可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具设计与制造制造技术

本发明专利技术公开了一种可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具设计与制造方法。本发明专利技术涉及金属、非金属及复合材料冲击性能测试与评价领域，尤其涉及一种采用创新型二维移动平台实现冲击位置点在可冲击平面区域内快速精准定位的落锤式冲击试验机夹具。由于冲击位置点不能在可冲击平面内进行连续定量调控，现有落锤式冲击试验机无法实现实际服役条件下材料非定点位置的冲击性能测试与评价。本发明专利技术针对上述问题采用可编程序控制器控制定轴旋转平台和单向移动平台，两平台配合组成新型移动平台完成平面内任一冲击位置点的精准调整，解决了冲击试验机极小安装空间内冲击位置点的移动问题，实现了冲击样件平面内非定点位置反复冲击性能的测试。

Design and manufacture of drop weight impact fixture for continuously adjusting impact position in plane

The invention discloses a design and manufacturing method of a drop hammer impact clamp which can continuously adjust and control the impact position point in the surface. The invention relates to the field of testing and evaluating the impact properties of metal, nonmetal and composite materials, in particular to a drop weight impact testing machine fixture for realizing the rapid and precise positioning of impact position points in an impact plane area by adopting an innovative two-dimensional mobile platform. Because the shock position point can not be continuously and quantitatively controlled in the impact plane, the existing drop hammer impact testing machine can not achieve the test and evaluation of the impact performance of the material in the non fixed position under the actual service conditions. The invention is to solve the above problems by using programmable controller to control the fixed axis rotation platform and one-way mobile platform, two platform with the composition of new mobile platform to complete the precise adjustment of plane in any position of impact point, solve the problem of mobile impact testing machine minimum installation space position of impact point, the impact of non prototype plane location repeated impact performance test.

【技术实现步骤摘要】
可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具设计与制造
本专利技术涉及金属、非金属和复合材料冲击性能测试与评价领域，尤其涉及一种采用创新型二维移动平台实现冲击位置点在可冲击平面区域内快速精准定位的落锤式冲击试验机板状试件夹具。创新型二维移动平台由单向移动平台和定轴旋转平台构成，通过可编程序控制器(ProgrammableLogicController)控制两台伺服电机的定量转动，可实现移动平台单向位移的高精度调控和定轴旋转平台中蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮角位移的高精度调控，两平台的联动配合实现了冲击位置点在平面区域内的连续定量调整。
技术介绍
纤维增强复合材料由于比强度高、比刚度大、可设计性强、抗疲劳性能好、能量吸收能力高、阻尼性能优越等优点，近年来已经在航空、航天、船舶、汽车等领域广泛应用。随着复合材料日益由次结构件扩展到主结构件的大量应用，复合材料的损伤容限和耐久性设计成为人们关注的焦点。层压板结构复合材料在飞机、船舶、汽车中作为基本结构原件使用，例如飞机的加强筋板，船舶的甲板、外壳等。层合板通常是用多层单层板粘合在一起组成整体的结构板。这种结构中基体在各层间起到了粘结和传递载荷的作用，因为各层之间没有增强体作用，所以沿厚度方向的强度比较低，对横向载荷特别是低速冲击载荷非常敏感，容易产生层间裂纹，进而分层，导致整体结构损伤和破坏。在层压板结构复合材料服役过程中因冰雹，飞鸟撞击、船体与礁石碰撞或维修人员不慎跌落的工具及粗暴踩踏等都有可能造成分层损伤；而这类损伤往往表面痕迹很小，目视勉强可检，但是在继续使用中，分层会继续扩展，从而造成材料内部产生很大范围的损伤。特别是在多次往复冲击条件下，这些损伤累积会大大降低层合板结构复合材料服役安全性能。因此测试表征复合材料的冲击损伤性能对复合材料的结构设计、制备及应用是十分必要的。在现有的复合材料冲击试验方法中，落锤式冲击试验以其较高的冲击速度，较大的冲击能量以及较高的测试精度而受到广泛的应用。但目前国内外生产的落锤式冲击试验机普遍采用固定单点冲击夹具，该夹具的设计使得冲击位置点固定于矩形试验件几何中心点。此类夹具的冲击位置点设计过于单一化和理想化，在试验设计和分析中仅仅能对几何中心区域的冲击性能进行测试与评价。而在材料服役过程中，通常所受的冲击载荷是随机性多点的反复冲击，由于现有落锤式冲击试验机冲击夹具设计的冲击位置点过于局限，使得其无法测试表征材料非定点位置或者全区域的反复冲击性能，也无法实现材料某一区域性能衰减对另一区域安全性能影响的测试与评价。一种非单一冲击位置点的落锤式冲击夹具设计与制造方法(公开/公告号CN1069185030A)专利技术专利中采用偏轴滚珠丝杠传动装置驱动横纵向移动模块实现双向位移，配合弹簧锁紧销和限位滑槽组成的定位装置，在落锤试验机限定的夹具安装空间内实现试验件上多个冲击位置点的落锤式冲击实验。上述专利可以有效调整可冲击区域内的冲击位置点，实现实际服役条件下材料不同区域内的冲击性能测试与评价，但是其调整位置点的方式采用手动操作，智能化程度较低且影响试验效率。又因定位装置限制，所能调整的冲击位置点局限于固定的9点上，理论上并不能实现全区域冲击性能的测试与表征，达不到连续调控冲击位置点的目的。现存国内外二维移动平台普遍采用两组滚珠丝杠传动实现横纵向双向位移实现平面区域位置的调整。这类移动平台在横纵向位置都足够的空间内使用可实现区域位置调整，但是现存落锤冲击试验机夹具安装空间狭小，使用伺服电机来控制滚珠丝杠实现双向位置的调整范围受空间限制，无法达到全区域覆盖的试验目的。
技术实现思路
针对现有冲击夹具冲击位置点在一维特别是二维平面区域内不能连续高精度的定量调控，材料的冲击性能不能全面真实的被测试表征的问题，本专利技术提供了一种新型的利用单向位移与定轴旋转配合实现平面位置点调整的移动平台，采用可编程序控制器(PLC)控制伺服电机带动单向移动平台滚珠丝杠转动实现水平线位移调控和定轴旋转平台蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮的高精度角位移调控，两者配合完成矩形试验板材冲击位置点在可冲击区域内的高精度连续定量调整。本专利技术通过控制面板输入冲击位置点坐标，利用两个伺服电机分别控制单向移动平台的移动和定轴旋转平台的旋转，使冲击位置点快速精准的调整为所输入的坐标位置，完成对板状试件进行非定点位置的反复冲击性能测试及表征。另外还能在一块试验板材对不同位置的冲击位置点进行反复冲击，实现材料某一区域性能衰减对另一区域服役安全性能影响的测试与评价。具体方案为：一种可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具包括气动压紧平台、定轴旋转平台、单向移动平台和控制装置。气动压紧平台由电磁控制阀、单活塞双作用气缸、试件放置卡槽、中部设有通孔的压板及安装有压力传感器的橡胶压头组成。定轴旋转平台由动力装置(伺服电机)和传动装置(蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮)组成，经由传动轴和定轴轮系完成气动压紧平台的定轴定量旋转。单向移动平台由动力装置(伺服电机)和传动装置(滚珠丝杠)组成，经由平台上表面固定连接的定轴旋转平台和气动压紧平台，完成复合材料冲击试验件的单向移动。控制装置由伺服驱动器、PLC控制柜和控制面板组成，由控制面板输入冲击位置点坐标，经由PLC编程系统控制伺服驱动器控制伺服电机完成旋转平台的定角度旋转和单向移动平台的定距离位移，实现落锤式冲击试验机在狭小空间内完成冲击试验件在可冲击区域内冲击位置点的快速精准定位。创新型二维移动平台由单向移动平台和定轴旋转平台构成，通过可编程序控制器(ProgrammableLogicController)控制两台伺服电机的定量转动，可实现移动平台单向位移的高精度调控和定轴旋转平台中蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮的角位移的高精度调控，两平台的联动配合实现了冲击位置点在平面区域内的连续定量调整。传动装置采用蜗轮蜗杆机构或锥齿轮机构或交错轴斜齿轮机构实现空间交错轴间的运动和动力，完成将伺服电机绕水平轴的转动最终转换成绕竖直轴的转动。定轴旋转平台的蜗轮蜗杆机构或锥齿轮机构或交错轴斜齿轮机构产生的动力通过传动轴和定轴轮系的配合传递到气动压紧平台，实现冲击试验件的定轴定量旋转。中部设有通孔的压板四周固定四个安装压力传感器的橡胶压头，压板下压时橡胶压头与复合材料冲击试验件压紧，配合压力传感器实现气动压紧平台对试验件预锁紧力的调整和表征；冲击过程中，通过压力传感器可实现整个冲击过程中橡胶压头对试验件压紧力的测试与表征。复合材料冲击试样的冲击位置调整采用可编程序控制器(ProgrammableLogicController)控制，在控制面板内输入冲击位置点坐标后，PLC编程控制伺服驱动器完成伺服电机的定量转动转换为定轴旋转平台的角位移调控和移动平台的单向位移调控，两平台配合实现所设计冲击位置点的坐标定位。本专利技术可通过定轴旋转平台的角度调整与单向移动平台的直线位移调整相互配合，完成复合材料冲击试样可冲击范围内的任意冲击位置点的精准定位。同时也可完成同一位置点的反复冲击和一块冲击试验件上不同位置点的冲击试验。本专利技术相较现有落锤式冲击夹具的优势表现在：采用数控方式完成冲击位置点的调整，精准定位的同时也提高了试验效率，减少了试验过程中的无关变量；压紧平台采用单活塞双作用气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具包括气动压紧平台、定轴旋转平台、单向移动平台和控制装置。气动压紧平台由电磁控制阀、单活塞双作用气缸、试件放置卡槽、中部设有通孔的压板及安装有压力传感器的橡胶压头组成。定轴旋转平台由动力装置(伺服电机)和传动装置(蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮)组成，经由传动轴和定轴轮系完成气动压紧平台的定轴定量旋转。单向移动平台由动力装置(伺服电机)和传动装置(滚珠丝杠)组成，经由平台上表面固定连接的定轴旋转平台和气动压紧平台，完成复合材料冲击试验件的单向移动。控制装置由伺服驱动器、PLC控制柜和控制面板组成，由控制面板输入冲击位置点坐标，经由PLC编程系统控制伺服驱动器控制伺服电机完成旋转平台的定角度旋转和单向移动平台的定距离位移，实现落锤式冲击试验机在狭小空间内完成冲击试验件在可冲击区域内冲击位置点的快速精准定位。

【技术特征摘要】
1.一种可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具包括气动压紧平台、定轴旋转平台、单向移动平台和控制装置。气动压紧平台由电磁控制阀、单活塞双作用气缸、试件放置卡槽、中部设有通孔的压板及安装有压力传感器的橡胶压头组成。定轴旋转平台由动力装置(伺服电机)和传动装置(蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮)组成，经由传动轴和定轴轮系完成气动压紧平台的定轴定量旋转。单向移动平台由动力装置(伺服电机)和传动装置(滚珠丝杠)组成，经由平台上表面固定连接的定轴旋转平台和气动压紧平台，完成复合材料冲击试验件的单向移动。控制装置由伺服驱动器、PLC控制柜和控制面板组成，由控制面板输入冲击位置点坐标，经由PLC编程系统控制伺服驱动器控制伺服电机完成旋转平台的定角度旋转和单向移动平台的定距离位移，实现落锤式冲击试验机在狭小空间内完成冲击试验件在可冲击区域内冲击位置点的快速精准定位。2.根据权利要求1所述的一种可面内连续调控冲击位置点的落锤式冲击夹具，其特征在于：创新型二维移动平台由单向移动平台和定轴旋转平台构成，通过可编程序控制器(ProgrammableLogicController)控制两台伺服电机的定量转动，可实现移动平台单向位移的高精度调控和定轴旋转平台中蜗轮蜗杆或锥齿轮或交错轴斜齿轮的角位移的高精度调控，两平台的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国利，王志鹏，马欢，王伟伟，陈光伟，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12