述齿轮制动机构对所述加载齿轮进行制动。4.根据权利要求3所述的基于霍普金森杆的复合加载装置，其特征在于，所述齿轮制动机构包括制动齿轮和用于制动所述制动齿轮的齿轮制动器，其中，所述制动齿轮与所述加载齿轮啮合，所述齿轮制动器与所述扭矩测量器电连接；当所述加载扭矩值达到所述试验预设值时，所述齿轮制动器控制所述制动齿轮对所述加载齿轮进行制动。5.根据权利要求4所述的基于霍普金森杆的复合加载装置，其特征在于，所述齿轮制动器为磁粉制动器，当所述磁粉制动器对所述制动齿轮进行制动时，其所输入的励磁电流I通过下述公式计算确定：
其中，D
m
为磁粉制动器的制动外径；μ0为气隙磁导率；μ
δ
为磁粉磁导率；L
m
为磁粉制动器线圈宽度；R
δ
为间隙及磁粉总磁阻；R
i
为铁磁阻；N为线圈匝数；L为电感量；S
δ
为磁粉填充区域垂直于磁路的有效面积；S为拉式变换后的复频率；T0为所述扭矩加载机构向所述扭杆施加的扭矩的所述试验预设值。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟，雷振国，徐颖，吴帮标，刘丰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：