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  1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 0.6 (22)申请日 2020.04.20 (73)专利权人 南京山河特种设备科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市秦淮区永智路5 号南京白下高新技术产业园区科技创 业孵化综合楼(五号楼)南侧1层 (72)发明人 谢方王源宗周红晋冬艳 李新平罗忆 (74)专利代理机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通合伙) 32257 代理人 李娅 (51)Int.Cl. G01N 3/22(2006.01) G01N 3/24(2006.01) G01N

  2、 3/32(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种分离式霍普金森扭杆 (57)摘要 本实用新型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

  3、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， 从而有效提升了实验装置的可操作性和 实验精度。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 211955048 U 2020.11.17 CN 211955048 U 1.一种分离式霍普金森扭杆， 其特征是， 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

  4、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， 其特征是， 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， 其特征是， 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，

  5、 其特征是， 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， 其特征是， 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， 其特征是， 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

  6、间。 7.如权利要求6所述的分离式霍普金森扭杆， 其特征是， 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， 其特征是， 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

  7、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， 其特征是， 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。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211955048 U 2 一种分离式霍普金森扭杆 技术领域 0001 本实用新型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 0002 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

  8、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。 实用新型内容 0003 本实用新型的目

  9、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。 0004 为了解决上述技术问题， 本实用新型提供了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

  10、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。 0005 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。 0006 优选地， 所述的伺服控制扭转电机适配有减速箱。 0007 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

  11、联轴器法兰后侧。 0008 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。 0009 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。 说明书 1/3 页 3 CN 211955048 U 3 0010 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。 0011 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

  12、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。 0012 优选地， 所述的扭力锁定释放装置包含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。 0013 本实用新型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 有以下实用新型点： 0014 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

  13、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。 0015 2.实验过程中为避免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。 0016 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， 且简单易操作、 可控性强、 极大 地提升了实验的稳定性。 附图说明

  14、 0017 图1是分离式霍普金森扭杆结构示意图。 0018 图2是本实用新型扭力释放系统的剖面结构示意图。 0019 图3是本实用新型的扭力释放系统的结构示意图。 0020 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、 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

  15、。 具体实施方式 0021 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明， 以使本领域的技术人员 可以更好地理解本实用新型并能予以实施， 但所举实施例不作为对本实用新型的限定。 0022 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； 说明书 2/3 页 4 CN 211955048

  16、U 4 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。 0023 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、 高精度线均通过对中支架8置于高精度线上端， 并可沿高精度线自由滑动。 高精度线所示， 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

  17、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。 0025 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

  18、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。 0026 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。 0027 以上仅为本实用新型的优选实施例， 并不用于限制本实用新型， 对于本领域的技 术人员来说， 本实用新型可以有各种更改和变化。 凡在本实用新型的精神和原则之内， 所作 的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本实用新型的保护范围以内。 说明书 3/3 页 5 CN 211955048 U 5 图1 图2 说明书附图 1/2 页 6 CN 211955048 U 6 图3 说明书附图 2/2 页 7 CN 211955048 U 7

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