一种损伤预制用的便携冲击器及冲击方法
【专利摘要】本发明涉及工程材料结构损伤预制领域，具体是一种损伤预制用的便携冲击器。本发明便携冲击器最前端是减震限位机构，减震限位机构对接于前端头自锁机构前端，并用螺钉与前端头自锁机构前端相固定。前端头自锁机构后端以螺纹接于筒体机构前端。齿轮机构、显示与运算机构焊接于筒体机构外表面相应位置处。弹簧与微调机构置入筒体机构的筒体内，并用筒体机构的后端头螺母固定。锁紧、释放机构以卡槽定位于筒体机构的外壁并用螺钉固定。本发明安全、轻便、简捷、环境适应性强、易操作，很好的解决了现有冲击装置或者不适应非水平面和异形面冲击、或者后端设备太多不便于现场的实时冲击等技术局限性。
【专利说明】一种损伤预制用的便携冲击器及冲击方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程材料结构损伤预制领域，具体是一种损伤预制用的便携冲击器及 冲击方法。
【背景技术】
[0002] 工程材料结构损伤预制在材料强度试验与研究中已广泛应用，在不同的损伤预制 方法中，冲击损伤预制应用更为广泛。冲击损伤预制按原理通常分为：重力式、弹簧能量式、 气动力式、电磁动力式和火控动力式，应用最广泛的为重力式。重力式冲击装置是通过改变 落锤质量和高度以达到能量调节，其结构简单、计量准确方便且安全，适用于静态水平或实 验室理想状态下的材料冲击，但对于类似飞机、车船等非水平面或其他大型工件的异形面 用重力式冲击，将难以实现。气动力式、电磁动力式和火控动力式通常须附带较多的后端设 备，不便于现场的实时冲击。目前，损伤预制用的能量式冲击器多为简易装置，从能量实时 调节功能、冲击回弹自锁功能、能量显示与测定功能、全角度冲击功能、减震装置及安全性 等，或设计不合理或功能缺失。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：为克服现有冲击装置或者不适应非水平面和异形面冲击、或者 后端设备太多不便于现场的实时冲击、或者设计不合理及功能缺失等技术局限性，本发明 提出了一种损伤预制用的便携冲击器。
[0004] 另外，本发明还提供一种基于损伤预制用的便携冲击器的冲击方法。
[0005] 本发明的技术方案是：一种损伤预制用的便携冲击器，其包括齿轮机构、锁紧与释 放机构、筒体机构、齿条导轨机构、自锁头触发机构、扳机锁紧机构、能量微调机构、前端头 自锁机构、减震限位机构、显示与运算机构、弹簧与微调机构，其中，所述减震限位机构位于 整个冲击器的最前端，且减震限位机构对接于前端头自锁机构前端，并用螺钉与前端头自 锁机构前端相固定；前端头自锁机构后端以螺纹接于筒体机构前端；齿轮机构、显示与运 算机构焊接于筒体机构外表面相应位置处；弹簧与微调机构的弹簧前端插入齿条导轨机构 后端限位固定孔，同时将弹簧与微调机构置入筒体机构的筒体内，并用筒体机构的后端头 螺母固定；锁紧、释放机构以卡槽定位于筒体机构的外壁并以螺钉固定。
[0006] 所述的减震限位机构包括滑筒、缓冲块、支撑曲杆、真空吸盘减震脚、托盘、锁紧螺 母，滑筒依次从缓冲块、托盘之通孔穿过并由锁紧螺母予以固定，支撑曲杆上端嵌入托盘下 端槽中焊接，真空吸盘减震脚与支撑曲杆螺纹连接。
[0007] 所述的前端头自锁机构包括自锁头限位螺栓、锁紧螺母、弹簧压紧螺栓、弹簧、自 锁头、限位块、自锁头固定筒、前端头、自锁头锁定卡、触发杆滑筒和触发杆，其中，自锁头限 位螺栓、锁紧螺母、弹簧压紧螺栓、弹簧依次相连，再将自锁头限位螺栓与螺纹连接，限位块 以螺钉连于自锁头，弹簧压紧螺栓以螺纹接于自锁头固定筒，自锁头固定筒与前端头焊接， 触发杆插入内含弹簧的触发杆滑筒以螺钉与自锁头锁定卡相连，触发杆滑筒与前端头螺纹 连接。
[0008] 所述的齿轮机构包括齿轮盒盖、齿轮盒紧固钉、齿轮、齿轮轴轴承、齿轮轴及齿轮 盒，所述齿轮置入齿轮盒，再将齿轮轴、齿轮轴轴承依次相连合入，齿轮盒盖用齿轮盒紧固 钉固定，且齿轮盒与主筒体焊接。
[0009] 所述的锁紧与释放机构包括齿条卡铁、连接销钉、扳机、扳机锁紧机构、齿条卡铁 弹簧及扳机固定柄，齿条卡铁、扳机、扳机锁紧部件、齿条卡铁弹簧依次置于扳机固定柄，插 入连接销钉铆接，扳机固定柄与主筒体以卡槽限位，螺钉紧固连接。
[0010] 所述的齿条导轨机构包括齿条旋转约束块、约束快螺钉、齿条、光通断板、冲头连 杆及冲头，所述齿条旋转约束块以约束快螺钉接于齿条、光通断板、冲头连杆与齿条焊接， 冲头与冲头连杆螺纹连接。
[0011] 一种基于损伤预制用的便携冲击器的冲击方法，其通过齿轮传动机构将弹簧压缩 实现能量储备，再经过弹簧后端微调机构使能量得到精确调整；在击发过程中测速机构精 确测定最终到达工件表面瞬时速度，以消除环境状态及倾斜角度影响，得出精确参数；在冲 击完成后反弹再回落瞬间自锁机构自动完成冲击头锁定，此时冲击头的二次冲击力由缓冲 减震支架进行承接并消除。
[0012] 工作时先调整真空吸盘减震脚螺纹，使冲头与被冲击面垂直，释放扳机锁紧部件 之锁定销，使齿条导轨机构在能量预置时能顺利通过，拔起自锁头限位螺栓，使自锁头锁定 卡锁住自锁头，以待冲击完成回弹后释放，以棘轮定力板套在齿轮轴上，使齿轮逆时针旋动 推动齿条导轨机构压缩弹簧至相应能量位置，扳动棘轮部件拨杆，旋动螺杆推动前轴承后 固件，使矩形弹簧被压缩、释放以达到能量微调，至此能量储备完成；
[0013] 在能量储备完成后，锁定扳机锁紧部件之锁定销，再行调整预冲击位置、冲击角 度、离面高度，在开始冲击前打开光电测速系统，清零、调整输入相应参数；
[0014] 扣动扳机、齿条卡铁释放齿条导轨机构，在冲头距被冲击面25mm时，齿条前端面 推动触发杆，自锁头锁定卡联动释放自锁头，当冲击完成回弹再落下时，自锁头卡在齿条前 端面，至此冲头自锁完成；
[0015] 自锁头被锁定瞬间，仍有较大冲击力由主筒体传递至滑筒再传至缓冲块和真空吸 盘减震脚与以逐级缓冲减震，冲头在距被冲击面30_时光束经过光通断板遮挡形成二次 通断，完成光通断板通过前后两束光之时间差记录，信息传送至处理显示系统，此时能量测 定完成。
[0016] 当冲击器需要变角度或应对各种异形面进行冲击时，须辅助三脚架，三脚架借助 连接卡块接于脚架连接块上。
[0017] 本发明创造的优点是：其能量储备过程是通过齿轮棘齿机构由人工扳动完成，其 省力且无需其它辅住能源和设备。在能量预置过程中分为粗调与精调使预置能量更接近所 需能量设计，再通过光电测能系统得到精确能量值。冲击完成后的回弹自锁，通过自锁机构 也得到很好解决。在自锁完成后，整个系统将承受较大回落后的震动，当能量传递至前端头 减震支架时，其两级缓冲减震使震动得以化解。安全也是本发明的一个重要特点，由于发明 的冲击头自由度被牢固限制在筒体内只有极少部分能露出筒体，且独特的真空吸盘减震脚 设计使冲击瞬间反冲力得到遏本发明安全、轻便、简捷、环境适应性强、易操作，很好的解决 了现有冲击装置或者不适应非水平面和异形面冲击、或者后端设备太多不便于现场的实时 冲击、或者设计不合理及功能缺失等技术局限性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1冲击器外形示意图；
[0019] 图2冲击器拆分装配示意图；
[0020] 图3减震限位机构装配关系示意图；
[0021] 图4前端头自锁机构装配关系示意图；
[0022] 图5齿轮机构装配关系示意图；
[0023] 图6锁紧与释放机构装配关系示意图；
[0024] 图7筒体机构装配关系示意图；
[0025] 图8齿条导轨机构装配关系示意图；
[0026] 图9弹簧与微调机构装配关系示意图；
[0027] 图10自锁头触发机构装配关系示意图；
[0028] 图11扳机锁紧机构装配关系示意图；
[0029] 图12能量微调机构装配关系示意图；
[0030] 其中：
[0031] 1.减震限位机构2.前端头自锁机构3.齿轮机构 4.锁紧与释放机构
[0032] 5.筒体机构 6.齿条导轨机构7.弹簧与微调机构8.显示与运算机构
[0033] 9.提手 10.滑筒 11.缓冲块 12.支撑曲杆
[0034] 13.真空吸盘减震脚14.托盘 15.锁紧螺母 16.自锁头限位螺栓
[0035] 17.锁紧螺母 18.弹簧压紧螺栓19.弹簧 20.自锁头
[0036] 21.限位块 22.自锁头固定筒23.如〗而头 24.自锁头锁定卡
[0037] 25.触发杆滑筒 26.触发杆 27.齿轮盒盖 28.齿轮盒紧固钉
[0038] 29.齿轮 30.齿轮轴轴承 31.齿轮轴 32.齿轮盒
[0039] 33.齿条卡铁 34.连接销钉 35.扳机 36.扳机锁紧部件
[0040] 37.齿条卡铁弹簧38.扳机固定柄39.背带座 40.主筒体
[0041] 41.后端头 42.脚架连接块43.光电管座 44.齿条旋转约束块
[0042] 45.约束快螺钉 46.齿条 47.光通断板 48.冲头连杆
[0043] 49.冲头 50.后轴承后挡环51.推力轴承 52.后轴承前挡环
[0044] 53.前轴承前固件54.弹簧导杆 55.矩形弹簧 56.螺杆（变结构）
[0045] 57.棘轮部件 58.轴向锁定块59.前轴承后固件60.推钮
[0046] 61.锁定螺杆 62.限位珠 63.限位珠压紧簧64.限位珠压紧螺杆。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0048] 本实施例的损伤预制用的便携冲击器包括齿轮机构、锁紧与释放机构、筒体机构、 齿条导轨机构、自锁头触发机构、扳机锁紧机构、能量微调机构。其中：
[0049] 如图1和图2所示，本发明损伤预制用的便携冲击器的最前端是减震限位机构1， 减震限位机构1对接于前端头自锁机构2前端，并用螺钉与前端头自锁机构2前端相固定。 前端头自锁机构2后端以螺纹接于筒体机构5前端。齿轮机构3、显示与运算机构8焊接于 筒体机构5外表面相应位置处。弹簧与微调机构7的弹簧前端插入齿条导轨机构6后端限 位固定孔，同时将弹簧与微调机构7置入筒体机构5的筒体内，并用筒体机构5的后端头螺 母固定，锁紧、释放机构4以卡槽定位于筒体机构5的外壁并以螺钉固定。
[0050] 如图3所示，滑筒10依次从缓冲块11、托盘14之通孔穿过并由锁紧螺母15予以 固定，支撑曲杆12上端嵌入托盘14下端槽中焊接，真空吸盘减震脚13与支撑曲杆12螺纹 连接。
[0051] 如图4所示，自锁头限位螺栓16、锁紧螺母17、弹簧压紧螺栓18、弹簧19依次相 连，再将自锁头限位螺栓16与螺纹连接，限位块21以螺钉连于自锁头20,弹簧压紧螺栓18 以螺纹接于自锁头固定筒22。自锁头固定筒22与前端头23焊接。触发杆26插入触发杆 滑筒（内含弹簧）25以螺钉与自锁头锁定卡24相连，触发杆滑筒（内含弹簧）25与前端头 23螺纹连接。
[0052] 如图5所示，齿轮29置入齿轮盒32,再将齿轮轴（含销钉）31、齿轮轴轴承（含轴 承卡）30依次相连合入，齿轮盒盖27以齿轮盒紧固钉28固定。齿轮盒32与主筒体40焊 接。
[0053] 如图6所示，齿条卡铁33、扳机35、扳机锁紧部件（含拨叉机构）36、齿条卡铁弹簧 37依次置于扳机固定柄38,插入连接销钉34铆接。扳机固定柄38与主筒体以卡槽限位， 螺钉紧固连接。
[0054] 如图7所示，背带座39、脚架连接块42焊接于主筒体40相应位置，后端头41与主 筒体40螺纹连接，光电管座43与主筒体40螺钉连接。
[0055] 如图8所示，齿条旋转约束块44以约束快螺钉45接于齿条46、光通断板47、冲头 连杆48与齿条46焊接，冲头49与冲头连杆48螺纹连接。
[0056] 如图9所示，后轴承后挡环50、推力轴承51、后轴承前挡环52、棘轮部件57、前轴 承前固件53、前轴承后固件59、弹簧导杆54、矩形弹簧55按序分别与螺杆56相穿连，轴向 锁定块58与前轴承后固件59以螺钉相接。
[0057] 如图10所示，自锁头锁定卡24穿入触发杆滑筒25压紧弹簧以螺钉接于触发杆 26。将触发杆滑筒25螺接于前端头23。当冲头连杆48压下触发杆26时，触发机构组件联 动释放自锁头20。
[0058] 如图11所示，锁定螺杆61穿入扳机35底部的导杆孔中以螺纹连接于推钮60上， 将限位珠62、限位珠压紧簧63、限位珠压紧螺杆64依次装入扳机35背面螺孔，调整锁定螺 杆61方向，使限位珠62准确压入锁定螺杆61上的球形槽，调整限位珠压紧螺杆64、使锁定 螺杆61施加少许力便可相对球形槽滚动。
[0059] 如图12所示，将前轴承后固件59接于螺杆56 (变结构）调整相应位置，置入主筒 体40以螺钉拧紧旋转锁定块58,再放入棘轮部件57,将棘轮套筒套在螺杆56六方处，当扳 动棘轮部件57时前轴承后固件59沿螺杆56轴向移动，压缩或放松矩形弹簧55,使能量得 到精确调整。
[0060] 本发明是一种全新结构的冲击装置，其原理为：能量来源是在外部用定量棘轮扳， 通过齿轮传动机构将弹簧压缩实现能量储备，再经过弹簧后端微调机构使能量得到精确调 整。
[0061] 预置能量理论依据：
[0062]
【权利要求】
1. 一种损伤预制用的便携冲击器，其特征在于，包括齿轮机构（3)、锁紧与释放机构 (4) 、筒体机构（5)、齿条导轨机构（6)、自锁头触发机构、扳机锁紧机构、能量微调机构、前 端头自锁机构、减震限位机构、显示与运算机构、弹簧与微调机构，其中，所述减震限位机构 (1)位于整个冲击器的最前端，且减震限位机构（1)对接于前端头自锁机构（2)前端，并 用螺钉与前端头自锁机构（2)前端相固定；前端头自锁机构（2)后端以螺纹接于筒体机构 (5) 前端；齿轮机构（3)、显示与运算组件（8)焊接于筒体机构（5)外表面相应位置处；弹簧 与微调机构（7)的弹簧前端插入齿条导轨机构（6)后端限位固定孔，同时将弹簧与微调机 构（7)置入筒体机构（5)的筒体内，并用筒体机构（5)的后端头螺母固定，锁紧、释放机构 (4)以卡槽定位于筒体机构（5)的外壁并以螺钉固定。
2. 如权利要求1所述的损伤预制用的便携冲击器，其特征在于，所述的减震限位机构 包括滑筒、缓冲块、支撑曲杆、真空吸盘减震脚、托盘、锁紧螺母，所述滑筒（10)依次从缓冲 块（11)、托盘（14)之通孔穿过并由锁紧螺母（15)予以固定，支撑曲杆（12)上端嵌入托盘 (14)下端槽中焊接，真空吸盘减震脚（13)与支撑曲杆（12)螺纹连接。
3. 如权利要求1所述的损伤预制用的便携冲击器，其特征在于，所述的前端头自锁机 构包括自锁头限位螺栓、锁紧螺母、弹簧压紧螺栓、弹簧、自锁头、限位块、自锁头固定筒、前 端头、自锁头锁定卡、触发杆滑筒和触发杆，其中，自锁头限位螺栓（16)、锁紧螺母（17)、弹 簧压紧螺栓（18)、弹簧（19)依次相连，再将自锁头限位螺栓（16)与螺纹连接，限位块（21) 以螺钉连于自锁头（20)，弹簧压紧螺栓（18)以螺纹接于自锁头固定筒（22)，自锁头固定筒 (22)与前端头（23)焊接，触发杆（26)插入内含弹簧的触发杆滑筒（25)以螺钉与自锁头锁 定卡（24)相连，触发杆滑筒（25)与前端头（23)螺纹连接。
4. 如权利要求1所述的损伤预制用的便携冲击器，其特征在于，所述的齿轮机构包括 齿轮盒盖、齿轮盒紧固钉、齿轮、齿轮轴轴承、齿轮轴及齿轮盒，所述齿轮（29)置入齿轮盒 (32) ，再将齿轮轴（31)、齿轮轴轴承（30)依次相连合入，齿轮盒盖（27)以齿轮盒紧固钉 (28)固定，且齿轮盒（32)与主筒体（40)焊接。
5. 如权利要求1所述的损伤预制用的便携冲击器，其特征在于，所述的锁紧与释放机 构包括齿条卡铁、连接销钉、扳机、扳机锁紧机构、齿条卡铁弹簧及扳机固定柄，齿条卡铁 (33) 、扳机（35)、扳机锁紧部件（36)、齿条卡铁弹簧（37)依次置于扳机固定柄（38)，插入连 接销钉（34)铆接，扳机固定柄（38)与主筒体以卡槽限位，螺钉紧固连接。
6. 如权利要求1所述的损伤预制用的便携冲击器，其特征在于，所述的齿条导轨机构 包括齿条旋转约束块、约束快螺钉、齿条、光通断板、冲头连杆及冲头，所述齿条旋转约束块 (44)以约束快螺钉（45)接于齿条（46)、光通断板（47)、冲头连杆（48)与齿条（46)焊接， 冲头（49)与冲头连杆（48)螺纹连接。
7. -种基于权利要求1至6任一项所述的损伤预制用的便携冲击器的冲击方法，其特 征在于，通过齿轮传动机构将弹簧压缩实现能量储备，再经过弹簧后端微调机构使能量得 到精确调整；在击发过程中测速机构精确测定最终到达工件表面瞬时速度，以消除环境状 态及倾斜角度影响，得出精确参数；在冲击完成后反弹再回落瞬间自锁机构自动完成冲击 头锁定，此时冲击头的二次冲击力由缓冲减震支架进行承接并消除。
8. 根据权利要求7所述的损伤预制用的便携冲击器的冲击方法，其特征在于，使用时 先调整真空吸盘减震脚（13)螺纹，使冲头（49)与被冲击面垂直，释放扳机锁紧部件（36) 之锁定销，使齿条导轨机构（6)在能量预置时能顺利通过，拔起自锁头限位螺栓（16)，使自 锁头锁定卡（24)锁住自锁头（20)，以待冲击完成回弹后释放，以棘轮定力板套在齿轮轴 (31)上，使齿轮（29)逆时针旋动推动齿条导轨机构（6)压缩弹簧（19)至相应能量位置，扳 动棘轮部件（57)拨杆，旋动螺杆（56)推动前轴承后固件（59)，使矩形弹簧（55)被压缩、释 放以达到能量微调，至此能量储备完成； 在能量储备完成后，锁定扳机锁紧部件（36)之锁定销，再行调整预冲击位置、冲击角 度、离面高度，在开始冲击前打开光电测速系统，清零、调整输入相应参数； 扣动扳机（35)齿条卡铁（33)释放齿条导轨机构￠)，在冲头（49)距被冲击面25mm 时，齿条（46)前端面推动触发杆（26)，自锁头锁定卡（24)联动释放自锁头（20)，当冲击完 成回弹再落下时，自锁头（20)卡在齿条（46)前端面，至此冲头自锁完成； 自锁头（20)被锁定瞬间，仍有较大冲击力由主筒体（40)传递至滑筒（10)再传至缓冲 块（11)和真空吸盘减震脚（13)与以逐级缓冲减震，冲头（49)在距被冲击面30mm时光束 经过光通断板（47)遮挡形成二次通断，完成光通断板（47)通过前后两束光之时间差记录， 信息传送至处理显示系统，此时能量测定完成。
9.根据权利要求8所述的损伤预制用的便携冲击器的冲击方法，其特征在于，当冲击 器需要变角度或应对各种异形面进行冲击时，须辅助三脚架，三脚架借助连接卡块接于脚 架连接块（42)上。
【文档编号】G01N3/16GK104048881SQ201410284789
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】白玮, 肖迎春, 李闵行, 吕广斌, 詹绍正 申请人:中国飞机强度研究所