强力热耦合环境实验平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种强力热耦合环境实验平台，包括底架、台架平板、小导轨、小滑块、小滑块挡块、挡板、橡胶球、夹板、管道、小卡盘基座、小卡盘、小卡盘盖、小卡盘螺杆、导流口、燃气射流管、大卡盘基座、大卡盘、大卡盘盖、大卡盘螺杆、大导轨、大滑块、大滑块挡块、转盘、转盘轴、锥齿轮、丝杆和箱体；本实用新型燃气射流输入距离可调节、载荷大且变化快、施加压力可以调节、夹持力稳定。
【专利说明】强力热輔合环境实验平台
【技术领域】
[0001]本实用新型属于热耦合实验领域，特别是一种强力热耦合环境实验平台。
【背景技术】
[0002]力热耦合是指物体的温度与受力同时受到剧烈变化，有限元分析的耦合分析是指考虑了两种物理场(力、热)的交叉作用和相互作用(耦合)。在计算机技术迅速发展的今天，有限元建模环境以及计算技术都有了长足的进步，很多通用和专用的有限元建模环境都将材料的失效准则、材料流动定律、自适应或重划分网格技术以及热力学耦合的单元技术集于一身。目前，复合材料在力热耦合作用下的力学特性已引起各国研究的重视。
[0003]以橡胶为基体的帘线-橡胶复合材料具有大变形，高弹性，能密封水、热和压力等特点，性能优异，在航天、航空和汽车等领域有着广泛而重要的应用，帘线-橡胶复合材料的研究已经成为材料科学的前沿性课题。在国防、航空和航天发射领域，存在着大量强力热耦合作用环境，例如火箭发射时伴随着强燃气冲击效应，橡胶复合材料构件需要同时承受瞬时强温变与高荷载的复合作用，几秒内从常温或低温环境迅速上升至400?500°C的高温环境，短时间内载荷出现大幅变化，瞬时载荷高达2，OOOkN。这使得现如今对帘线-橡胶复合材料在强温变高荷载下力学变化机理的研究远远不能满足需要，我们需要更加深入的去探索研究，但在这个领域中，我们还缺乏适用于强温变高荷载环境的理论模型，无法满足研究需求，迫切需要开展相关研究工作。
[0004]强力热耦合作用下复合材料薄壁球壳受压大变形问题是强温变高荷载下帘线-橡胶复合材料应用基础研究中急需解决的问题，强力热耦合作用主要是指球壳内部气体的温度与压力在短时间内发生剧烈的变化，由于加载时间非常短，温度与载荷变化非常剧烈，目前研究工作中所涉及的力热耦合都不属于强力热耦合范畴，不涉及强温变、大载荷与高加载率的耦合作用，由于加载时间非常短，温度与载荷变化非常剧烈，普通的实验设备很难达到这个要求，未来研究中需构建强力热耦合环境实验台进行加载。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种燃气射流输入距离可调节、载荷大且变化快、施加压力可以调节、夹持力稳定的强力热耦合环境实验平台。
[0006]实现本实用新型目的的技术解决方案为:
[0007]—种强力热耦合环境实验平台，其特征在于:包括底架、台架平板、小导轨、小滑块、小滑块挡块、挡板、橡胶球、夹板、管道、小卡盘基座、小卡盘、小卡盘盖、小卡盘螺杆、导流口、燃气射流管、大卡盘基座、大卡盘、大卡盘盖、大卡盘螺杆、大导轨、大滑块、大滑块挡块、转盘、转盘轴、锥齿轮、丝杆和箱体；大导轨在底架的一侧，且在同一条直线上，台架平板固定于底架顶部，小导轨和小卡盘基座固定设置在台架平板上，小滑块挡块与小滑块之间通过螺钉固定，小滑块和小滑块挡块与小导轨之间为滑动副，挡板固定于小滑块顶部，橡胶球设置在挡板靠近小卡盘基座的一侧，橡胶球与夹板固定且圆心同轴，夹板的另一侧固定有管道，管道与橡胶球的空腔导通，小卡盘设置在小卡盘基座的一侧，且圆心同轴，小卡盘盖均匀分布在小卡盘周向，小卡盘盖中间为螺孔，小卡盘螺杆与小卡盘盖之间为螺旋副，管道穿过小卡盘和卡盘基座；大滑块挡块与大滑块通过螺钉固定，大滑块和大滑块挡块与大导轨之间为滑动副，大卡盘基座固定设置在大滑块上，大卡盘设置在大卡盘基座的一侧，且圆心同轴，大卡盘盖均勻分布在大卡盘周向，大卡盘盖中间为螺孔，大卡盘螺杆与大卡盘盖之间为螺旋副，燃气射流管穿过大卡盘和大卡盘基座；燃气射流管与管道同轴，导流口设置在燃气射流管和管道之间；转盘通过转盘轴连接锥齿轮的一个齿轮端，锥齿轮的另一个齿轮端与丝杆形成转动副，丝杆与大导轨平行，锥齿轮设置在箱体内，箱体上端盖开有圆孔，转盘轴周向开槽，转盘轴穿过圆孔，且端部通过螺母与箱体上盖装配，形成旋转副，箱体与大滑块固定。
[0008]本实用新型与现有技术相比，其显著优点:
[0009](I)本实用新型的丝杆与锥齿轮之间为螺旋副，旋转转盘，可以通过锥齿轮之间传动，使得锥齿轮沿丝杆滑动，带动旋转轴和箱体沿丝杆运动，箱体与大卡盘基座固结，驱动其大导轨运动，使得燃气射流管端部与导流口之间的距离改变，调节燃气射流输入管道的距离，使得本实用新型具有燃气射流输入距离可调节的优点。
[0010](2)本实用新型的燃气射流管输入的为火箭发动机燃气，因此向橡胶球中输入的载荷大且变化快，使得本实用新型具有载荷大且变化快的优点。
[0011](3)本实用新型的小滑块与小导轨之间为滑动副，通过调节螺钉的松紧，可以调节挡板与橡胶球之间的位置关系，改变对橡胶球施加压力，使得本实用新型具有施加压力可调节的优点。
[0012](4)本实用新型的小卡盘螺杆和大卡盘螺杆分别完成管道和燃气射流管的夹持，螺旋副可以自锁，且由三点夹持，使得本实用新型具有夹持力稳定的优点。
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型强力热耦合环境实验平台的总体结构示意图。
[0015]图2是本实用新型强力热耦合环境实验平台去除箱体还有的结构示意图。
[0016]图3是本实用新型强力热耦合环境实验平台小滑块的位置调整状态一的示意图。
[0017]图4是本实用新型强力热耦合环境实验平台小滑块的位置调整状态二的示意图。
[0018]图5是本实用新型强力热耦合环境实验平台橡胶球的夹持示意图。
[0019]图6是本实用新型强力热耦合环境实验平台大滑块的位置调整示意图。
[0020]图7是本实用新型强力热耦合环境实验平台燃气射流管的夹紧状态示意图。
[0021]图8是本实用新型强力热耦合环境实验平台燃气射流管的松开状态示意图。
【具体实施方式】
[0022]结合图1和图2:
[0023]本实用新型一种强力热耦合环境实验平台，包括底架1、台架平板2、小导轨3、小滑块4、小滑块挡块5、挡板6、橡胶球7、夹板8、管道9、小卡盘基座10、小卡盘11、小卡盘盖12、小卡盘螺杆13、导流口 14、燃气射流管15、大卡盘基座16、大卡盘17、大卡盘盖18、大卡盘螺杆19、大导轨20、大滑块21、大滑块挡块22、转盘23、转盘轴24、锥齿轮25、丝杆26和箱体27 ;大导轨20在底架I的一侧，且在同一条直线上，台架平板2固定于底架I顶部，小导轨3和小卡盘基座10固定设置在台架平板2上，小滑块挡块5与小滑块4之间通过螺钉固定，小滑块4和小滑块挡块5与小导轨3之间为滑动副，挡板6固定于小滑块4顶部，橡胶球7设置在挡板6靠近小卡盘基座10的一侧，橡胶球7与夹板8固定且圆心同轴，夹板8的另一侧固定有管道9，管道9与橡胶球7的空腔导通，小卡盘11设置在小卡盘基座10的一侧，且圆心同轴，小卡盘盖12均勻分布在小卡盘11周向，小卡盘盖12中间为螺孔,小卡盘螺杆13与小卡盘盖12之间为螺旋副，管道9穿过小卡盘11和卡盘基座10 ;大滑块挡块22与大滑块21通过螺钉固定，大滑块21和大滑块挡块22与大导轨20之间为滑动副，大卡盘基座16固定设置在大滑块21上，大卡盘17设置在大卡盘基座16的一侧，且圆心同轴，大卡盘盖18均勻分布在大卡盘17周向，大卡盘盖18中间为螺孔,大卡盘螺杆19与大卡盘盖18之间为螺旋副，燃气射流管15穿过大卡盘17和大卡盘基座16 ;燃气射流管15与管道9同轴，导流口 14设置在燃气射流管15和管道9之间；转盘23通过转盘轴24连接锥齿轮25的一个齿轮端，锥齿轮25的另一个齿轮端与丝杆26形成转动副，丝杆26与大导轨20平行，锥齿轮25设置在箱体27内，箱体27上端盖开有圆孔，转盘轴24周向开槽，转盘轴24穿过圆孔，且端部通过螺母与箱体27上盖装配，形成旋转副，箱体27与大滑块21固定。
[0024]橡胶球7靠近夹板8的一端设置固定板，固定板设置在两片夹板8之间，并通过螺栓和螺母固定。
[0025]底架I为角钢固定而成的框架结构。
[0026]小卡盘盖12和大卡盘盖18均大于等于三个。
[0027]实施例:
[0028]本实用新型一种强力热耦合环境实验平台，包括底架1、台架平板2、小导轨3、小滑块4、小滑块挡块5、挡板6、橡胶球7、夹板8、管道9、小卡盘基座10、小卡盘11、小卡盘盖12、小卡盘螺杆13、导流口 14、燃气射流管15、大卡盘基座16、大卡盘17、大卡盘盖18、大卡盘螺杆19、大导轨20、大滑块21、大滑块挡块22、转盘23、转盘轴24、锥齿轮25、丝杆26和箱体27 ；
[0029]底架I为角钢固定而成的框架结构，大导轨20在底架I的一侧，且在同一条直线上，台架平板2固定于底架I顶部，小导轨3和小卡盘基座10通过螺钉固定设置在台架平板2上，小滑块挡块5与小滑块4之间通过螺钉固定，小滑块4和小滑块挡块5与小导轨3之间为滑动副，挡板6固定于小滑块4顶部，橡胶球7设置在挡板6靠近小卡盘基座10的一侧，橡胶球7与夹板8固定且圆心同轴，橡胶球7靠近夹板8的一端设置固定板，固定板设置在两片夹板8之间，并通过螺栓和螺母固定，夹板8的另一侧固定有管道9，管道9与橡胶球7的空腔导通，小卡盘11设置在小卡盘基座10的一侧，且圆心同轴，三个小卡盘盖12均匀分布在小卡盘11周向，小卡盘盖12中间为螺孔，小卡盘螺杆13与小卡盘盖12之间为螺旋副，管道9穿过小卡盘11和卡盘基座10 ;大滑块挡块22与大滑块21通过螺钉固定，大滑块21和大滑块挡块22与大导轨20之间为滑动副，大卡盘基座16通过螺钉固定设置在大滑块21上，大卡盘17设置在大卡盘基座16的一侧，且圆心同轴，三个大卡盘盖18均匀分布在大卡盘17周向，大卡盘盖18中间为螺孔,大卡盘螺杆19与大卡盘盖18之间为螺旋畐0，燃气射流管15穿过大卡盘17和大卡盘基座16 ;燃气射流管15与管道9同轴，导流口14设置在燃气射流管15和管道9之间；转盘23通过转盘轴24连接锥齿轮25的一个齿轮端，锥齿轮25的另一个齿轮端与丝杆26形成转动副，丝杆26与大导轨20平行，锥齿轮25设置在箱体27内，箱体27上端盖开有圆孔，转盘轴24周向开槽，转盘轴24穿过圆孔，且端部通过螺母与箱体27上盖装配，形成旋转副，箱体27与大滑块21固定。
[0030]结合图3和图4:
[0031]松开小滑块4与小滑块挡块5之间的螺钉，即可将小滑块4在小导轨3上滑动，使得挡板6与橡胶球7之间的距离发生变化，起到改变对橡胶球的施加压力的作用。
[0032]结合图5:
[0033]橡胶球7端面与夹板8通过螺钉固定，再与另一夹板8，使用螺母夹紧，防止燃气射流泄漏。
[0034]结合图6:
[0035]转动转盘23带动转盘轴24驱动锥齿轮25转动，通过两个锥齿轮25传动，锥齿轮25与丝杆26之间为螺旋副，因此在锥齿轮25作用下，大滑块21和大滑块挡块22沿大导轨20滑动，起到调整燃气射流输入距离的作用，且由于燃气射流管15输出的为发动机燃气射流，载荷大且变化快。
[0036]结合图7和图8:
[0037]大卡盘17安装在大卡盘基座16的一侧,三个大卡盘盖18均布于大卡盘17周向，大卡盘螺杆19与大卡盘盖17之间为螺旋副，旋转大卡盘螺杆19即可使得其伸出，完成对燃气射流管15的三点夹持，夹持稳定性高。
[0038]工作方式:本机构的功能在于实现对橡胶球7的强力热耦合加压实验。燃气射流管15外接火箭发动机喷口，向实验台输入载荷大且变化快的高温燃气，大卡盘17安装在大卡盘基座16的一侧,三个大卡盘盖18均布于大卡盘17周向，大卡盘螺杆19与大卡盘盖17之间为螺旋副，旋转大卡盘螺杆19即可使得其伸出，完成对燃气射流管15的三点夹持，丝杆26与锥齿轮25之间为螺旋副，旋转转盘23，可以通过锥齿轮25之间传动，使得锥齿轮25沿丝杆26滑动，带动箱体27沿丝杆26运动，箱体27与大卡盘基座16固结，驱动其大导轨20运动，使得燃气射流管15端部与导流口 14之间的距离改变，调节燃气射流输入管道9的距离，使得不同量值的燃气压力输入橡胶球7，发动机燃气射流通过管道9进入橡胶球7内，使得橡胶球7受压膨胀，与挡板6接触，挡板6对橡胶球7施加作用力，小滑块4与小导轨3之间为滑动副，通过调节螺钉的松紧，可以调节挡板5与橡胶7之间的位置关系，改变对橡胶球7施加压力。
【权利要求】
1.一种强力热耦合环境实验平台，其特征在于:包括底架(I)、台架平板(2)、小导轨(3)、小滑块(4)、小滑块挡块(5)、挡板(6)、橡胶球(7)、夹板(8)、管道(9)、小卡盘基座(10)、小卡盘(11)、小卡盘盖(12)、小卡盘螺杆(13)、导流口(14)、燃气射流管(15)、大卡盘基座(16)、大卡盘(17)、大卡盘盖(18)、大卡盘螺杆(19)、大导轨(20)、大滑块(21)、大滑块挡块(22)、转盘(23)、转盘轴(24)、锥齿轮(25)、丝杆(26)和箱体(27);大导轨(20)在底架(I)的一侧，且在同一条直线上，台架平板(2)固定于底架(I)顶部，小导轨(3)和小卡盘基座(10)固定设置在台架平板(2)上，小滑块挡块(5)与小滑块(4)之间通过螺钉固定，小滑块⑷和小滑块挡块(5)与小导轨(3)之间为滑动副，挡板(6)固定于小滑块(4)顶部，橡胶球(7)设置在挡板(6)靠近小卡盘基座(10)的一侧，橡胶球(7)与夹板(8)固定且圆心同轴，夹板(8)的另一侧固定有管道(9)，管道(9)与橡胶球(7)的空腔导通，小卡盘(11)设置在小卡盘基座(10)的一侧,且圆心同轴,小卡盘盖(12)均勻分布在小卡盘(11)周向，小卡盘盖(12)中间为螺孔，小卡盘螺杆(13)与小卡盘盖(12)之间为螺旋副，管道(9)穿过小卡盘(11)和卡盘基座(10);大滑块挡块(22)与大滑块(21)通过螺钉固定，大滑块(21)和大滑块挡块(22)与大导轨(20)之间为滑动副，大卡盘基座(16)固定设置在大滑块(21)上，大卡盘(17)设置在大卡盘基座(16)的一侧，且圆心同轴，大卡盘盖(18)均勻分布在大卡盘(17)周向，大卡盘盖(18)中间为螺孔,大卡盘螺杆(19)与大卡盘盖(18)之间为螺旋副，燃气射流管(15)穿过大卡盘(17)和大卡盘基座(16);燃气射流管(15)与管道(9)同轴，导流口(14)设置在燃气射流管(15)和管道(9)之间；转盘(23)通过转盘轴(24)连接锥齿轮(25)的一个齿轮端，锥齿轮(25)的另一个齿轮端与丝杆(26)形成转动副，丝杆(26)与大导轨(20)平行，锥齿轮(25)设置在箱体(27)内，箱体(27)上端盖开有圆孔，转盘轴(24)周向开槽，转盘轴(24)穿过圆孔，且端部通过螺母与箱体(27)上盖装配，形成旋转副，箱体(27)与大滑块(21)固定。
2.根据权利要求1所述的强力热耦合环境实验平台，其特征在于:所述的橡胶球(7)靠近夹板(8)的一端设置固定板，固定板设置在两片夹板(8)之间，并通过螺栓和螺母固定。
3.根据权利要求1所述的强力热耦合环境实验平台，其特征在于:所述的底架(I)为角钢固定而成的框架结构。
4.根据权利要求1所述的强力热耦合环境实验平台，其特征在于:所述的小卡盘盖(12)和大卡盘盖(18)均大于等于三个。
【文档编号】G01N3/60GK204027911SQ201420425210
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】任杰, 樊润虎, 马大为, 仲健林, 乐贵局 申请人:南京理工大学