專利名稱：壓一剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及材料動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓-剪炮設(shè)備中的樣品高精度定位把架和回收裝置。
壓-剪炮是高速?zèng)_擊載荷條件下進(jìn)行材料動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)的設(shè)備，高精度樣品定位把架和回收裝置是其關(guān)鍵部件。沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)彈托上粘結(jié)的飛片從炮膛高速射出撞擊樣品，實(shí)現(xiàn)正沖擊和斜沖擊兩種動(dòng)載條件下樣品材料性能的實(shí)驗(yàn)研究。沖擊速度范圍約為100米/秒～500米/秒。這里，飛片和彈托的組合稱為“炮彈”，安裝樣品并調(diào)節(jié)其位置的機(jī)構(gòu)稱為樣品定位把架。
通常使用壓-剪炮裝置進(jìn)行材料動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，樣品與飛片沖擊面間的平行度是在設(shè)備安裝、調(diào)試的同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)的。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中以初次調(diào)試和校準(zhǔn)結(jié)果作為樣品和飛片撞擊平行度的參考標(biāo)準(zhǔn)。

圖1是其示意簡(jiǎn)圖。圖中(1)和(2)分別是飛片與樣品碰撞前后的示意圖。平面P-P是炮口上安裝樣品環(huán)3的基準(zhǔn)面(圖1(1))。樣品2用環(huán)氧樹(shù)脂1固定在樣品環(huán)3上，并保持樣品的撞擊面Q-Q與樣品環(huán)基面R-R共面?！芭趶棥敝谱鰬?yīng)確保飛片4的撞擊面S-S與炮口上安裝樣品環(huán)的基準(zhǔn)面P-P共面。這種簡(jiǎn)易樣品把架操作簡(jiǎn)單，成本低，但存在一些問(wèn)題。首先在樣品環(huán)3上固定樣品2時(shí)，由于環(huán)氧樹(shù)脂在凝固過(guò)程中發(fā)生變形和操作過(guò)程產(chǎn)生的誤差，很難保證樣品撞擊面Q-Q與樣品環(huán)基面R-R共面。盡管在固定樣品后可以通過(guò)整體研磨等工藝消除兩面的共面偏差，使Q-Q與R-R兩平面盡可能滿足共面要求，但是由于樣品環(huán)3上固接樣品的環(huán)氧樹(shù)脂1在研磨過(guò)程中很容易發(fā)生變形。因此，要滿足Q-Q與R-R兩平面高精度共面的要求是困難的。在“炮彈”制作過(guò)程中也存在同樣的問(wèn)題。實(shí)際上，用飛片4與彈托5粘結(jié)制作“炮彈”時(shí)，飛片與樣品撞擊面間也存在接觸誤差，要保持飛片撞擊面S-S與“炮彈”軸線Z-Z高精度正交也是困難的。這些誤差的累積對(duì)高速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響是十分突出的。測(cè)試結(jié)果表明撞擊平面度誤差一般約為0.1毫弧度量級(jí)。
美國(guó)Brown大學(xué)材料沖擊實(shí)驗(yàn)室研制的配有激光干涉儀測(cè)試系統(tǒng)的樣品高精度定位和回收裝置是現(xiàn)有技術(shù)壓-剪炮裝置的代表。如圖2所示，樣品60用支桿63裝在鋼砧65左端腔體中，鋼砧上有調(diào)節(jié)螺栓64頂在支桿63的另一端，以便調(diào)節(jié)樣品60的位置，樣品60的背面附有動(dòng)量吸收板62。鋼砧65的左端口是“銅鼻子”68。與“銅鼻子”68相對(duì)的是發(fā)射管81(即炮膛)，其中有鋼板彈托82、泡沫塑料83和飛片84組成的炮彈，泡沫塑料83粘在彈托82上，飛片84粘在泡沫塑料83上。樣品60與飛片84的平行度和定位校準(zhǔn)采用多點(diǎn)激光干涉儀測(cè)試系統(tǒng)。圖中表示了該測(cè)試系統(tǒng)中的反射鏡66和透射鏡67。這套裝置的主要特點(diǎn)是具有較高的樣品定位精度，撞擊平面度比上述技術(shù)提高了一個(gè)量級(jí)，達(dá)到0.02～0.05毫弧度。但面臨的問(wèn)題是由于激光干涉儀測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)樣品和飛片相應(yīng)的制作精度要求也很高。飛片和樣品的撞擊面以及動(dòng)量吸收板的尾面的光潔度都要求達(dá)到鏡面。樣品撞擊面和動(dòng)量吸收板的尾面兩者間要求保持高度平行。這些苛刻的制作工藝條件大大提高了實(shí)驗(yàn)元件的制作費(fèi)用。另外，購(gòu)置或研制激光干涉儀測(cè)試系統(tǒng)需要較高經(jīng)費(fèi)，約為十多萬(wàn)美元。還有，實(shí)驗(yàn)中用的許多元件，如光學(xué)鏡片和樣品架等在沖擊實(shí)驗(yàn)中都被破壞，只能一次性使用。這又大大提高了每次實(shí)驗(yàn)的成本(約0.5～0.8萬(wàn)元人民幣)。按照我國(guó)現(xiàn)有的科研經(jīng)費(fèi)資助強(qiáng)度，很難開(kāi)展此類實(shí)驗(yàn)研究。此外，圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置的另一個(gè)明顯缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)斜沖擊實(shí)驗(yàn)和樣品的回收。
本實(shí)用新型的目的是提供一種壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置。該裝置采用高精度光學(xué)精密儀器中的光具螺栓，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、費(fèi)用少，而且操作便捷、實(shí)驗(yàn)成本低廉；完善的回收機(jī)構(gòu)可以完整地回收樣品。
本實(shí)用新型壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，包括裝有彈托和飛片的炮膛部分，樣品回收部分，樣品定位把架。本實(shí)用新型的樣品定位把架又分為樣品粗定位機(jī)構(gòu)和樣品精定位機(jī)構(gòu)。樣品粗定位機(jī)構(gòu)裝在一基座上，有沿炮膛軸線、即縱向-X軸，橫向-Y軸，鉛垂向-Z軸三個(gè)方向的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別用于樣品縱向、橫向和鉛垂三方向移動(dòng)的初步定位，還有繞X,Y,Z三軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)樣品繞三軸轉(zhuǎn)動(dòng)的初步定位。在所述基座和樣品粗定位機(jī)構(gòu)的上方，臨近炮膛出口一側(cè)是樣品精定位機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)中有前套環(huán)和后套環(huán)，二者間用光具螺栓連接；一樣品環(huán)裝在前套環(huán)上，樣品環(huán)與前套環(huán)的位置相對(duì)固定；樣品用低強(qiáng)度固態(tài)材料裝在樣品環(huán)上，再用銷釘將其固定在前套環(huán)上；樣品精定位機(jī)構(gòu)通過(guò)有任意轉(zhuǎn)向軸的連接機(jī)構(gòu)與粗定位機(jī)構(gòu)聯(lián)接；使樣品精定位機(jī)構(gòu)中的樣品環(huán)能相對(duì)于炮膛口炮彈上飛片的撞擊面運(yùn)動(dòng)。在樣品粗定位機(jī)構(gòu)的基座之上，遠(yuǎn)離炮膛的前端一側(cè)有樣品回收機(jī)構(gòu)。其中的樣品回收腔體具有較大的質(zhì)量，并可以沿炮膛軸線輕便地平行滑移。
本實(shí)用新型壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置中，飛片撞擊面與樣品撞擊面是面對(duì)面直接接觸的。
本實(shí)用新型裝置中，相對(duì)固定的樣品環(huán)與前套環(huán)間可以繞垂直于縱軸即X軸和橫軸即Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使撞擊面與炮膛軸線呈非正交的傾斜狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)斜沖擊實(shí)驗(yàn)和樣品回收。
本實(shí)用新型裝置中，樣品精定位機(jī)構(gòu)中的光具螺栓，可以使樣品環(huán)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)；還可以使樣品精定位機(jī)構(gòu)的前套環(huán)沿后套環(huán)平面的法向Z’軸平行移動(dòng)和繞X’,Y’和Z’三軸轉(zhuǎn)動(dòng)，精確調(diào)節(jié)樣品和飛片撞擊面的相對(duì)平行度。
本實(shí)用新型裝置中，樣品精定位機(jī)構(gòu)中的光具螺栓有三只，安裝在前套環(huán)上，并且位于一直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。
本實(shí)用新型裝置中，樣品回收腔體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于炮彈的質(zhì)量，彈托的直徑大于樣品回收腔體的孔徑；樣品回收腔壁附有軟材料，腔中裝有軟物質(zhì)，腔體外其運(yùn)動(dòng)前方設(shè)有多層鉛塊。
本實(shí)用新型裝置中，樣品回收部分中的樣品回收腔腔體安裝在支承座上，支承座上有滾珠。
本實(shí)用新型裝置中有任意轉(zhuǎn)向軸的連接機(jī)構(gòu)，包括支架、支桿和任意轉(zhuǎn)向軸。所說(shuō)的支架固定在沿垂直方向即Z軸作直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)之上；支架上有軸孔，端頭有任意轉(zhuǎn)向軸的支桿穿過(guò)所說(shuō)的軸孔，并可以在軸孔中滑移；所述支桿端頭的任意轉(zhuǎn)向軸與樣品精定位機(jī)構(gòu)相連。
本實(shí)用新型裝置中炮彈彈托由高密度塑料彈托和鋁彈托兩部分組成，它們分別用高密度塑料和硬鋁材料制造；也可以用玻璃鋼或尼龍代替高密度塑料制造彈托。
本實(shí)用新型樣品高精度定位把架和回收裝置具有如下顯著的特點(diǎn)和效果。一是把樣品的定位分為初步調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)兩步進(jìn)行。初步調(diào)節(jié)采用的樣品初定位機(jī)構(gòu)中有沿X、Y、Z三方向移動(dòng)的導(dǎo)軌，以及環(huán)繞此三軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。使樣品粗定位操作靈活便捷。在樣品高精度定位把架機(jī)構(gòu)中，在安裝樣品的前套環(huán)和后套環(huán)之間采用光學(xué)精密儀器中標(biāo)準(zhǔn)光具螺栓連接，使兩套環(huán)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制精度達(dá)到與常用光學(xué)精密儀器精度同樣的量級(jí)，從而確保沖擊實(shí)驗(yàn)需要的樣品最終高精度定位。又由于本實(shí)用新型裝置的定位把架是精密機(jī)械結(jié)構(gòu)，不涉及復(fù)雜的光學(xué)和電路。所以，研制成本低、制作方便、操作便捷、有利于普及和推廣。
本實(shí)用新型高精度定位把架機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中調(diào)節(jié)樣品與飛片撞擊面平行度時(shí)，是兩撞擊面相接觸的直接校準(zhǔn)，沒(méi)有間接校準(zhǔn)方法的多個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度明顯提高。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)裝置不僅適用于正沖擊實(shí)驗(yàn)，即飛片與樣品的撞擊面與炮膛軸線正交的沖擊實(shí)驗(yàn)，而且還可以進(jìn)行斜沖擊實(shí)驗(yàn)，即撞擊面與炮膛軸線非正交的沖擊實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中，樣品回收腔的腔孔具有確定的孔徑，腔體充分大的質(zhì)量。既確保樣品和飛片撞擊后無(wú)阻礙地進(jìn)入腔內(nèi)，使樣品得以完整回收；又有效地緩沖了鋁塑彈托的沖擊。兩者碰撞后的復(fù)合體將以遠(yuǎn)低于炮彈沖擊的速度與樣品回收機(jī)構(gòu)中的鉛塊發(fā)生擠壓，最終將炮彈的沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)換成鉛塊的變形能。樣品回收機(jī)構(gòu)完好無(wú)損地回收樣品的成功率高于95％。同時(shí)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)還充分考慮到高速運(yùn)動(dòng)的炮彈對(duì)整個(gè)樣品把架可能造成的損壞，通過(guò)合理地選擇樣品環(huán)的尺寸和形狀，最大限度地避免了實(shí)驗(yàn)時(shí)飛片和鋁彈托對(duì)樣品把架的碰撞。從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)樣品把架元構(gòu)件的完整回收和重復(fù)使用，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。
圖1是通常壓-剪炮樣品定位簡(jiǎn)易把架裝置示意圖。圖中(1)是飛片撞擊樣品前的示意圖，圖中(2)是飛片撞擊樣品后的示意圖。
圖2是美國(guó)Brown大學(xué)研制的配有激光干涉儀測(cè)試系統(tǒng)的壓-剪炮樣品高精度定位和回收裝置示意圖。
圖3是本實(shí)用新型壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置的示意圖。
圖4是本實(shí)用新型裝置中的樣品精定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。如圖3所示，本實(shí)用新型壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置包括樣品定位把架100，炮膛部分50，樣品回收部分30。樣品定位把架100，又有互相關(guān)聯(lián)的樣品粗定位機(jī)構(gòu)10和樣品精定位機(jī)構(gòu)20。炮膛部分50中有炮膛體52，其中裝彈托53，彈托53的前端面粘接飛片51。彈托53又由高密度塑料彈托55和鋁彈托57兩部分組成，它們分別用高密度塑料和鋁制造。炮膛部分50在其縱軸線方向運(yùn)動(dòng)，如箭頭49所指。飛片51和彈托53組成這里的炮彈。飛片51的撞擊面51-1(P-P)是本實(shí)用新型裝置樣品精確定位時(shí)的參考基準(zhǔn)。
樣品定位把架100中的樣品粗定位機(jī)構(gòu)10安裝在基座11上，自下而上有縱向?qū)к?2、橫向?qū)к?3、底盤15和調(diào)節(jié)螺栓14。橫向?qū)к?3裝在縱向?qū)к?2上。調(diào)節(jié)螺栓14垂直穿過(guò)底盤15后一起裝在橫向?qū)к?3上。于是組成沿縱向即X軸、橫向即Y軸、和鉛垂向即Z軸三方向的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別用于樣品在三方向的移動(dòng)定位。基座11安裝在壓-剪炮裝置真空腔體內(nèi)的底盤上(圖上未表示)。
樣品粗定位機(jī)構(gòu)10和樣品精定位機(jī)構(gòu)20通過(guò)有球形鉸鏈18的聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)接。所說(shuō)的聯(lián)接機(jī)構(gòu)包括支架16、支桿17、球形鉸鏈18。支架16固定在底盤15上，支架16上有軸孔16-1，支桿17穿過(guò)軸孔16-1裝在支架16上，可以在軸孔16-1內(nèi)沿箭頭44的方向滑移。支桿17的一端是球形鉸鏈18，樣品精定位機(jī)構(gòu)20與球形鉸鏈18相聯(lián)接。本實(shí)施例中，底盤15上對(duì)稱固定地安裝了兩付支架16和兩只支桿17。當(dāng)兩只支桿沿箭頭44的一個(gè)方向伸出支架16上的軸孔16-1的長(zhǎng)度不等時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了樣品精定位機(jī)構(gòu)繞Z軸旋轉(zhuǎn)的初步定位，調(diào)節(jié)范圍約為0°-25°。
樣品精定位機(jī)構(gòu)20位于樣品粗定位機(jī)構(gòu)10的上方，臨近炮膛體52出口一側(cè)。圖4較詳細(xì)地表示了樣品精定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。其主要構(gòu)件有后套環(huán)21、前套環(huán)22、銷釘23、光具螺栓24、樣品環(huán)25、以及在樣品環(huán)上固接樣品27的環(huán)氧樹(shù)脂26。后套環(huán)21與聯(lián)接機(jī)構(gòu)中的球形鉸鏈18聯(lián)接，繞Y軸(按圖3箭頭45方向)轉(zhuǎn)動(dòng)后套環(huán)21，可以實(shí)現(xiàn)樣品精定位機(jī)構(gòu)20繞Y軸的初步定位，同時(shí)也初步確定了樣品27和飛片51的撞擊傾角α。前套環(huán)22裝在后套環(huán)21之上，二者間用光具螺栓24聯(lián)接，光具螺栓24有三只，即24-1、24-2和24-3，安裝在前套環(huán)22的正面，并且分布在一直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。樣品環(huán)25用銷釘23固定在前套環(huán)22上，保持相對(duì)靜止。樣品27用環(huán)氧樹(shù)脂26固定在樣品環(huán)25上。樣品環(huán)25能相對(duì)于炮膛口炮彈上飛片51的撞擊面51-1(即P-P)運(yùn)動(dòng)。樣品27的撞擊面27-1(即Q-Q)與飛片51的撞擊面51-1(即P-P)面面相對(duì)。樣品27應(yīng)與炮膛體52的發(fā)射口保持足夠距離(參見(jiàn)圖3)。
樣品回收部分30遠(yuǎn)離炮膛體52的發(fā)射口，其樣品回收腔31有較大的質(zhì)量，用支承座35裝在基座11之上，支承座35上有滾珠34，可以使回收腔31沿炮膛軸線(X軸)輕便地移動(dòng)。樣品回收腔31中有軟物質(zhì)32，腔內(nèi)壁附有橡膠墊或其它類似的軟材料36。樣品回收腔31的出口用多層鉛塊33擋住。
本實(shí)用新型在樣品精確定位時(shí)選取的參考基準(zhǔn)是安裝在炮口炮彈上飛片51的撞擊面51-1(即P-P)。
本實(shí)用新型裝置運(yùn)行時(shí)，首先對(duì)樣品進(jìn)行粗定位，縱向?qū)к?2在基座11上按照箭頭41方向平移，進(jìn)行樣品把架沿X軸方向的初步定位。安裝在縱向?qū)к?2上的橫向?qū)к?3，沿垂直于圖平面方向，即箭頭42方向平移，實(shí)現(xiàn)樣品把架沿Y軸方向的初步定位。通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓14可以按箭頭43方向調(diào)節(jié)底盤15的高度和水平，實(shí)現(xiàn)樣品把架沿Z軸方向的初步定位。支架16與底盤15固連，支架16上有軸孔16-1。支桿17可以在支架16上的軸孔16-1內(nèi)沿箭頭44方向滑移，進(jìn)行樣品把架沿X方向的初步定位調(diào)節(jié)。實(shí)際上，本實(shí)用新型裝置在底盤15上對(duì)稱地固定安裝了兩付支架16和兩只支桿17。當(dāng)兩只支桿沿箭頭44伸出支架16上的軸孔16-1不等的長(zhǎng)度時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了樣品精定位機(jī)構(gòu)20繞Z軸旋轉(zhuǎn)的初步調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍約為15°～25°。如果按箭頭45方向轉(zhuǎn)動(dòng)后套環(huán)21，可以實(shí)現(xiàn)樣品精定位機(jī)構(gòu)繞Y軸的初步定位。這時(shí)也初步確定了樣品27和飛片51的撞擊傾角α。按箭頭46方向旋轉(zhuǎn)樣品環(huán)25，則實(shí)現(xiàn)樣品繞Y’軸轉(zhuǎn)動(dòng)的初步定位。這在完成一些特殊的二維沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)是特別有用的。本實(shí)用新型裝置樣品的精確定位可借助于圖4和其上所示的X’,Y’,Z’直角坐標(biāo)或r,θ,Z’極坐標(biāo)系進(jìn)行描述。兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)為樣品環(huán)的形心。這里X’軸通過(guò)兩球形鉸鏈的中心，X’-Y’平面平行于后套環(huán)21平面，z’軸垂直于X’-Y’平面。極坐標(biāo)r、θ、z’的r軸在X’-Y’平面內(nèi)。樣品初步定位操作完畢后，后套環(huán)21被固定。旋緊銷釘23，樣品環(huán)25相對(duì)于前套環(huán)22被固定。這時(shí)如果調(diào)節(jié)三個(gè)光具螺栓24-1,24-2和24-3，便可以調(diào)節(jié)由前套環(huán)22、樣品環(huán)25、環(huán)氧樹(shù)脂26和樣品27構(gòu)成的整體機(jī)構(gòu)相對(duì)于后套環(huán)21的相對(duì)位置。包括沿Z’軸平移，分別繞X’和Y’軸轉(zhuǎn)動(dòng)。該精調(diào)范圍取決于所選光具螺栓的尺寸。在樣品定位精調(diào)過(guò)程中，如果能直接測(cè)試樣品27和飛片51撞擊面間的間隙，就可以最終實(shí)現(xiàn)樣品的精確定位。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè)光具螺栓24-1,24-2和24-3,可以使樣品27的撞擊面27-1靠近飛片的撞擊面51-1。這時(shí)利用厚度為10微米的塞尺或其它精密儀器，從樣品或飛片周邊的不同方位檢驗(yàn)兩撞擊面27-1和51-1間的間隙，就可以確定兩撞擊面的平行度。
本實(shí)用新型裝置樣品回收機(jī)構(gòu)30在沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，炮彈產(chǎn)生的動(dòng)能分為兩部分一部分是飛片51的動(dòng)能，另一部分是鋁塑合成彈托53的動(dòng)能，其中大部分由鋁彈托57產(chǎn)生。固體環(huán)氧樹(shù)脂26連接層很薄，較脆，強(qiáng)度較低，在高速?zèng)_擊載荷作用下，極易發(fā)生破壞，幾乎不承受炮彈的沖擊載荷，從而切斷了炮彈沖擊動(dòng)能傳輸?shù)綐悠翻h(huán)25上的通道。當(dāng)飛片51與樣品27發(fā)生撞擊時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂26也將破碎。高密度塑料彈托55在發(fā)炮推力和沖擊慣性作用下通過(guò)樣品精定位機(jī)構(gòu)的中孔直接與樣品回收腔31碰撞。樣品回收腔31的內(nèi)孔徑略大于樣品直徑。在炮彈未完全出膛前，炮彈的沖擊推動(dòng)力已把樣品和飛片一起推進(jìn)樣品回收腔31內(nèi)。樣品回收腔31中的軟物質(zhì)32極大地減緩并吸收了樣品和飛片的沖擊動(dòng)量，使樣品得以完整地回收。設(shè)計(jì)中應(yīng)使復(fù)合彈托53的直徑大于樣品回收腔31的孔徑約5毫米，確保高密度塑料彈托55與樣品回收腔31發(fā)生碰撞時(shí)充分接觸。
本實(shí)用新型裝置實(shí)施例樣品回收腔31的質(zhì)量較大。支撐在支承座35上，而支承座上有滾珠34，致使回收腔31可以沿箭X軸方向(即箭頭48方向)靈活地移動(dòng)。實(shí)施例采用的復(fù)合彈托53的質(zhì)量較小。由動(dòng)量守恒定律知復(fù)合彈托53與樣品回收腔31發(fā)生碰撞后，其整體將以百分之一的炮彈沖擊速度向左運(yùn)動(dòng)。這時(shí)炮彈、樣品和回收腔體作為一個(gè)整體以較低的速度與鉛塊33碰撞。炮彈所有的沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為軟物質(zhì)32和鉛塊33的塑性變形能被消耗。最終實(shí)現(xiàn)了樣品的完整回收。
本實(shí)用新型裝置采用的樣品與飛片撞擊面平行度的面與面直接校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)構(gòu)思新潁、效果明顯。由于本實(shí)用新型裝置能有效地消除已有裝置間接校準(zhǔn)飛片和樣品撞擊平面度方法產(chǎn)生的誤差，把飛片和樣品撞擊面的平行度提高至0.01～0.08毫弧度，每次實(shí)驗(yàn)成本降至人民幣300～500元。沖擊實(shí)驗(yàn)表明本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中飛片和樣品撞擊面間的平行度，與美國(guó)Brown大學(xué)材料沖擊實(shí)驗(yàn)室的同類設(shè)備具有相同量級(jí)的精度，最高精度為0.01毫弧度。表1是本實(shí)用新型裝置，美國(guó)Brown大學(xué)材料沖擊實(shí)驗(yàn)室和我國(guó)某大學(xué)同類裝置的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的比較。
表1
權(quán)利要求1．壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，包括裝有彈托和飛片的炮膛部分，樣品定位把架和樣品回收部分，其特征是其中的樣品定位把架包括樣品粗定位機(jī)構(gòu)和樣品精定位機(jī)構(gòu)，樣品粗定位機(jī)構(gòu)裝在一基座上，有沿縱向即X軸，橫向即Y軸和鉛垂向即Z軸三個(gè)方向的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別用于樣品縱向、橫向和鉛垂三方向移動(dòng)的初步定位；還有繞X,Y,Z三軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)樣品繞三軸轉(zhuǎn)動(dòng)的初步定位；在所述基座和樣品粗定位機(jī)構(gòu)的上方，臨近炮膛出口一側(cè)是樣品精定位機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)中有前套環(huán)和后套環(huán)，二者間用光具螺栓連接；樣品環(huán)裝在前套環(huán)上，兩者的位置相對(duì)固定；樣品用低強(qiáng)度固態(tài)材料裝在樣品環(huán)上，樣品環(huán)用銷釘將其固定在前套環(huán)上；樣品精定位機(jī)構(gòu)通過(guò)有任意轉(zhuǎn)向軸的聯(lián)接機(jī)構(gòu)與粗定位機(jī)構(gòu)聯(lián)接；樣品精定位機(jī)構(gòu)中的樣品環(huán)能相對(duì)于炮膛口炮彈上飛片的撞擊面轉(zhuǎn)動(dòng)；在樣品粗定位機(jī)構(gòu)的基座之上，遠(yuǎn)離炮膛的前端一側(cè)有樣品回收部分，其中的樣品回收腔具有較大的質(zhì)量，并可以沿炮膛軸線輕便地移動(dòng)。
2．按照權(quán)利要求1所述的壓一剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是飛片撞擊面與樣品撞擊面直接接觸。
3．按照權(quán)利要求1所述的壓一剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是相對(duì)固定的樣品環(huán)與前套環(huán)間，可以繞垂直于縱軸即X軸和橫軸即Y軸任意轉(zhuǎn)動(dòng)，使撞擊面與炮膛軸線呈非正交的傾斜狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)斜沖擊實(shí)驗(yàn)和樣品回收。
4．按照權(quán)利要求1所述的壓一剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是樣品精定位機(jī)構(gòu)中的光具螺栓可以使樣品環(huán)繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；還可以使樣品精定位機(jī)構(gòu)的前套環(huán)沿后套環(huán)平面的法向Z’軸平行移動(dòng)和繞X’,Y’和Z’三軸轉(zhuǎn)動(dòng)，精確調(diào)節(jié)樣品和飛片撞擊面的相對(duì)平行度。
5．按照權(quán)利要求1或4所述的壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是樣品精定位機(jī)構(gòu)中的光具螺栓有三只，安裝在前套環(huán)上，并且分布在一直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。
6．按照權(quán)利要求1所述的壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是樣品回收腔體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于炮彈的質(zhì)量，彈托的直徑大于樣品回收腔體的孔徑；樣品回收腔壁附有軟材料，腔中裝有軟物質(zhì)，腔體外其運(yùn)動(dòng)前方設(shè)有多層鉛塊。
7．按照權(quán)利要求1或6所述的壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是樣品回收部分的回收腔腔體安裝在支承座上，支承座上有滾珠。
8．按照權(quán)利要求1所述的壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是有任意轉(zhuǎn)向軸的聯(lián)接機(jī)構(gòu)，包括支架、支桿和任意轉(zhuǎn)向軸，所說(shuō)的支架固定在沿垂直方向即Z軸作直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)之上，支架上有軸孔，端頭有任意轉(zhuǎn)向軸的支桿穿過(guò)此軸孔，并在軸孔中滑移；所述支桿端頭的任意轉(zhuǎn)向軸與樣品精定位機(jī)構(gòu)相聯(lián)。
9．按照權(quán)利要求1所述的壓-剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置，其特征是炮彈彈托由高密度塑料彈托和鋁彈托兩部分組成，它們分別用高密度塑料和硬鋁材料制造；還可以用玻璃鋼或尼龍?zhí)娲呙芏人芰现圃鞆椡小?br> 專利摘要本實(shí)用新型壓—剪炮樣品高精度定位把架和回收裝置包括樣品定位機(jī)構(gòu)、炮膛和樣品回收部分。其中的樣品定位把架分為粗定位機(jī)構(gòu)和精定位機(jī)構(gòu)。前者實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),使樣品初步定位。后者用光具螺栓調(diào)節(jié)樣品和飛片撞擊面的間隙,使兩平面的平行度最高精度達(dá)到0.01毫弧度。本實(shí)用新型裝置樣品和飛片的撞擊面與炮膛軸線可以是正交或斜交,兩種狀態(tài)都能完整地回收樣品,具有樣品定位精度高、設(shè)備成本和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N3/30GK2450658SQ00259740
公開(kāi)日2001年9月26日 申請(qǐng)日期2000年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者馬維, 段祝平, 吳承康, 王春奎, 陳淑霞, 張維民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所