本发明专利技术公开了一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法，包括内齿齿轮、外齿齿轮、导向轴承组、导轨件、冲击杆、作用头、椭圆齿轮组、动力齿轮。导轨件顶端固定在整体支架上，试件置于底部的试验台座中。动力齿轮带动椭圆齿轮组，经内齿齿轮、外齿齿轮和导向轴承组传递动力，冲击杆和作用头沿导轨竖向往复作用，对试件施加连续的冲击荷载。内齿齿轮的内径大小与外齿齿轮外径的比值为2:1，外齿齿轮上任意一定点的内摆线轨迹均为直线往复运动。可通过调整椭圆齿轮组的啮合方式，得到变化的转动速度，从而实现不同大小、频率的冲击荷载的连续施加；本发明专利技术结构简单，操作便捷，运行安全可控。
【技术实现步骤摘要】
一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法
本专利技术涉及一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法，可实现工程结构或构件表面连续冲击荷载的施加，属于冲击试验
技术背景材料结构的冲击破坏在人们日常生活中随处可见，并且与航空航天、船舶、水利工程、汽车、核能、防护工程甚至国防工程息息相关。小到手机不慎跌落，大到汽车的撞击、废弃建筑的爆破拆除、航天飞机的解体着陆、行星的碰撞等，都存在着结构的冲击碰撞现象。这些结构在冲击荷载的作用下会发生形变甚至破坏，从而影响到结构的安全性和使用寿命。为了充分地理解并科学分析此类冲击现象，掌握结构的抗冲击性能，需要进行相应的冲击试验研究。目前，进行结构抗冲击试验的装置主要为霍普金森(Hopkinson)杆试验装置和落锤冲击装置。前者主要应用于高速冲击领域，由炸药引爆后产生压力脉冲，从霍普金森压杆尾端向前端传播，试件被放置于入射杆和透射杆之间。后者主要应用于中低速冲击领域，由含一定势能的落锤撞击置于底座的试件，并观测、记录试件在冲击荷载下的动力响应。然而，这些加载装置所产生的冲击荷载多为一次性的脉冲荷载，难以实现冲击荷载的连续施加，无法明确提供试件结构在持续冲击荷载下的疲劳损伤信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足之处，提供一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法，能够调整冲击荷载的大小和加载频率，为试件结构冲击疲劳损伤、破坏机理的研究提供试验保障。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术的一种施加连续冲击荷载的试验装置，包括内齿齿轮、外齿齿轮、导向轴承组、导轨件、冲击杆、椭圆齿轮组、动力齿轮、试件；导轨件包括两条竖直设置的导轨，其顶端固定在整体支架上部；试件置于整体支架底部的试验台座中；所述的动力齿轮在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组，经内齿齿轮、外齿齿轮和导向轴承组传递动力，使冲击杆沿导轨件竖向往复作用，对试件施加连续的冲击荷载。优选的，所述的内齿齿轮的内径与外齿齿轮外径的比值为2:1。进一步的，所述的导向轴承组中心点与外齿齿轮顶点连接。进一步的，所述的导向轴承组包括5个轴承，其中4个轴承中每2个一组分别沿导轨件的两条导轨滚动，另1个轴承连接冲击杆。进一步的，所述的冲击杆末端安装有作用头。进一步的，所述的椭圆齿轮组包括两个形状大小均相同、相互啮合的椭圆齿轮，两椭圆齿轮中心距为椭圆的长轴与短轴之和的二分之一。进一步的，所述的整体支架为框架式结构，包括相互平行的上平台和下平台、用于连接固定上平台和下平台的竖直支承件；导轨件的顶端固定在上平台上；试验台座固定在下平台上。本专利技术的一种施加连续冲击荷载的试验方法，其特征在于，采用上述的施加连续冲击荷载的试验装置，其动力齿轮在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组，经内齿齿轮、外齿齿轮和导向轴承组传递动力，使冲击杆沿导轨件件竖向往复作用，对试件施加连续的冲击荷载。本专利技术的所述内齿齿轮的转动速度在外齿齿轮位于底端和顶端时最大。通过调整椭圆齿轮组的啮合方式，可得到变化的内齿齿轮的转动速度，从而实现不同大小、频率的冲击荷载的连续施加。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：1.本专利技术能够为冲击试验研究提供连续的冲击荷载，且冲击荷载的大小、频率可调、可控，为研究结构冲击疲劳损伤和破坏机理提供试验保障。2.本专利技术在试验过程中，冲击杆和作用头的运动轨迹与半径比为2:1内摆线一致，由导向轴承组和导轨限定方向，从而实现连续冲击荷载的施加。3.本专利技术所施加的冲击荷载的大小、频率可由椭圆齿轮组的啮合方式调控，实现了冲击荷载的多样化，满足不同结构冲击试验的荷载要求。4.本专利技术结构简单，操作便捷，运行安全可控。附图说明图1为本专利技术的施加连续冲击荷载的试验装置的一个实施例的结构示意图。图2为图1所示的一个实施例的含局部剖面的前视图。图3为图2中a部局部放大图。图4为图2中b部局部放大图。图5为图1所示的一个实施例的后视图。图6为图5中c部局部放大图。图中，1试件，2作用头，3内齿齿轮，4外齿齿轮，5冲击杆，6整体支架，7椭圆齿轮组，8动力齿轮，9导轨件，10导向轴承组，11试验台座。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。图1为本专利技术施加连续冲击荷载的试验装置的一个实施例的结构示意图。图2为图1所示的一个实施例的含局部剖面的前视图。如图1和图2所示，本专利技术实施例装置，包括内齿齿轮3、外齿齿轮4、导向轴承组10、导轨件9、冲击杆5、椭圆齿轮组7、动力齿轮8、试件1。所述的整体支架6为框架式结构，包括相互平行的上平台和下平台、用于连接固定上平台和下平台的竖直支承件；导轨件9顶端固定在整体支架6上部，由两条竖直设置的钢件组成；试验台座11固定在下平台上。所述的椭圆齿轮组7分别与内齿齿轮3以及动力齿轮8连接，其中内齿齿轮3和外齿齿轮4通过导向轴承组10传递动力，动力齿轮8与外接动力系统相连；试件1放置于整体支架6底部的试验台座11中，试验中，冲击杆5沿导轨件9竖向往复作用，对试件1施加连续的冲击荷载。优选的，所述的内齿齿轮3的内径与外齿齿轮4外径的比值为2:1。运行时，外齿齿轮4上任意一点的内摆线轨迹均为竖向直线往复运动。进一步的，所述的导向轴承组10的中心点与外齿齿轮4顶点连接。图3为图2中a部局部放大图。如图3所示，所述的导向轴承组10包括5个轴承，其中4个轴承中每2个一组分别沿导轨件9的两条导轨滚动，另1个轴承连接冲击杆5。冲击杆5通过两组导向轴承沿两条导轨的滚动来确定其竖向作用力方向。图4为图2中b部局部放大图。如图4所示，所述的冲击杆5末端安装有作用头2。图5为图1所示的一个实施例的后视图。图6为图5中c部局部放大图，示出了椭圆齿轮组7的啮合方式。运行时，椭圆齿轮组7由动力齿轮8传动。所述的椭圆齿轮组7包括两个形状大小均相同、相互啮合的椭圆齿轮，两椭圆齿轮中心距为椭圆的长轴与短轴之和的二分之一。本专利技术的一种施加连续冲击荷载的试验方法，施加连续冲击荷载的试验装置的动力齿轮8在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组7，经内齿齿轮3、外齿齿轮4和导向轴承组10传递动力，使冲击杆5沿导轨件件9竖向往复作用，对试件1施加连续的冲击荷载。通过调整椭圆齿轮组(7)的啮合方式，可得到变化的内齿齿轮(3)的转动速度。即，由动力齿轮8传递的恒定转动速度经椭圆齿轮组7后，可得到变化的内齿齿轮3的转动速度，从而实现不同大小、频率的冲击荷载的连续施加。其内齿齿轮3的瞬时转动速度na为：na＝n2＝n1·r1/r2其中n1、n2分别为椭圆齿轮组7的主动轮和从动轮的瞬时转速；r1、r2分别为椭圆齿轮组7的主动轮和从动轮瞬时传动时的圆弧半径。所述内齿齿轮3的转动速度在外齿齿轮4位于底端和顶端时最大。所述动力齿轮8的外接动力系统，可采用液压马达、电动机、发动机等，为试验装置提供稳定持续的动力。具体的，所述试件1置于试验台座11进行冲击试验前，需根据其力学参数，如：弹模、泊松比、抗拉强度等，通过数值模拟，计算出其产生破坏时所需的冲击荷载大小，从而为试验施加的冲击荷载提供参考。本专利技术提供的施加连续冲击荷载的试验装置，结构设计简单，操作便捷，过程安全可控。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种施加连续冲击荷载的试验装置，其特征在于，包括内齿齿轮(3)、外齿齿轮(4)、导向轴承组(10)、导轨件(9)、冲击杆(5)、椭圆齿轮组(7)、动力齿轮(8)、试件(1)；导轨件(9)包括两条竖直设置的导轨，其顶端固定在整体支架(6)上部；试件(1)置于整体支架(6)底部的试验台座(11)中；所述的动力齿轮(8)在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组(7)，经内齿齿轮(3)、外齿齿轮(4)和导向轴承组(10)传递动力，使冲击杆(5)沿导轨件(9)竖向往复作用，对试件(1)施加连续的冲击荷载。
【技术特征摘要】
1.一种施加连续冲击荷载的试验装置，其特征在于，包括内齿齿轮(3)、外齿齿轮(4)、导向轴承组(10)、导轨件(9)、冲击杆(5)、椭圆齿轮组(7)、动力齿轮(8)、试件(1)；导轨件(9)包括两条竖直设置的导轨，其顶端固定在整体支架(6)上部；试件(1)置于整体支架(6)底部的试验台座(11)中；所述的动力齿轮(8)在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组(7)，经内齿齿轮(3)、外齿齿轮(4)和导向轴承组(10)传递动力，使冲击杆(5)沿导轨件(9)竖向往复作用，对试件(1)施加连续的冲击荷载。2.根据权利要求1所述的一种施加连续冲击荷载的试验装置，其特征在于：所述的内齿齿轮(3)的内径与外齿齿轮(4)外径的比值为2:1。3.根据权利要求1所述的一种施加连续冲击荷载的试验装置，其特征在于：所述的导向轴承组(10)中心点与外齿齿轮(4)顶点连接。4.根据权利要求1所述的一种施加连续冲击荷载的试验装置，其特征在于：所述的导向轴承组(10)包括5个轴承，其中4个轴承中每2个一组分别沿导轨件(9)的两条导轨滚动，另1个轴承连接冲击杆(5)。5.根据权利要求1所述的一种施加连续冲击荷载的试验装置，其特征在于，所述的冲击杆(5...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈小翠，赵文虎，张玉全，郑源，杨春霞，刘惠文，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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