[发明专利]一种分离式霍普金森扭杆蓄能与释放装置及操作方法

说明书

本发明公开了一种分离式霍普金森扭杆蓄能与释放装置及操作方法，能以简单的机械结构实现了冲击扭转蓄能及释放，该装置包括霍普金森入射杆，夹持机构，释放机构和调整机构；本发明提供的操作方法能通过夹持和调整机构对霍普金森入射杆进行加紧，实现了对扭矩的储存，并且通过设计的释放装置，实现了对储存的扭转能量进行瞬间释放，从而模拟冲击载荷作用，提供了冲击实验模拟条件；同时，所加载的冲击载荷由扭转圈数决定，便于控制；适用于不同的加载装置，可重复使用，无需耗材；本发明结构简单，成本相对低廉，控制容易，操作方便。

技术领域

本发明属于冲击扭转实验技术领域，具体涉及一种分离式霍普金森扭杆蓄能与释放装置及操作方法。

背景技术

扭转实验是了解材料抗剪性能的基本实验，一般在扭转试验机上进行，试验时在试样两端施加扭矩，这时在试样两个截面间将产生扭转角，当扭转角达到一定程度时，试件将被扭断，扭转试样的断口形貌能反映出材料性能和受力情况。然而，在有些工况下，材料会受到高速冲击扭转载荷的作用，例如发动机离合器结合瞬间车轴的受载，以及车辆刹车时对转轴的作用载荷等。当材料受到高速扭转载荷作用时，材料的抗剪性能会不同于准静态扭转情形，因此，有必要对材料进行动态扭转实验，从而了解材料动态条件下的抗剪性能。分离式霍普金森扭杆就是一种测量材料动态条件下抗剪性能的实验装置。该实验装置将试件放置于入射杆和透射杆之间，而入射杆一般一分为二，通过夹紧装置将两端分离，远离试件的一端称为预扭端，通过外加力矩对预扭端进行加载，从而将扭转能量进行储存，当夹紧装置突然释放时，预扭端的储存的扭转能量会迅速以波的形式通过另一端传递到试件上，从而实现对试件的动态扭转。传统的分离式霍普金森扭杆一般采用一根中间开槽的铸铁螺柱来对夹持机构施加夹持力，当夹持力达到一定程度时，通过铸铁螺柱在开槽处产生断裂来模拟瞬间加载，但这种方法存在一些缺陷。首先，由于铸铁螺柱在缺陷处的断裂无法控制，从而使得在实验中难以保证实验中夹持力的可重复性；并且在实验的加载过程中，铸铁螺柱如果强度不够容易发生突然断裂，将直接导致实验失败；在实验中，铸铁件往往只能使用一次，使得实验成本提高，实验操作过程复杂化。这些使用缺陷制约着分离式霍普金森扭杆的发展和应用。

现有技术中虽有提供液压锁紧式装置，解决了耗材问题和实验可重复性问题，但是相比于传统机械结构，也存在明显缺点：

1、液压系统一般反应较慢，当用作高速实验设备的加紧装置时，在释放过程中无法实现瞬间释放，因而会严重影响实验精度。

2、液压锁紧装置需要一个庞大的供给系统，因而成本昂贵，养护困难。

发明内容

本发明的目的在于一定程度上缓和了上述技术矛盾，提供了一种分离式霍普金森扭杆蓄能与释放装置及操作方法，解决了现有分离装置存在的问题。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种分离式霍普金森扭杆蓄能与释放装置，包括霍普金森入射杆、夹持机构、释放机构和调整机构；其中，

夹持机构包括基座、压盖、销轴和连接接头，压盖的一端与基座铰接，另一端通过销轴与连接接头连接，压盖与连接接头在两端配合处均开设有通孔，两者通过销轴连接并形成可绕销轴相对转动的转动副；

释放机构包括两颗相同的钢球、套筒、异形释放杆、磁铁和释放把手，异形释放杆安装在套筒中，释放把手通过套筒侧边所开的通孔与异形释放杆连接；磁铁嵌在异形释放杆的顶部；两颗钢球对称安装在套筒上开设的圆孔中；

调整机构包括垫片、弹簧、螺母和调节螺柱，螺母和调节螺柱通过螺纹连接；调节螺柱穿过基座底部的孔，并和释放机构通过调节螺柱顶端的螺纹与套筒底部连接，调节垫片设置在螺柱与套筒中间，弹簧安装在基座和垫片之间，释放机构和夹持机构通过钢球进入连接接头上的小孔实现连接；使用时，调整机构通过扭转螺母使得调节螺柱向下运动，从而牵引释放机构，带动夹持机构实现将霍普金森入射杆夹持在基座与压盖之间。